本發(fā)明涉及路徑規(guī)劃，具體為一種電力無人機(jī)拍攝航點(diǎn)自動(dòng)規(guī)劃系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在各類自然災(zāi)害，如地震、洪水、臺(tái)風(fēng)等發(fā)生后，電力設(shè)施往往會(huì)遭受不同程度的損壞，快速且準(zhǔn)確地評(píng)估電力設(shè)施的受損狀況對(duì)于后續(xù)的電力搶修工作至關(guān)重要，它直接關(guān)系到供電恢復(fù)的速度和效率，隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，利用無人機(jī)對(duì)受災(zāi)電力設(shè)施進(jìn)行拍攝評(píng)估已成為一種高效且相對(duì)安全的手段，無人機(jī)以其機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、覆蓋范圍廣、拍攝視角靈活等優(yōu)勢(shì)，在災(zāi)害評(píng)估中發(fā)揮著越來越重要的作用。

2、盡管無人機(jī)在電力設(shè)施應(yīng)急評(píng)估中展現(xiàn)出巨大潛力，但當(dāng)前無人機(jī)拍攝航點(diǎn)規(guī)劃方面仍存在諸多不足，一方面，傳統(tǒng)方法缺乏科學(xué)、系統(tǒng)且智能化的規(guī)劃手段，無法充分利用災(zāi)前電力設(shè)施數(shù)據(jù)以及災(zāi)后豐富的信息，導(dǎo)致航點(diǎn)規(guī)劃不合理，拍攝效率低下，另一方面，傳統(tǒng)技術(shù)難以自動(dòng)且精準(zhǔn)地避開危險(xiǎn)區(qū)域，如漏電區(qū)域、建筑物不穩(wěn)定區(qū)域等，同時(shí)也不能根據(jù)救援實(shí)際進(jìn)展和電力搶修的具體需求靈活調(diào)整航點(diǎn)規(guī)劃，這些問題使得所獲取的電力設(shè)施損壞情況圖像資料既不全面也不準(zhǔn)確，嚴(yán)重阻礙了電力設(shè)施的恢復(fù)進(jìn)程，甚至可能導(dǎo)致評(píng)估人員面臨不必要的風(fēng)險(xiǎn)。

3、針對(duì)上述問題，有必要對(duì)現(xiàn)有的電力無人機(jī)拍攝航點(diǎn)自動(dòng)規(guī)劃系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，通過全方位收集并整合災(zāi)前電力設(shè)施數(shù)據(jù)與災(zāi)后信息，運(yùn)用圖像識(shí)別技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行深入分析，結(jié)合無人機(jī)的飛行性能參數(shù)和危險(xiǎn)區(qū)域信息，生成科學(xué)合理的應(yīng)急評(píng)估航點(diǎn)規(guī)劃，因此，開發(fā)一種能夠綜合實(shí)現(xiàn)上述特點(diǎn)的一種電力無人機(jī)拍攝航點(diǎn)自動(dòng)規(guī)劃系統(tǒng)具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種電力無人機(jī)拍攝航點(diǎn)自動(dòng)規(guī)劃系統(tǒng)，它能夠通過數(shù)據(jù)采集與整合模塊全面收集災(zāi)前電力設(shè)施數(shù)據(jù)以及災(zāi)后的遙感影像、現(xiàn)場(chǎng)視頻等信息，并運(yùn)用數(shù)據(jù)映射算法進(jìn)行精準(zhǔn)映射與深度融合，通過數(shù)據(jù)分析與智能識(shí)別模塊運(yùn)用圖像識(shí)別技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)整合后的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，精準(zhǔn)識(shí)別建筑物倒塌情況、電力設(shè)備可能的受損位置以及危險(xiǎn)區(qū)域的具體位置、范圍及危險(xiǎn)等級(jí)，基于這些精確結(jié)果，航點(diǎn)智能規(guī)劃模塊利用智能路徑規(guī)劃算法，快速生成科學(xué)合理的應(yīng)急評(píng)估航點(diǎn)規(guī)劃，并充分考慮無人機(jī)的飛行性能參數(shù)以及危險(xiǎn)區(qū)域信息，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)且精準(zhǔn)地避開危險(xiǎn)區(qū)域，同時(shí)，動(dòng)態(tài)調(diào)整決策模塊能夠?qū)崟r(shí)接收救援進(jìn)展和電力搶修需求的動(dòng)態(tài)信息，及時(shí)對(duì)航點(diǎn)規(guī)劃進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保無人機(jī)拍攝始終能夠緊密貼合電力搶修的實(shí)際需求。

