一种巡检无人机电能补给方法

专利主权项内容

1.一种巡检无人机电能补给方法，其特征在于，基于由线路规划模块、电能管理模块、路径规划调整模块、巡检控制模块构成的电能补给装置，具体步骤如下：步骤1、线路规划模块根据巡检站点列表及无人机起止停靠位置，完成巡检路线规划；步骤2、电能管理模块根据无人机巡检过程瞬时能耗、能储及电能补给站分布，基于效能最优原则，确定电能补给站点；步骤3、路径规划调整模块基于电能补给站点信息及待巡检站点信息，对巡检路线规划进行更新；步骤4、巡检控制模块基于巡检路线规划信息实现巡检及电能补给控制；所述步骤1中，巡检路线规划方法采用最短路径规划；所述步骤2中，电能管理模块确定电能补给站点的具体步骤为：步骤2.1、电能管理模块按照预设的周期P，更新当前瞬时能耗值CurrentInstantPerCost，所述当前瞬时能耗值CurrentInstantPerCost的计算方法为：计算第m个周期产生的能耗PeriodEnergyCost(m)除以所述第m个周期内的航行距离PeriodDistance(m)得到第m个周期内瞬时能耗值InstantPerCost(m)，而后从最近N个周期的瞬时能耗值中，选出能耗值最大的一个，作为CurrentInstantPerCost，所述P、N通过配置完成；步骤2.2、电能管理模块利用无人机当前能储值CurrentEnergyStorage除以当前瞬时能耗值CurrentInstantPerCost，得到剩余航行距离SurplusDistance，而后判定SurplusDistance是否大于剩余巡检线路长度，如果是，则确定电能补给站点数为零，如果否，则跳转到步骤2.3；步骤2.3、电能管理模块以无人机当前所在位置为中心，以SurplusDistance为半径，把所述半径内存在的充电站确定为候选充电站点，形成候选充电站点列表CandidateSiteList；步骤2.4、电能管理模块结合候选充电站点列表CandidateSiteList进行候选路径规划，输出候选路径列表CandidatePathList；步骤2.5、电能管理模块核算CandidatePathList中按照各候选路径k进行电能补给巡检时所剩余的巡检电塔数SurplusNumSite(k)，所述k的取值为1、......、K，其中K为CandidatePathList列表的元素个数；步骤2.6、电能管理模块把SurplusNumSite(k)中取值为0巡检路线存储到队列ListA，把取值不为0的巡检路线存储到队列ListB，而后基于效能最优原则从ListA或ListB中确定电能补给站点；所述步骤2.4中，电能管理模块输出CandidatePathList的具体方法为：步骤2.4.1、电能管理模块判定CandidateSiteList是否为空，如果是，则跳转到步骤2.4.4，如果否，则从CandidateSiteList中选出一个站点Q，并把Q从CandidateSiteList中删除；步骤2.4.2、电能管理模块把站点Q、待巡检电塔构成巡查目标集；步骤2.4.3、电能管理模块对巡查目标集进行最短巡检路径规划，并放进队列CandidatePathList而后跳转到步骤2.4.1；步骤2.4.4、输出CandidatePathList；所述步骤2.5中，电能管理模块核算SurplusNumSite(k)的具体方法为：步骤2.5.1、电能管理模块设置k等于1，SurplusNumSite(k)清零；步骤2.5.2、电能管理模块判断k是否大于K，如果是，则跳转到步骤2.5.6，如果否，则从CandidatePathList中取出CandidatePathList(k)，并跳转到步骤2.5.3；步骤2.5.3、电能管理模块根据CandidatePathList(k)对应的规划路径，计算无人机当前位置到电能补给站的距离DisttanceTmp，而后计算CurrentEnergyStorage-DisttanceTmp*CurrentInstantPerCost得到无人机按照规划线路CandidatePathList(k)到达电能补给站所剩余的电能EnergyStorageArriveSite，如果EnergyStorageArriveSite大于等于0，则跳转到步骤2.5.4，如果小于0，则将SurplusNumSite(k)赋值为巡检作业的总站点数，而后把(k+1)赋值给k，并跳转到步骤2.5.2；步骤2.5.4、电能管理模块查询当前电能补给站所能提供的充电量EnergySupply，而后把min(EnergyStorageArriveSite+EnergySupply，MaxEnergyStorage)作为无人机完成电能补给后的电量EnergyAfterSupply，所述min(A，B)是值取值A、B中较小的值，所述MaxEnergyStorage为无人机的最大储能值；步骤2.5.5、电能管理模块计算EnergyAfterSupply/CurrentInstantPerCost得到电能补给后的巡检距离DistanceAfterSupply，而后根据巡检路线确定电能补给后所能完成巡检的最后一个电塔SiteLast，并把巡检路线CandidatePathList(k)上位于SiteLast之后的电塔数，确定为SurplusNumSite(k)，而后把(k+1)赋值给k，并跳转到步骤2.5.2；步骤2.5.6、输出SurplusNumSite(k)；所述步骤2.6中，所述效能最优原则具体包括：效能最优原则A：电能管理模块判定ListA是否为空，如果是，则从ListB中选出剩余的巡检线路最短的路线对应的电能补给站点作为应选电能补给站点，并把巡检线路剩余最短的路线的长度赋值G1，并将G2、G3设置为空，将Type设置为B，并把应选电能补给站点赋值给SelSite；如果否，则从ListA中选出路径最短的一条线路对应的电能补给站点作为应选电能补给站点，所述最短的一条线路的长度赋值给G1，并将G2、G3设置为空，将Type设置为A，并把应选电能补给站点赋值给SelSite；效能最优原则B：电能管理模块判定ListA是否为空，如果是，则从ListB中选出剩余的巡检线路最短的路线对应的电能补给站点作为应选电能补给站点，并把所述巡检线路最短的路线的长度赋值G1，并将G2、G3设置为空，将Type设置为B，并把应选电能补给站点赋值给SelSite；如果否，则从ListA中选出电能补给后电能补给站剩余电量最多的一条线路对应的电能补给站点作为应选电能补给站点，并把被选中的电能补给站完成补给后剩余电量赋值给G2，并把G1、G3设置为空，将Type设置为A，并把应选电能补给站点赋值给SelSite；效能最优原则C：电能管理模块判定ListA是否为空，如果是，则从ListB中选出剩余的巡检线路最短的路线对应的电能补给站点作为应选电能补给站点，并把所述巡检线路最短的路线的长度赋值G1，并将G2、G3设置为空，将Type设置为B，并把应选电能补给站点赋值给SelSite；如果否，则计算ListA中各电能补给站点SiteInListA(y)预设历史时段T_rang内的电能补给供电总额TotalSupplySiteInListA(y)，而后计算各站点完成当前电能补给之后剩余的电能SurplusEnergySiteInListA(y)，而后通过计算SurplusEnergySiteInListA(y)/TotalSupplySiteInListA(y)得到各站点富裕系数Coefficient(y)，而后选取富裕系数最大的电能补给站点作为应选电能补给站点，而后把最大富裕系数赋值给G3，并把G1、G2设置为空，将Type设置为A，并把应选电能补给站点赋值给SelSite，所述T_rang通过配置完成；效能最优原则D：电能管理模块判定ListA是否为空，如果是，则从ListB中选出电能补给后电能补给站剩余电量最多的一条线路对应的电能补给站点作为应选电能补给站点，并把应选电能补给站点完成补给后剩余电量赋值给G2，并把G1、G3设置为空，将Type设置为B，并把应选电能补给站点赋值给SelSite；如果否，则从ListA中选出路径最短的一条线路对应的电能补给站点作为应选电能补给站点，所述最短的一条线路的长度赋值给G1，并将G2、G3设置为空，将Type设置为A，并把应选电能补给站点赋值给SelSite；效能最优原则E：电能管理模块判定ListA是否为空，如果是，则从ListB中选出电能补给后电能补给站剩余电量最多的一条线路对应的电能补给站点作为应选电能补给站点，并把应选电能补给站点完成补给后剩余电量赋值给G2，并把G1、G3设置为空，将Type设置为B，并把应选电能补给站点赋值给SelSite；如果否，则从ListA中选出电能补给后电能补给站剩余电量最多的一条线路对应的电能补给站点作为应选电能补给站点，并把应选电能补给站点完成补给后剩余电量赋值给G2，并把G1、G3设置为空，将Type设置为A，并把应选电能补给站点赋值给SelSite；效能最优原则F：电能管理模块判定ListA是否为空，如果是，则从ListB中选出电能补给后电能补给站剩余电量最多的一条线路对应的电能补给站点作为应选电能补给站点，并把应选电能补给站点完成补给后剩余电量赋值给G2，并把G1、G3设置为空，将Type