输电线路巡检方法、装置和系统与流程

1.本技术涉及无人机协同技术领域，特别是涉及一种输电线路巡检方法、装置和系统。


背景技术：

2.现阶段我国远距离的输电工程得到了大力发展，且由于我国土地广阔，输电线路在过程中不可避免的要穿过高山、密林地区等条件恶劣地区，受冰灾、酸碱性环境威胁严重。因此，对输电线路上的电力设施派出巡检人员进行定期巡检，及时掌握输电线路的运行情况，保障输电系统运行的安全和稳定，是电力部门及其重要的一项工作。
3.随着无人机技术结合电网智能化的广泛应用，越来越多的项目中开始采用无人机参与输电线路的巡检任务。但目前多采用单兵、单飞机执行单任务的作业模式，控制无人机的巡检人员需要一对一的完成起飞点检查以及飞行控制，受制于地形环境的复杂以及无人机续航能力等约束，整体作业效率较低。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对目前无人机执行巡检任务作业效率低的问题，提供一种输电线路巡检方法、装置和系统。
5.一种输电线路巡检方法，所述的方法包括：
6.获取巡检区域中巡检目标的第一数量和巡检设备的第二数量；
7.根据所述巡检目标的第一数量、所述巡检设备的第二数量和预设的输电线路巡检分配模型，确定输电线路巡检分配结果；其中，所述输电线路巡检分配结果表示巡检区域中的巡检目标与巡检设备的最优分配对应关系，预设的输电线路巡检分配模型表示根据所述巡检目标的第一数量和所述巡检设备的第二数量确定的输电线路巡检分配模型；
8.根据所述输电线路巡检分配结果，执行相应的巡检操作。
9.在其中一个实施例中，所述预设的输电线路巡检分配模型包括两个以上的分配子模型；各所述分配子模型根据所述巡检目标与所述巡检设备的数量比较确定。
10.在其中一个实施例中，所述预设的输电线路巡检分配模型包括第一分配子模型、第二分配子模型和第三分配子模型；所述根据所述巡检目标的第一数量、所述巡检设备的第二数量和预设的输电线路巡检分配模型，确定输电线路巡检分配结果，包括：
11.在所述第一数量大于所述第二数量的情况下，将所述第一数量和所述第二数量输入至所述第一分配子模型中，得到所述输电线路巡检分配结果。
12.在其中一个实施例中，所述根据所述巡检目标的第一数量、所述巡检设备的第二数量和预设的输电线路巡检分配模型，确定输电线路巡检分配结果，还包括：
13.在所述第一数量等于所述第二数量的情况下，将所述第一数量和所述第二数量输入至所述第二分配子模型中，得到所述输电线路巡检分配结果。
14.在其中一个实施例中，所述根据所述巡检目标的第一数量、所述巡检设备的第二
数量和预设的输电线路巡检分配模型，确定输电线路巡检分配结果，还包括：
15.在所述第一数量小于所述第二数量的情况下，将所述第一数量和所述第二数量输入至所述第三分配子模型中，得到所述输电线路巡检分配结果。
16.在其中一个实施例中，所述分配子模型的构建方式包括：
17.获取所述巡检目标的第一坐标以及所述巡检设备的第二坐标；
18.获取所述巡检区域的地理地形信息以及威胁区域信息；
19.根据所述地理地形信息、所述威胁区域信息、所述第一坐标以及所述第二坐标得到所述输电线路巡检分配模型的代价矩阵；
20.根据所述代价矩阵得到所述分配子模型。
21.在其中一个实施例中，所述根据所述代价矩阵得到所述分配子模型，包括：
22.根据所述代价矩阵，得到所述输电线路巡检分配模型的总航程代价与最大航行时间；
23.在所述总航程代价与所述最大航行时间最小时，得到所述分配子模型。
24.在其中一个实施例中，所述根据所述输电线路巡检分配结果，执行相应的巡检操作，包括：
25.将所述输电线路巡检分配结果发送至各所述巡检设备中，以使各所述巡检设备根据所述输电线路巡检分配结果，生成对应的巡检路线，并根据所述巡检路线执行巡检操作。
26.在其中一个实施例中，提供一种输电线路巡检装置，以实现上述的输电线路巡检方法，所述装置包括：
27.获取模块，用于获取巡检区域中巡检目标的第一数量和巡检设备的第二数量；