2、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供如下技術(shù)方案：一種電力無人機(jī)拍攝航點(diǎn)自動(dòng)規(guī)劃系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括以下組成部分：數(shù)據(jù)采集與整合模塊、數(shù)據(jù)分析與智能識(shí)別模塊、航點(diǎn)智能規(guī)劃模塊、動(dòng)態(tài)調(diào)整決策模塊和通信與數(shù)據(jù)傳輸模塊；

3、所述數(shù)據(jù)采集與整合模塊負(fù)責(zé)災(zāi)前和災(zāi)后數(shù)據(jù)的采集與整合，并建立災(zāi)前災(zāi)后數(shù)據(jù)的映射關(guān)系，通過迭代優(yōu)化使誤差最小，將映射后的數(shù)據(jù)融合，構(gòu)建統(tǒng)一結(jié)構(gòu)并以數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)存儲(chǔ)；

4、所述數(shù)據(jù)分析與智能識(shí)別模塊采用圖像分割技術(shù)對(duì)災(zāi)后遙感影像和視頻進(jìn)行預(yù)處理，識(shí)別建筑物倒塌和電力設(shè)備受損位置，并收集大量危險(xiǎn)區(qū)域樣本數(shù)據(jù)并標(biāo)注分類，構(gòu)建機(jī)器學(xué)習(xí)分類模型進(jìn)行危險(xiǎn)區(qū)域識(shí)別分類，通過交叉驗(yàn)證和評(píng)估指標(biāo)優(yōu)化模型；

5、所述航點(diǎn)智能規(guī)劃模塊根據(jù)電力系統(tǒng)拓?fù)浜瓦\(yùn)行規(guī)則確定關(guān)鍵設(shè)備清單并賦予高優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先規(guī)劃對(duì)其拍攝航點(diǎn)，并按無人機(jī)性能和拍攝要求確定低空飛行與多角度拍攝范圍，設(shè)計(jì)路徑以獲取全面圖像，同時(shí)結(jié)合危險(xiǎn)區(qū)域信息和拍攝策略生成初始航點(diǎn)；

6、所述動(dòng)態(tài)調(diào)整決策模塊設(shè)定救援進(jìn)展和搶修需求指標(biāo)，指標(biāo)變化時(shí)觸發(fā)調(diào)整機(jī)制，通過建立與搶修指揮中心和現(xiàn)場(chǎng)人員的實(shí)時(shí)通信接口獲取數(shù)據(jù)并分析，判斷航點(diǎn)調(diào)整幅度，從而對(duì)初始航點(diǎn)規(guī)劃進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；

7、所述通信與數(shù)據(jù)傳輸模塊通過無線通信協(xié)議進(jìn)行雙向通信，并制定統(tǒng)一傳輸格式處理航點(diǎn)規(guī)劃和圖像數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，建立通信鏈路監(jiān)測(cè)機(jī)制實(shí)時(shí)檢測(cè)傳輸可靠性，異常時(shí)自動(dòng)切換或重連。

8、進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集與整合模塊負(fù)責(zé)災(zāi)前和災(zāi)后數(shù)據(jù)的采集與整合，災(zāi)前從電力企業(yè)資源管理系統(tǒng)、gis獲取電力設(shè)施位置信息，從設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)提取結(jié)構(gòu)圖，災(zāi)后利用衛(wèi)星遙感平臺(tái)采集遙感影像，組織現(xiàn)場(chǎng)人員用移動(dòng)終端采集視頻，并建立災(zāi)前災(zāi)后數(shù)據(jù)映射關(guān)系，其映射關(guān)系的匹配度公式為：，其中，表示災(zāi)前與災(zāi)后數(shù)據(jù)的映射匹配度，數(shù)值越小表示匹配度越高，是數(shù)據(jù)特征的數(shù)量，第個(gè)特征的權(quán)重，是災(zāi)前數(shù)據(jù)的第個(gè)特征值，來自電力企業(yè)的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、設(shè)計(jì)圖紙以及地理信息系統(tǒng)記錄，是災(zāi)后數(shù)據(jù)的第個(gè)特征值，由災(zāi)后的遙感影像處理、現(xiàn)場(chǎng)視頻分析以及實(shí)地勘察數(shù)據(jù)提取得到，是補(bǔ)充項(xiàng)，從而避免分母為零的情況。

9、更進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)分析與智能識(shí)別模塊采用圖像分割技術(shù)對(duì)災(zāi)后遙感影像和視頻進(jìn)行預(yù)處理，具體地，導(dǎo)入影像與視頻數(shù)據(jù)并將其格式轉(zhuǎn)換及標(biāo)準(zhǔn)化，運(yùn)用直方圖均衡化方法增強(qiáng)圖像對(duì)比度并濾除噪聲，并提取光譜、紋理和幾何特征，運(yùn)用基于閾值、區(qū)域和機(jī)器學(xué)習(xí)的分割方法將圖像劃分不同區(qū)域，通過形態(tài)學(xué)操作以及區(qū)域合并篩選處理，優(yōu)化分割結(jié)果。

10、更進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)分析與智能識(shí)別模塊構(gòu)建機(jī)器學(xué)習(xí)分類模型進(jìn)行危險(xiǎn)區(qū)域識(shí)別分類，其模型公式為：，其中，是損失函數(shù)，用于衡量模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際標(biāo)簽的差異，是訓(xùn)練樣本的數(shù)量，是第個(gè)樣本的真實(shí)標(biāo)簽，0表示非危險(xiǎn)區(qū)域，1表示危險(xiǎn)區(qū)域，是模型對(duì)第個(gè)樣本預(yù)測(cè)為危險(xiǎn)區(qū)域的概率，是模型的參數(shù)向量，是模型參數(shù)的數(shù)量，是正則化項(xiàng)，通過對(duì)模型參數(shù)的絕對(duì)值求和，使得部分參數(shù)值變?yōu)榱?，從而達(dá)到特征選擇的目的，是正則化項(xiàng)，也稱為權(quán)重衰減，通過對(duì)模型參數(shù)的平方和求和，使得參數(shù)值趨向于更小，降低模型的復(fù)雜度，和分別為正則化項(xiàng)和系數(shù)，通過交叉驗(yàn)證方法在訓(xùn)練過程中優(yōu)化確定。

11、更進(jìn)一步地，所述航點(diǎn)智能規(guī)劃模塊根據(jù)電力系統(tǒng)拓?fù)浜瓦\(yùn)行規(guī)則確定關(guān)鍵設(shè)備清單并賦予高優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先規(guī)劃對(duì)其拍攝航點(diǎn)，具體地，獲取電力系統(tǒng)的拓?fù)溥B接關(guān)系數(shù)據(jù)和運(yùn)行規(guī)則數(shù)據(jù)，基于該數(shù)據(jù)，將電力系統(tǒng)抽象為拓?fù)鋱D，通過分析圖的連通性，找出故障會(huì)導(dǎo)致大面積停電或影響重要供電區(qū)域的節(jié)點(diǎn)和連接路徑，同時(shí)分析電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的功率分布，確定承載較大功率傳輸任務(wù)的設(shè)備和線路，依據(jù)設(shè)備額定參數(shù)，篩選出大容量發(fā)電機(jī)和主變壓器設(shè)備，結(jié)合負(fù)載率和重要用戶保障要求，確定長(zhǎng)期高負(fù)載運(yùn)行及為重要用戶供電的關(guān)鍵設(shè)備，形成關(guān)鍵設(shè)備清單，并為清單中的關(guān)鍵設(shè)備賦予高優(yōu)先級(jí)標(biāo)識(shí)，根據(jù)設(shè)備位置坐標(biāo)和無人機(jī)拍攝視角、分辨率要求確定拍攝區(qū)域，采用智能路徑規(guī)劃算法在拍攝區(qū)域內(nèi)生成滿足“低空多角度拍攝”策略的航點(diǎn)，生成航點(diǎn)時(shí)考慮無人機(jī)飛行性能限制和危險(xiǎn)區(qū)域信息，按照關(guān)鍵設(shè)備優(yōu)先級(jí)順序，優(yōu)先為高優(yōu)先級(jí)的關(guān)鍵設(shè)備規(guī)劃拍攝航點(diǎn)。

