【摘要】：隨著我國電力行業(yè)的飛速發(fā)展,電網(wǎng)規(guī)模也隨之不斷壯大,低效的傳統(tǒng)巡線方式已經(jīng)不能滿足需要。無人機巡檢作為一門安全、高效的巡檢技術,近年來在林火巡護、電力巡線、油田巡井、氣象偵查等多個領域受到了廣泛的關注。當下利用無人機執(zhí)行巡檢任務主要依托操作人員手動遙控,若能實現(xiàn)無人機的全自主飛行,將使巡檢效率得到進一步的提升。而無人機航跡規(guī)劃是實現(xiàn)無人機全自主飛行的一項核心技術,因此對無人機航跡規(guī)劃方法進行研究,并將之應用于輸電線路巡檢,實現(xiàn)巡檢無人機的自主飛行,提高巡檢效率具有十分重要的意義。無人機航跡規(guī)劃就是結合任務需求,使用某種航跡規(guī)劃算法搜索出一條連接起始點和目標點的滿足各項約束條件的最優(yōu)或近似最優(yōu)的飛行航跡。本文在輸電線路巡檢的應用背景下,對無人機航跡規(guī)劃方法展開研究,主要內(nèi)容如下:首先根據(jù)無人機輸電線路巡檢任務要求和環(huán)境特點,研究無人機航跡規(guī)劃問題及環(huán)境建模。確定巡檢內(nèi)容為輸電線路廊道監(jiān)測并選擇固定翼無人機作為巡檢機型。分析并確定各項約束條件,選取航跡表示形式。分別利用幾何描述法和函數(shù)模擬的方法建立障礙物模型和地形模型,從而組建飛行環(huán)境模型,為后續(xù)航跡規(guī)劃的實現(xiàn)奠定基礎。其次,選定快速擴展隨機樹(Rapidly-exploring Random Tree,RRT)算法作為航跡搜索算法。針對RRT算法的缺陷,提出一種目標偏移雙向連接型RRT*(Goal-bias Bidirectional Connection RRT*,GBCRRT*)算法。改進隨機節(jié)點的選取策略,提高算法的搜索效率和收斂速度;在起始點和目標點分別建立兩棵搜索樹并采用連接型擴展方法,提高算法的搜索速度;使用快速排斥試驗和跨立試驗相結合的碰撞檢測方法實現(xiàn)算法對障礙物的規(guī)避;在搜索樹的擴展中引入代價函數(shù)來獲得近似最優(yōu)航跡,提高航跡質(zhì)量。通過仿真實驗,將GBCRRT*算法與其它改進方法進行對比,驗證其有效性。最后,結合巡檢內(nèi)容,在建立的環(huán)境模型上實現(xiàn)航跡規(guī)劃。給出巡線航跡規(guī)劃總體步驟,并將航跡規(guī)劃分為無人機起飛前的全局靜態(tài)航跡規(guī)劃和飛行過程中的局部航跡重規(guī)劃兩步進行。在全局靜態(tài)航跡規(guī)劃中,使用GBCRRT*算法規(guī)劃出參考航跡,并刪除參考航跡中的冗余節(jié)點,使用B樣條曲線法對刪除冗余航路點后的參考航跡進行平滑處理,使航跡更具有可飛性。在局部航跡重規(guī)劃中,分別使用改進隨機節(jié)點選取策略的連接型雙向RRT算法和基于運動學方程的RRT算法規(guī)避靜態(tài)突發(fā)威脅和動態(tài)突發(fā)威脅。通過仿真實驗,驗證本文航跡規(guī)劃方法的可行性。
【學位授予單位】：東北石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V279;V249;TM75
【圖文】：