28.确定模块，用于根据所述巡检目标的第一数量、所述巡检设备的第二数量和预设的输电线路巡检分配模型，确定输电线路巡检分配结果；其中，所述输电线路巡检分配结果表示巡检区域中的巡检目标与巡检设备的最优分配对应关系，预设的输电线路巡检分配模型表示根据所述巡检目标的第一数量和所述巡检设备的第二数量确定的输电线路巡检分配模型；
29.执行模块，用于根据所述输电线路巡检分配结果，执行相应的巡检操作。
30.在其中一个实施例中，提供一种输电线路巡检系统，包括巡检设备、通讯装置以及上述的输电线路巡检装置，所述巡检设备的数量为两个以上，所述输电线路巡检装置通过通讯装置与各巡检设备进行数据交互，将所述输电线路巡检分配结果发送至各所述巡检设备中，以使各所述巡检设备根据所述输电线路巡检分配结果，生成对应的巡检路线，并根据所述巡检路线执行巡检操作。
31.上述输电线路巡检方法、装置和系统，采用巡检设备代替传统人工巡检，对巡检区域内的巡检目标按照预设的分配模型进行巡检任务的分配，并且考虑了根据巡检设备与巡检目标的数量的不同情况对分配模型进行优化，获得最优的分配结果，解决了传统人工巡检对操作人员技术的依赖性，降低了相关单位用人成本，节约巡检时间，有效提高巡检效率。
附图说明
32.图1为一实施例中输电线路巡检方法的流程图；
33.图2为另一实施例中输电线路巡检方法的流程图；
34.图3为另一实施例中输电线路巡检方法的流程图；
35.图4为一实施例中输电线路巡检装置的系统框图。
具体实施方式
36.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
37.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
38.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。
39.可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
40.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
41.在一个实施例中，如图1所示，提供一种输电线路巡检方法，首先获取巡检区域中巡检目标的第一数量和巡检设备的第二数量，再根据第一数量、第二数量和预设的输电线路巡检分配模型，确定输电线路巡检分配结果，最后根据输电线路巡检分配结果，执行相应的巡检操作，具体地，方法包括以下步骤：
42.步骤s110：获取巡检区域中巡检目标的第一数量和巡检设备的第二数量。
43.具体地，在输电线路的巡检任务中，首先会对整个输电线路划分多个巡检区域，每个巡检区域对应由一定的巡检设备进行巡检。每个巡检区域中的巡检目标为输电线路上需要进行巡检的电力塔架、电力设备以及电线等，每次进行巡检分配之前，需对应确定需要进行巡检的巡检目标的数量。巡检设备为无人机，可以理解，无人机在完成巡检目标的巡检时，是按一定的巡检轨迹飞行，到达巡检目标的位置后，悬停调整并进行拍照，完成巡检目标的巡检任务。同样地，在每次进行巡检分配之前，也需对应确定可进行该巡检区域可进行巡检的巡检设备的数量。
44.步骤s120：根据巡检目标的第一数量、巡检设备的第二数量和预设的输电线路巡检分配模型，确定输电线路巡检分配结果；其中，输电线路巡检分配结果表示巡检区域中的巡检目标与巡检设备的最优分配对应关系，预设的输电线路巡检分配模型表示根据巡检目标的第一数量和巡检设备的第二数量确定的输电线路巡检分配模型。
45.具体地，在采用巡检设备对巡检目标进行分配巡检时，需考虑两者数量的比较采用不同的分配模型进行巡检任务的分配，得到巡检效率最高、最优的分配对应关系。例如，
在巡检设备的数量与巡检目标的数量一致时，可以理解，只需将巡检设备与巡检目标一对一的进行分配进行巡检任务执行即可。但在巡检设备的数量大于巡检目标的数量时，则要求分配模型中的一个巡检目标将分配给多个巡检设备进行巡检。在巡检设备的数量小巡检目标的数量时，要求分配模型中的一个巡检设备需分配多个巡检目标完成巡检。
