【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及山地光伏区无人机巡检，特别是一种山地光伏区无人机巡检区域及路径规划方法。
技术介绍
1、由于光伏电站占用地面面积巨大，出于经济性的考虑，经常会选址在偏远且经济效益较低的山地、坡地、河谷地区，地形十分复杂。这就意味着，光伏板等露天设备的安装、巡检、维修等工作若完全依赖人员完成，将花费大量的人力、物理、时间成本，极端情况下会出现人员无法操作情形，影响了光伏电站的长期安全稳定运行。因此大多光伏电站采用无人机对光伏区进行日常巡检。
2、专利文献cn115454132a中将山地光伏电站进行分簇分区，使用的改进聚类算法倾向于将纬度、高程接近的光伏阵列区域纳入簇中；但在地形类型复杂多变情形下，机载系统识别模型复杂，实时计算耗电量大。专利文献cn111752305a中根据待巡检地区卫星遥感参数、无人机飞行高度、山体结构和禁飞区域因素信息得出航测结构简化图，识别出无人机无法到达和不能到达的区域集合并规划经停点之间的避障路径，未指出无人机如何根据地形特征和光伏板安装特征进行巡检飞行作业参数设置、调整。
3、无人机巡检飞行时，需搭载智能处理器、摄像设备、传感器等电子设备。而单架无人机搭载的电池容量有限，加之光伏区面积广大，考虑地形因素合理划分光伏区，考虑无人机状态规划飞行路径和飞行姿态，对提高无人机巡检效率十分有必要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种山地光伏区无人机巡检区域及路径规划方法，以提高无人机巡检效率。
2、为解决上
3、一种山地光伏区无人机巡检区域及路径规划方法，它包括如下步骤：
4、s1、考虑无人机巡检区域的地形地势，建立三维地图模型，确定单架无人机单次最大巡检面积，以及投入此次巡检的无人机总架数；
5、s2、基于模糊坡位划分算法计算光伏区地形因数，根据地形因数将光伏区划分为：山脊、坡肩、背坡、坡脚、沟谷五种地形；
6、s3、针对光伏区地形，根据其凸凹类型，将其划分为若干个区域，区域面积依据单架无人机续航能力确定；
7、s4、无人机在划分的区域内飞行遵循z字型路径，无人机飞行模式与输入的五种地形对应；机身转弯采用辅助曲线，飞行主方向、飞行高度则根据所在地形指标参数换算得到；无人机停机坪位点设定在与主方向相交的边界线上的顶点，最终确定无人机的总体巡检路径；
8、s5、无人机采用机载视觉伺服控制机身与光伏板之间相对位置，并估计光伏板的安装姿态，能追踪光伏板位置、位姿、走向。
9、进一步地，所述步骤s1具体过程为：
10、s11、通过无人机机载光学相机和红外感应设备获取光伏区三维地理信息并构建地图模型；
11、s12、根据无人机续航能力确定单架无人机单次最大巡检面积。
12、进一步地，所述步骤s2具体过程为：
13、s21、使用随机地形模型计算坡位划分过程中每种地形因数对坡位类型的权重w＝{w′1,w′2,…,w′m}，选取高程、坡度、平面曲率、剖面曲率和相对位置指数作为参考标准；
14、s22、根据光伏区的尺度范围、坡位类型以及先验知识设定窗口大小，并将常用目标坡位类型的完整过渡平均占用的大小，定义为“最佳窗口”，并作为地形识别算法的目标范围；
15、s23、在“最佳窗口”内，地形因数ak(k＝1,2,…,5)上计算待划区位置点，相对于某种坡位的某个典型位置点相似程度，即称为模糊地形要素bk；设pij是待辨识目标中坐标为(i,j)的待划区位置点，i为待划区位置点的横坐标，j为待划区位置点的纵坐标，tt为待辨识目标中第c种坡位下第t个典型位置样点，t＝1,2,…,m，m为该类坡位下典型位置点数，则待划区位置点相对于典型位置点的相似度计算如公式(1)：
16、
17、其中，表示待划区位置点地形因数ak(k＝1,2,…,5，地形因数的个数)的值，表示典型位置样本的地形因数ak的值，表示pij相对于tt在某种地形因数上的相似程度，w1表示待划分位置点地形属性比典型值少多少，k1表示此时地形属性对应的相似度，w2表示待划分位置点地形属性比典型值多多少，k2表示此时地形属性对应的相似度，2*r1＝2*r2＝r12＝地形属性典型值，参数(w1,w2,k1,k2,r1,r2)用来控制隶属度曲线形状，由用户设定；