東北石油大學碩士研究生學位論文塔零部件檢測。其中線路廊道檢測的主要內(nèi)容包括巡查廊道內(nèi)是否存在鳥巢、違規(guī)建筑、超高樹木，以及桿塔是否傾斜、倒塌等。由于要對線路廊道進行寬范圍長距離的巡檢，因此要求無人機具有較快的飛行速度和足夠長的續(xù)航時間，而且能夠進行自主飛行。桿塔零部件檢測的主要巡查內(nèi)容包括絕緣子串是否有破損閃絡、自爆等痕跡，各類線夾和防震錘是否損壞、變形、跑位，桿塔防雷設施是否有損壞現(xiàn)象等。這些巡檢內(nèi)容要求無人機具有懸停、定位精確的特性，能夠靠近桿塔采集高清圖像信息。由于桿塔零部件狀態(tài)監(jiān)測范圍小，需要無人機精準飛行與懸停，可通過人工手動操作無人機進行巡視拍攝，航跡規(guī)劃意義不大，因此本文僅針對線路廊道監(jiān)測進行航跡規(guī)劃及環(huán)境避障，以實現(xiàn)無人機自主飛行。2.無人機機型選擇目前用于電力巡檢的無人機通常有兩種：多旋翼無人機和固定翼無人機，如圖 2.1 和 2.2 所示。

東北石油大學碩士研究生學位論文塔零部件檢測。其中線路廊道檢測的主要內(nèi)容包括巡查廊道內(nèi)是否存在鳥巢、違規(guī)建筑、超高樹木，以及桿塔是否傾斜、倒塌等。由于要對線路廊道進行寬范圍長距離的巡檢，因此要求無人機具有較快的飛行速度和足夠長的續(xù)航時間，而且能夠進行自主飛行。桿塔零部件檢測的主要巡查內(nèi)容包括絕緣子串是否有破損閃絡、自爆等痕跡，各類線夾和防震錘是否損壞、變形、跑位，桿塔防雷設施是否有損壞現(xiàn)象等。這些巡檢內(nèi)容要求無人機具有懸停、定位精確的特性，能夠靠近桿塔采集高清圖像信息。由于桿塔零部件狀態(tài)監(jiān)測范圍小，需要無人機精準飛行與懸停，可通過人工手動操作無人機進行巡視拍攝，航跡規(guī)劃意義不大，因此本文僅針對線路廊道監(jiān)測進行航跡規(guī)劃及環(huán)境避障，以實現(xiàn)無人機自主飛行。2.無人機機型選擇目前用于電力巡檢的無人機通常有兩種：多旋翼無人機和固定翼無人機，如圖 2.1 和 2.2 所示。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 王博申;周安宏;喻威;戶啟松;;無人機在通信勘察領域的應用研究[J];中國新通信;2015年19期

2 魚佳欣;李剛;李東濤;李文君;;改進量子遺傳算法在無人機航跡規(guī)劃中的應用[J];計算機仿真;2015年05期

3 聶俊嵐;張慶杰;王艷芬;;基于加權Voronoi圖的無人飛行器航跡規(guī)劃[J];飛行力學;2015年04期

4 占偉偉;王偉;陳能成;王超;;一種利用改進A*算法的無人機航跡規(guī)劃[J];武漢大學學報(信息科學版);2015年03期

5 曹雪娟;王森;;無人機遙感影像在水利監(jiān)測領域的應用[J];中國水利;2015年04期

6 羅冠辰;于劍橋;張思宇;井文明;趙俊鋒;;穿越惡劣天氣區(qū)域的無人機航跡規(guī)劃[J];北京理工大學學報;2014年10期

7 王強;張安;吳忠杰;;改進人工勢場法與模擬退火算法的無人機航路規(guī)劃[J];火力與指揮控制;2014年08期

8 吳天愛;吳云玉;別曉峰;;采用病毒粒子群優(yōu)化算法的飛行器航跡規(guī)劃[J];電光與控制;2014年08期

9 王偉;王華;;基于約束人工勢場法的彈載飛行器實時避障航跡規(guī)劃[J];航空動力學報;2014年07期

10 溫乃峰;蘇小紅;馬培軍;趙玲玲;;低空復雜環(huán)境下基于采樣空間約減的無人機在線航跡規(guī)劃算法[J];自動化學報;2014年07期

相關碩士學位論文 前4條

1 李高磊;基于機器視覺的無人機電力巡線技術研究[D];安徽理工大學;2016年

2 胡廣;無人機環(huán)境建模和運動規(guī)劃算法研究[D];大連理工大學;2015年

3 熊典;輸電線路無人機巡檢路徑規(guī)劃研究及應用[D];武漢科技大學;2014年

4 徐華東;無人機電力巡線智能避障方法研究[D];南京航空航天大學;2014年

本文編號：2714573