46.进一步地，预设的输电线路巡检分配模型包括第一分配子模型、第二分配子模型和第三分配子模型；各子模型根据巡检目标与巡检设备的数量比较确定。在第一数量大于第二数量的情况下，将第一数量和第二数量输入至第一分配子模型中，得到输电线路巡检分配结果；在第一数量等于第二数量的情况下，将第一数量和第二数量输入至第二分配子模型中，得到输电线路巡检分配结果；在第一数量小于第二数量的情况下，将第一数量和第二数量输入至第三分配子模型中，得到输电线路巡检分配结果。
47.其中，各分配子模型需根据巡检目标的第一坐标、巡检设备的第二坐标、巡检区域的地理地形信息以及威胁区域信息综合考虑，得到代价矩阵对应计算总航程代价与最大航行时间，然后在总航程代价与最大航行时间最小时，得到分配子模型，再根据分配子模型，可确定巡检目标与巡检设备的最优分配对应关系。
48.步骤s130：根据输电线路巡检分配结果，执行相应的巡检操作。
49.具体地，将输电线路巡检分配结果发送至各巡检设备中，以使各巡检设备根据输电线路巡检分配结果，生成对应的巡检路线，并根据巡检路线执行巡检操作。可以理解，在计算完成得到最佳的分配子模型，确定输电线路巡检分配结果后，将输电线路巡检分配结果发送至各巡检设备中，各巡检设备根据分配对应关系生成其对应的巡检路线，并根据巡检路线对巡检区域中的巡检目标进行巡检拍照。其中，巡检路线包括起始点、巡检目标点以及之间的航线轨迹。
50.上述输电线路巡检方法，采用巡检设备代替传统人工巡检，对巡检区域内的巡检目标按照预设的分配模型进行巡检任务的分配，并且考虑了根据巡检设备与巡检目标的数量的不同情况对分配模型进行优化，获得最优的分配结果，解决了传统人工巡检对操作人员技术的依赖性，降低了相关单位用人成本，节约巡检时间，有效提高巡检效率。
51.在一个实施例中，步骤s120中的预设的输电线路巡检分配模型包括两个以上的分配子模型；各分配子模型根据巡检目标与巡检设备的数量比较确定。
52.具体地，在采用巡检设备对巡检目标进行分配巡检时，需考虑两者数量的比较采用不同的分配模型进行巡检任务的分配。例如，在巡检设备的数量与巡检目标的数量一致时，可以理解，只需将巡检设备与巡检目标一对一的进行分配进行巡检任务执行即可。但在巡检设备的数量大于巡检目标的数量时，则要求分配模型中的一个巡检目标将分配给多个巡检设备进行巡检。在巡检设备的数量小巡检目标的数量时，要求分配模型中的一个巡检设备需分配多个巡检目标完成巡检。在两者数量不平衡时，预设的输电线路巡检分配模型需要进行调整，将分为两个以上的分配子模型，分别针对不同情况进行巡检任务的分配。
53.在一个实施例中，分配子模型的数量为三个，预设的输电线路巡检分配模型包括第一分配子模型、第二分配子模型和第三分配子模型，各分配子模型的决策变量可描述为：
[0054][0055]
其中，n为巡检设备的数量，m为巡检目标的数量，x
(u,ij)
为决策变量。
[0056]
那么，如图2所示，步骤s120可包括步骤s121：
[0057]
步骤s121：在第一数量大于第二数量的情况下，将第一数量和第二数量输入至第一分配子模型中，得到输电线路巡检分配结果。
[0058]
具体地，在第一数量大于第二数量的情况下，表示一个巡检设备需分配执行完成多个巡检目标的对应关系：
[0059][0060]
其中，1表示任务[i,
…
,j]被u循序执行，0表示不被执行。
[0061]
在一个实施例中，如图2所示，步骤s120还包括步骤s122：
[0062]
步骤s122：在第一数量等于第二数量的情况下，将第一数量和第二数量输入至第二分配子模型中，得到输电线路巡检分配结果。
[0063]
具体地，在第一数量等于第二数量的情况下，表示巡检目标与巡检设备为一对一的进行分配执行的对应关系：
[0064][0065]
其中，1表示任务i被u循序执行，0表示不被执行。
[0066]
在一个实施例中，如图2所示，步骤s120包括步骤s123：
[0067]
步骤s123：在第一数量小于第二数量的情况下，将第一数量和第二数量输入至第三分配子模型中，得到输电线路巡检分配结果。
[0068]
具体地，在第一数量小于第二数量的情况下，表示一个巡检设备由多个巡检设备进行分配执行的对应关系：