设置为B，并把应选电能补给站点赋值给SelSite；如果否，则计算ListA中各电能补给站点SiteInListA(y)预设历史时段内的电能补给供电总额TotalSupplySiteInListA(y)，而后计算各站点完成当前电能补给之后剩余的电能SurplusEnergySiteInListA(y)，而后通过计算SurplusEnergySiteInListA(y)/TotalSupplySiteInListA(y)得到各站点富裕系数Coefficient(y)，而后选取富裕系数最大的电能补给站点作为应选电能补给站点，而后把最大富裕系数赋值给G3，并把G1、G2设置为空，将Type设置为A，并把应选电能补给站点赋值给SelSite，所述T_rang通过配置完成；所述G1、G2、G3、Type、SelSite、G1_last、G2_last、G3_last、Type_last、SelSite_last为效能参考参数，其初始值都设置为空；所述步骤2.6中，所述电能管理模块按照所述最优原则，按照周期P进行迭代更新后进行判定，确定当前充电站点CurrestSite，并更新G1_last、G2_last、G3_last、Type_last、SelSite_last状态，具体方法如下：2.6.1、如果SelSite_last为空，则把SelSite、G1、G2、G3、Type依次赋值给SelSite_last、G1_last、G2_last、G3_last、Type_last，并将SelSite确定为当前充电站点CurrestSite；2.6.2、如果SelSite_last不为空，2.6.2.1、如果Type_last取值为A，Type取值为A2.6.2.1.1、效能最优原则A或者D：如果G1小于G1_last，则SelSite确定为当前充电站点CurrestSite，并将SelSite、G1、G2、G3、Type依次赋值给SelSite_last、G1_last、G2_last、G3_last、Type_last；否则，SelSite_last确定为当前充电站点CurrestSite；2.6.2.1.2、效能最优原则B或者E：如果G2大于G2_last，则SelSite确定为当前充电站点CurrestSite，并将SelSite、G1、G2、G3、Type依次赋值给SelSite_last、G1_last、G2_last、G3_last、Type_last；否则，SelSite_last确定为当前充电站点CurrestSite；2.6.2.1.3、效能最优原则C或者F：如果G3大于G3_last，则SelSite确定为当前充电站点CurrestSite，并将SelSite、G1、G2、G3、Type依次赋值给SelSite_last、G1_last、G2_last、G3_last、Type_last；否则，SelSite_last确定为当前充电站点CurrestSite；2.6.2.2、如果Type_last取值为A，Type取值为B， 则SelSite_last确定为当前充电站点CurrestSite；2.6.2.3、如果Type_last取值为B，Type取值为A，则SelSite确定为当前充电站点CurrestSite，并将SelSite、G1、G2、G3、Type依次赋值给SelSite_last、G1_last、G2_last、G3_last、Type_last；2.6.2.4、如果Type_last取值为B，Type取值为B；2.6.2.4.1、效能最优原则A或者B或者C：如果G1小于G1_last，则SelSite确定为当前充电站点CurrestSite，并将SelSite、G1、G2、G3、Type依次赋值给SelSite_last、G1_last、G2_last、G3_last、Type_last；否则，SelSite_last确定为当前充电站点CurrestSite；2.6.2.4.2、效能最优原则D或者E或者F：如果G2大于G2_last，则SelSite确定为当前充电站点CurrestSite，并将SelSite、G1、G2、G3、Type依次赋值给SelSite_last、G1_last、G2_last、G3_last、Type_last；否则，SelSite_last确定为当前充电站点CurrestSite；所述步骤4中，巡检控制模块基于巡检路线规划信息实现巡检及电能补给控制，当所述无人机采用CurrestSite进行充电时，则将SelSite_last、G1_last、G2_last、G3_last、Type_last全部设置为空。