12、更進(jìn)一步地，所述航點(diǎn)智能規(guī)劃模塊用智能路徑規(guī)劃算法在拍攝區(qū)域內(nèi)生成滿足“低空多角度拍攝”策略的航點(diǎn)，其算法公式為：，其中，是節(jié)點(diǎn)的總代價(jià)估計(jì)值，是從起點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的實(shí)際飛行代價(jià)，根據(jù)無人機(jī)的飛行性能參數(shù)和地圖信息得出，是節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)航點(diǎn)的直線距離啟發(fā)式估計(jì)，通過航點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)得出，是節(jié)點(diǎn)周圍的危險(xiǎn)程度評(píng)估值，根據(jù)危險(xiǎn)區(qū)域的分布和強(qiáng)度計(jì)算，和分別為距離啟發(fā)式和危險(xiǎn)程度的權(quán)重系數(shù)，根據(jù)飛行任務(wù)的安全性要求和效率要求動(dòng)態(tài)調(diào)整。

13、更進(jìn)一步地，所述動(dòng)態(tài)調(diào)整決策模塊設(shè)定救援進(jìn)展和搶修需求指標(biāo)，對(duì)于救援進(jìn)展指標(biāo)，從電力搶修指揮中心獲取設(shè)備修復(fù)情況，按類型統(tǒng)計(jì)修復(fù)數(shù)量并與災(zāi)前總數(shù)對(duì)比，經(jīng)加權(quán)計(jì)算整體修復(fù)進(jìn)度比例，依電力拓?fù)浜蚲is數(shù)據(jù)劃分供電區(qū)域，借助電力調(diào)度系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)恢復(fù)供電區(qū)域數(shù)量，得出供電恢復(fù)比例，并為搶修隊(duì)伍配定位設(shè)備，結(jié)合任務(wù)點(diǎn)確定其推進(jìn)位置，算出任務(wù)完成比例以綜合衡量整體推進(jìn)指標(biāo)，對(duì)于電力搶修需求指標(biāo)，通過實(shí)時(shí)影像識(shí)別及現(xiàn)場(chǎng)反饋收集新增受損設(shè)備信息，按類型和受損程度分類統(tǒng)計(jì)，并與各方溝通收集特殊搶修需求并量化，從數(shù)據(jù)分析與智能識(shí)別模塊獲取危險(xiǎn)區(qū)域動(dòng)態(tài)信息，分析其范圍、等級(jí)變化并量化，分析災(zāi)害搶修歷史數(shù)據(jù)為各指標(biāo)設(shè)定初始閾值，并依據(jù)實(shí)際救援中指標(biāo)數(shù)據(jù)及航點(diǎn)規(guī)劃調(diào)整效果動(dòng)態(tài)優(yōu)化閾值，對(duì)于救援進(jìn)展指標(biāo)，其調(diào)整公式為：，其中，是救援進(jìn)展的變化量，和是分別為當(dāng)前和上一時(shí)刻的救援進(jìn)展指標(biāo)，由電力搶修指揮中心的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得到，是救援進(jìn)展變化的觸發(fā)閾值，根據(jù)救援任務(wù)的規(guī)模、復(fù)雜度以及對(duì)信息更新的及時(shí)性要求預(yù)先設(shè)定或動(dòng)態(tài)調(diào)整，對(duì)于電力搶修需求指標(biāo)，其調(diào)整公式為：，其中，是電力搶修需求的變化量，和分別為當(dāng)前和上一時(shí)刻的電力搶修需求指標(biāo)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)搶修人員的反饋和新發(fā)現(xiàn)的受損情況確定，是電力搶修需求變化的觸發(fā)閾值，根據(jù)救援任務(wù)的規(guī)模、復(fù)雜度以及對(duì)信息更新的及時(shí)性要求預(yù)先設(shè)定或動(dòng)態(tài)調(diào)整。