[0069][0070]
其中，1表示任务i被[u
m
,u
k
]循序执行，0表示不被执行。
[0071]
在一个实施例中，分配子模型的构建方式首先要获取巡检区域中的地理地形信息以及威胁区域，再根据巡检目标的坐标以及巡检设备的坐标统一得到输电线路巡检分配模型的代价矩阵，再根据该代价矩阵计算得到分配子模型，如图3所示，具体包括步骤s210～步骤s240：
[0072]
步骤s210：获取巡检目标的第一坐标以及巡检设备的第二坐标。
[0073]
具体地，巡检目标的第一坐标以及巡检设备的第二坐标均包括经纬度信息以及海拔高度信息，以此构成三维环境来进行分配子模型的计算。
[0074]
步骤s220：获取巡检区域的地理地形信息以及威胁区域信息。
[0075]
具体地，由于针对输电线路的巡检区域中，不可避免的需要经过高山、密林地区等条件恶劣地区，巡检设备无法在与巡检目标的位置的两点间直飞，需避开无法飞行的区域。因此，首先需要考虑巡检区域的地貌形态，即获取巡检区域的地理地形信息。另外，还需考虑雷达威胁以及禁飞等威胁区域。可以理解，地理地形信息与威胁区域信息也均为三维环境下的数据信息，也均包括经纬度信息以及海拔高度信息。
[0076]
步骤s230：根据地理地形信息、威胁区域信息、第一坐标以及第二坐标得到分配子模型的代价矩阵。
[0077]
具体地，分配子模型的代价矩阵用于求解最优的输电线路巡检分配结果，表示分配子模型的优劣，极大程度上决定了输电线路巡检任务分配的可靠性与合理性。可采用地理地形信息、威胁区域信息、第一坐标以及第二坐标等三维环境下的数据信息对分配子模型的代价矩阵进行估算，进行估算的方法并不唯一，以本领域的技术人员认可即可。
[0078]
例如，可采用基于垂直切面的方法对三维环境下的分配子模型的代价矩阵进行估算，采用dem(digital elevation model，数字高程模型)来处理以上的三维环境下的数据信息。通过第一坐标与第二坐标之间的连线做垂直水平面的切面，将切面与地理地形信息以及威胁区域信息相交的高程值作为估计代价矩阵的基准，通过坐标变换，在二维切面坐标系上规划出一条满足第一坐标至第二坐标且不经过地理地形信息和威胁区域信息的航行轨迹，再用此轨迹的长度乘以目标权重的乘积，即为从一个巡检设备的第二坐标至一个巡检目标的第一坐标进行巡检的航程代价。再扩展到多个巡检设备对多个巡检目标进行巡检的代价计算后，即可构成整个输电线路巡检分配模型的代价矩阵。
[0079]
步骤s240：根据代价矩阵得到分配子模型。
[0080]
具体地，根据代价矩阵，得到分配子模型的总航程代价与最大航行时间，再在总航程代价与最大航行时间最小时，得到分配子模型。可以理解，在考虑所有的执行任务的巡检设备以及巡检目标的分配对应关系时，其总航程代价与最大航行时间最小，也就表示所花费的时间最小，执行的效率最高，此时的输电线路巡检分配结果，即表示巡检区域中的巡检目标与巡检设备的最优分配对应关系。
[0081]
在一个实施例中，步骤s240包括步骤s241～步骤s242：
[0082]
步骤s241：根据代价矩阵，得到分配子模型的总航程代价与最大航行时间。
[0083]
具体地，在巡检设备的数量大于或等于巡检目标的数量时，分配子模型的总航程代价为所有巡检设备的航程代价的总和，最大航行时间为巡检中的所有巡检目标的消耗时间的最大值。在巡检设备的数量小于巡检目标的数量时，输电线路巡检分配模型的总航程代价与最大航行时间，还需包括目标与目标之间的时序上关系代价，再结合所有巡检设备的航程代价的总和，求得分配子模型的总航程代价与最大航行时间。
[0084]
步骤s242：在总航程代价与最大航行时间最小时，根据总航程代价矩阵得到预设的输电线路巡检分配模型。
[0085]
具体地，在总航程代价与最大航行时间最小时，可以理解为是在已知的地理地形信息、威胁区域信息以及第一坐标至第二坐标的巡检任务中，通过路线规划保证在同一批次执行巡检任务的无人机执行任务时的最小航程代价与时间下，得到的输电线路巡检分配模型，作为最佳的分配子模型。通过该最佳的分配子模型确定输电线路巡检分配结果，此时
