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申请/专利权人：中国长江电力股份有限公司;长电新能有限责任公司

摘要：本发明公开一种山地光伏区无人机巡检区域及路径规划方法，包括：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，以及总架数；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五种地形；根据其凸凹类型，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；无人机飞行遵循Z字型路径，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；最终确定无人机的总体巡检路径；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；本发明提高了巡检效率及智能化水平。

主权项：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：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；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；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；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；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；所述步骤S2具体过程为：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＝{w1′,w2′,…,w5′}，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；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；S23、在“最佳窗口”内，地形因数Ak上计算待划区位置点，k＝1,2,…,5，相对于某种坡位的某个典型位置点相似度，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： 其中，表示待划区位置点地形因数Ak的值，k＝1,2,…,5，为地形因数的个数，表示典型位置样本的地形因数Ak的值，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，w1表示待划区位置点地形因数值比地形属性典型值少多少，k1表示此时地形属性对应的相似度，w2表示待划区位置点地形因数值比地形属性典型值多多少，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；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；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： 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；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： 其中，Sij表示待划区位置点Pij和某类坡位的相似度；dij,t表示两点之间的欧式距离，r表示衰减因子；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；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； 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；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0.4至0.6之间，剖面曲率m-1在-b2至b2之间，坡度°≥c1；坡脚相对位置指数在0.15至0.2之间，剖面曲率m-1≤b1；沟谷的相对位置指数≤0.1，平面曲率m-1在-a1至a1之间，坡度°≤c2；所述步骤S3具体过程为：S31、判断该地形凸凹区域类型，如若为凸区域，则采用凸区域划分方法；将目标区域简化为一个多边形P，将P划分为n个等面积的子区域，n为该区域面积除以单架无人机单次最大巡检面积，具体划分流程如下：首先，输入该凸多边形的顶点信息OP＝ov，v＝1,2,…,γ，其中γ为顶点数，并按逆时针顺序排序；取一对相互平行的直线Lleft、Lright，将Lleft左平移直至和多边形P交于一点或一条边界，Lright右平移直至和多边形P交于一点或一条边界，将Lleft和Lright作为扫描线的边界；Lleft和Lright间的距离是该方向上的最大宽度dmax，沿最大宽度方向从右到左取n-1个位点SP＝S1,S2,…,Sn-1将dmax做n等分，过位点平行于边界线作分割线Li＝Ls,Le，i＝1,2,…,n-1，Li与P交于Ls、Le；当Ln-1右侧的多边形面积大于所需要的面积时，Ln-1向右移动，直到面积相等为止；当Ln-1右侧的多边形面积小于所需要的面积时，Ln-1向左移动，直到面积相等为止；依此类推直到L1也划分完成，最终该地形会划分成n块的面积相等的区域；S32、判断该地形凸凹区域类型，当为凹区域时，先采用凹口处凸分解的方法，将凹区域划分成凸区域；当边界1右侧的分区面积小于所需的面积时，凹口处的分割线在凹口的边界延长线范围内扫描划分直到划分面积达到要求；若分割线1与边界2重合依然不满足所需面积，则将分割线平行于边界1或边界2向多边形左侧移动，满足区域D1-1和区域D1-2的面积之和达到要求时划分完成，此时分区D由2个凸多边形D1-1和D1-2组成；当边界1右侧的分区D的面积大于所需面积，分割线以凹点为旋转中心点，在D1-1内逆时针扫描划分，直到获得所需面积；满足面积需求的区域输出为分区D1，其余部分作为一个整体继续划分，直到划分出n-1个分区；S33、每个地形划分使用以上方法，将整片光伏区划分为多个区域。

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