18、s24、综合计算待划区位置点pij相对于某种坡位下，典型样本点tt在所有地形因数上的相似度(综合模糊地形要素)；首先使用过程s31中得到的每种地形因数的重要性评分，作为权重因子，然后使用加权因子原则，计算待划区位置点pij相对典型位置点重要性评分tt，在所有地形因数上的综合模糊地形要素：
19、
20、其中，sij,t表示待划区位置点pij相对于典型位置点tt在所有地形因数上的相似度，表示待划区类位置点和某种坡位下第t个典型样点的第k种模糊地形要素值，w＝{w′1,w′2,…,w′m}表示坡位类型的权重；
21、s25、综合待划区位置点pij在某种坡位下所有典型位置上的相似度；即使处在同一窗口大小内的典型位置样点，对于待划区位置点的坡位类型的影响度亦不同，这种影响度与两个位置点之间的距离相关，距离待划区位置点越近，对其坡位类型辨识造成的影响越大；随着距离的增加，影响程度反而逐渐减小；使用反距离函数对待划区位置点与各典型位置样点进行加权计算综合相似度：
22、
23、其中，sij表示待划区位置点pij和某类坡位的相似程度；dij,t表示两点之间的欧式距离，r表示衰减因子；
24、s26、对待辨识目标中每个待划区位置点重复执行以上步骤，可得到待辨识目标每种坡位类型最终相似度；
25、s27、计算五种地形因数：高程是指地面点沿铅垂线到大地水准面的距离；坡度反映局部地形表面的倾斜程度，公式如(4)；平面曲率反映地表物质运动的汇合和发散的影响，公式如(5)；剖面曲率反映地表物质运动的加速和减速影响，公式如(6)；相对位置指数反映从山脊到沟谷的相对位置定量估计；
26、
27、
28、
29、其中，f是三维建模地形的函数方程，x，y表示横纵坐标轴，fx表示对x求偏导，fy表示对y求偏导，fxx表示对x求偏导后再对x求偏导，fxy表示对x求偏导后再对y求偏导，fyy表示对y求偏导后再对y求偏导；
30、s28、设定五种地形因数参考范围，划分坡位类型为山脊、坡肩、背坡、坡脚、沟谷；定义光伏区平面曲率均值为a1，标准差为a2，剖面曲率均值为b1，标准差为b2，坡度均值为c1，标准差为c2，海拔均值为d1，标准差为d2；其中山脊的相对位置指数≥0.99，平面曲率(m-1)≥a2，坡度(°)≤c2，高程(m)≥(d1-d2)；坡肩相对位置指数在0.8至0.9之间，剖面曲率(m-1)≥0；背坡相对位置指数在0.本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种山地光伏区无人机巡检区域及路径规划方法，其特征在于：它包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种山地光伏区无人机巡检区域及路径规划方法，其特征在于：所述步骤S1具体过程为：
3.根据权利要求1所述的一种山地光伏区无人机巡检区域及路径规划方法，其特征在于：所述步骤S2具体过程为：
4.根据权利要求1所述的一种山地光伏区无人机巡检区域及路径规划方法，其特征在于：所述步骤S3具体过程为：
5.根据权利要求1所述的一种山地光伏区无人机巡检区域及路径规划方法，其特征在于：所述步骤S4具体过程为：
6.根据权利要求1所述的一种山地光伏区无人机巡检区域及路径规划方法，其特征在于：所述步骤S5具体过程为：
7.根据权利要求6所述的一种山地光伏区无人机巡检区域及路径规划方法，其特征在于：所述S52中，目标检测算法的步骤包括：
【技术特征摘要】
1.一种山地光伏区无人机巡检区域及路径规划方法，其特征在于：它包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种山地光伏区无人机巡检区域及路径规划方法，其特征在于：所述步骤s1具体过程为：
3.根据权利要求1所述的一种山地光伏区无人机巡检区域及路径规划方法，其特征在于：所述步骤s2具体过程为：
4.根据权利要求1所述的一种山地光伏区无人机巡检区域及路径规划方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，何尧玺，纪方旭，康喆，杨奕帆，
申请(专利权)人：中国长江电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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