[发明专利]一种无人机高铁站房自主巡检的路径规划方法

说明书

本发明提供了一种无人机高铁站房自主巡检的路径规划方法，在无人机对高铁客站房建设备关键节点进行巡检的场景下，首先，需要确定所有关键节点的位置坐标及形状，然后，确定无人机对每个关键节点进行巡检时的最佳拍摄位置，最后，再将这些三维空间中的巡检点组合成为一条无人机可飞的安全巡检路径。本发明在进行无人机路径规划时既充分考虑无人机的有效续航时长，还保证了无人机对所有的关键节点都进行了巡检，使得无人机可以快速自主地完成巡检任务。

技术领域

本发明涉及智能巡检技术领域，特别涉及一种无人机高铁站房自主巡检的路径规划方法。

背景技术

近年来，随着中国高铁里程的快速增加，高铁客站的数量也在不断增长，作为承载了旅客换乘、休息、餐饮、购票、进站、出站等一系列服务的重要场所，高铁客站的安全成为高铁正常运行的重要保障。因此，需要对高铁客站的房建设备进行定期巡检，以便发现隐患并及时排除。目前，这项工作要依靠人工完成，耗费了大量的人力和物力，巡检效率低下，巡检效果也不理想。

无人机智能巡检是目前最为理想的替代人工巡检的方式，它的速度快、效率高、覆盖面广，既可对高铁客站屋面的全貌进行鸟瞰，也可以对站名字、广告箱、包面板、天沟、变形缝等房建设备的关键节点进行精细巡检，还可以对雨棚顶、墙面、柱子、路面等基础设施进行拍照。不仅可以避免人工巡检爬高上低时的风险，还可以避免漏检、少检等情况，从而有效提升高铁客站房建设备的巡检效率和效果，目前，国内外均没有关于无人机对高铁站房进行巡检的相关文献和报道。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提出一种无人机高铁站房自主巡检的路径规划方法，通过设计遗传算法优化无人机巡检高铁站房的巡检路径，从而使得无人机可以快速自主地完成巡检任务。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种无人机高铁站房自主巡检的路径规划方法，所述方法包括以下步骤：

S1、确定需要无人机巡检的关键节点的位置坐标及形状；

S2、获取无人机的相关参数，包括：任务开始坐标、飞行速度、镜头的扫描范围；

S3、根据关键节点的位置坐标及形状确定无人机对该关键节点的最佳巡检航迹点并进行编号；

S4、计算无人机任务开始坐标到所有最佳巡检航迹点最短路径的距离以及所有最佳巡检航迹点之间的最短路径的距离，并使用二维矩阵进行存储，记做巡检任务距离矩阵；

S5、建立无人机路径规划问题模型，(drone routing problem，DRP)即DRP模型；

S6、采用DRP模型，根据每个关键节点最佳巡检航迹点的编号，获取无人机巡检高铁客站房设备关键节点的初始路径方案集合，初始路径方案集合包括多个路径方案，路径方案为无人机的任务执行顺序及对应的最佳巡检航迹点编号；

S7、采用遗传算法对初始路径方案集合进行优化以获得无人机对关键节点的最优路径方案。

进一步的，所述DRP模型的目标函数采用公式(1)来表示：

在式(1)中，i和j是无人机最佳巡检航迹点的编号，(i，j)表示从最佳巡检航迹点i到最佳巡检航迹点j的最短路径，A为所有最短路径的集合，x_ij是二元决策变量，若无人机选择从最佳巡检航迹点i飞向最佳巡检航迹点j则x_ij＝1，否则x_ij＝0；t_ij是无人机从最佳巡检航迹点i飞向最佳巡检航迹点j的飞行时长。

进一步的，所述DRP模型的约束条件采用公式(2)至(6)来表示：