的输电线路巡检分配结果，即表示巡检区域中的巡检目标与巡检设备的最优分配对应关系。
[0086]
在一个实施例中，步骤s130包括步骤s131：
[0087]
步骤s131：将输电线路巡检分配结果发送至各巡检设备中，以使各巡检设备根据输电线路巡检分配结果，生成对应的巡检路线，并根据巡检路线执行巡检操作。
[0088]
具体地，在计算完成得到最佳的分配子模型，确定输电线路巡检分配结果后，将输电线路巡检分配结果发送至各巡检设备中，各巡检设备根据分配对应关系生成其对应的巡检路线，并根据巡检路线对巡检区域中的巡检目标进行巡检拍照。其中，巡检路线包括起始点、巡检目标点以及之间的航线轨迹。
[0089]
在一个实施例中，如图4所示，提供一种输电线路巡检装置，以实现上述的输电线路巡检方法，装置包括获取模块01、确定模块02以及执行模块03，获取模块01用于获取巡检区域中巡检目标的第一数量和巡检设备的第二数量；确定模块02用于根据巡检目标的第一数量、巡检设备的第二数量和预设的输电线路巡检分配模型，确定输电线路巡检分配结果；其中，输电线路巡检分配结果表示巡检区域中的巡检目标与巡检设备的最优分配对应关系，预设的输电线路巡检分配模型表示根据巡检目标的第一数量和巡检设备的第二数量确定的输电线路巡检分配模型；执行模块03用于根据输电线路巡检分配结果，执行相应的巡检操作。
[0090]
具体地，每个巡检区域中的巡检目标为输电线路上需要进行巡检的电力塔架、电力设备以及电线等，每次进行巡检分配之前，获取模块01需对应确定需要进行巡检的巡检目标的数量。巡检设备为无人机，可以理解，无人机在完成巡检目标的巡检时，是按一定的巡检轨迹飞行，到达巡检目标的位置后，悬停调整并进行拍照，完成巡检目标的巡检任务。同样地，在每次进行巡检分配之前，获取模块01也需对应确定可进行该巡检区域可进行巡检的巡检设备的数量。
[0091]
进一步地，在采用巡检设备对巡检目标进行分配巡检时，确定模块02用于考虑两者数量的比较采用不同的分配模型进行巡检任务的分配，得到巡检效率最高、最优的分配对应关系。
[0092]
最后，执行模块03将输电线路巡检分配结果发送至各巡检设备中，以使各巡检设备根据输电线路巡检分配结果，生成对应的巡检路线，并根据巡检路线执行巡检操作。
[0093]
关于输电线路巡检装置的具体限定可以参见上文中对于输电线路巡检方法的限定，在此不再赘述。上述输电线路巡检装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0094]
在一个实施例中，提供一种输电线路巡检系统，包括巡检设备、通讯装置以及上述的输电线路巡检装置，巡检设备的数量为两个以上，输电线路巡检装置通过通讯装置与各巡检设备进行数据交互，将输电线路巡检分配结果发送至各巡检设备中，以使各巡检设备根据输电线路巡检分配结果，生成对应的巡检路线，并根据巡检路线执行巡检操作。
[0095]
具体地，巡检设备为无人机，数量为两个以上，在输电线路巡检装置计算完成得到最佳的分配子模型，确定输电线路巡检分配结果后，输电线路巡检装置将输电线路巡检分
配结果发送至各巡检设备中，各巡检设备根据分配对应关系生成其对应的巡检路线，并根据巡检路线对巡检区域中的巡检目标进行巡检拍照。其中，巡检路线包括起始点、巡检目标点以及之间的航线轨迹。
[0096]
关于输电线路巡检系统的具体限定可以参见上文中对于输电线路巡检方法的限定，在此不再赘述。
[0097]
上述输电线路巡检装置和系统，采用巡检设备代替传统人工巡检，对巡检区域内的巡检目标按照预设的分配模型进行巡检任务的分配，并且考虑了根据巡检设备与巡检目标的数量的不同情况对分配模型进行优化，获得最优的分配结果，解决了传统人工巡检对操作人员技术的依赖性，降低了相关单位用人成本，节约巡检时间，有效提高巡检效率。
[0098]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0099]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。