14、更進(jìn)一步地，所述動(dòng)態(tài)調(diào)整決策模塊通過建立與搶修指揮中心和現(xiàn)場(chǎng)人員的實(shí)時(shí)通信接口獲取數(shù)據(jù)并分析，判斷航點(diǎn)調(diào)整幅度，其調(diào)整幅度為：，其中，是航點(diǎn)規(guī)劃的調(diào)整幅度，和分別為救援進(jìn)展變化和電力搶修需求變化對(duì)航點(diǎn)調(diào)整幅度的影響系數(shù)，通過歷史救援?dāng)?shù)據(jù)的分析和機(jī)器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練得到，以適應(yīng)不同類型災(zāi)害和救援場(chǎng)景。

15、更進(jìn)一步地，所述通信與數(shù)據(jù)傳輸模塊建立通信鏈路監(jiān)測(cè)機(jī)制實(shí)時(shí)檢測(cè)傳輸可靠性，其可靠性監(jiān)測(cè)公式為：，其中，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘梅?，成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀數(shù)，是總發(fā)送的數(shù)據(jù)幀數(shù)，由通信模塊的傳輸日志記錄統(tǒng)計(jì)得到，是傳輸成功率的權(quán)重，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求和完整性要求確定，是實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，通過通信模塊的時(shí)間戳記錄獲取，是預(yù)期數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，根據(jù)數(shù)據(jù)量和通信協(xié)議的理論傳輸速率計(jì)算得出，傳輸時(shí)間符合度的權(quán)重，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求和完整性要求確定。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，該一種電力無人機(jī)拍攝航點(diǎn)自動(dòng)規(guī)劃系統(tǒng)具備如下有益效果：

17、一、本發(fā)明通過整合災(zāi)前與災(zāi)后的電力設(shè)施數(shù)據(jù)，利用圖像識(shí)別技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行深入分析，不僅大幅縮短了獲取電力設(shè)施損壞情況圖像資料的時(shí)間，還確保了數(shù)據(jù)的全面性和準(zhǔn)確性，并且系統(tǒng)優(yōu)先拍攝關(guān)鍵設(shè)備，采用低空多角度拍攝策略，為電力搶修工作提供了詳盡可靠的圖像資料，從而顯著提高了應(yīng)急評(píng)估的整體效率和搶修決策的科學(xué)性。

18、二、本發(fā)明通過動(dòng)態(tài)調(diào)整決策模塊，能夠?qū)崟r(shí)接收救援進(jìn)展和電力搶修需求的動(dòng)態(tài)信息，并根據(jù)預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)調(diào)整觸發(fā)機(jī)制，及時(shí)對(duì)航點(diǎn)規(guī)劃進(jìn)行調(diào)整，確保了無人機(jī)拍攝作業(yè)能夠緊密貼合電力搶修的實(shí)際需求，同時(shí)，系統(tǒng)還能夠自動(dòng)且精準(zhǔn)地避開危險(xiǎn)區(qū)域，如漏電區(qū)域、建筑物不穩(wěn)定區(qū)域等，保障了無人機(jī)拍攝作業(yè)的安全性，不僅提高了拍攝效率，還保障了評(píng)估人員的生命安全。

19、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。