面向光伏电站的旋翼无人机自主导航和巡检策略
发布时间：2020-12-26 09:23
中国拥有世界上最大的光伏装机容量,并且该容量仍在逐年递增,光伏电站的运维巡检问题日益凸显。近年来,四旋翼无人机迅速发展,在高空搜索和监测方面展现了巨大潜力。利用旋翼无人机对光伏电站进行巡检,可以极大提高光伏电站的巡检效率和自动化水平。本文以面向光伏电站的旋翼无人机自主导航和巡检为背景,对无人机自主导航和巡检过程中的路径规划、红外视觉导航、无人机与地面站的通信等方面进行了相关研究和探索。根据光伏电站的分布特点,结合无人机巡检的目的和要求,将路径规划问题转化为区域间的路径规划问题和区域内的路径规划问题。前者转换成多旅行商问题,使用遗传算法进行求解,以获得各个子区域间的任务分配方案和巡检顺序;后者转换成覆盖式路径规划问题,通过坐标转换、外接矩形构建、路径点生成和PNPoly算法进行求解,得到子区域内的路径点。实验结果验证了算法的有效性。为了弥补基于路径点的导航巡检方式的不足,提出了基于红外视觉的自主导航和巡检策略。为了获得光伏组串的位置信息,设计了一种结合颜色特征、梯度特征和形状特征的光伏组串识别和定位算法;为了避免多行巡检时发生组串漏检或重检,设计了光伏组串重建算法;为了实现光伏组串中心线...
【文章来源】： 孔祥春 浙江大学
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
永高股份有限公司厂区光伏电站由于永高股份有限公司厂区光伏电站的光伏板安装在规则的屋顶上，且安装
浙江大学硕士学位论文路径规划132.2.1小节的数据，对永高股份有限公司厂区光伏电站进行了建模和区域间路径规划求解。光伏厂区质点化为13个任务点，1个起始点，使用3架无人机从同一起始点出发进行巡检，巡检完毕后回到初始点。采用0.1sk=，0.9tw=，0.1sw=，根据2.2.2小节的算法求得的区域间路径规划方案为：表2-1区域间路径规划方案无人编号巡检路径总里程10→4→2→1→3→7→01838.4220→8→11→12→9→01805.5530→6→10→13→5→01752.21由上表可以得出：时间为1838.42，总里程为5396.18，任务分配较为均匀。在MATLAB中绘制出图形如图2-5所示，其中蓝色的线段代表1号无人机的飞行路径，黄色线段代表2号无人机的飞行路径，绿色线段代表3号无人机的规划路径。图2-5永高股份光伏电站区域间路径规划结果
浙江大学硕士学位论文红外视觉辅助导航29()(())()(())()(())601206012060GB/VminR,G,BifVRHBR/VminR,G,BifVGRG/VminR,G,BifVB==+=+=(3-3)在一些简单的场景中，光伏组串和背景的HSV直方图如图3-4所示：左侧是光伏组串的HSV直方图，右侧是背景的HSV直方图。目标和背景之间的色差明显。使用H和V值，可以轻松地分割PV串。图3-4简单场景的HSV直方图这些简单场景的分割结果如图3-5所示。左边是缩小的原始图像，右边是颜色分割结果。从图中不难看出，光伏组串被阈值处理成了白色，背景则是黑色，两者很好地分割开来了，效果不错。(a)(b)图3-5简单场景的颜色分割结果然而，在一些复杂的场景中，由于存在各种各样的干扰，光伏组串和背景的PV:H100.5100.05BG:H200.5100.05PV:S100.5100.20.4BG:S20.60.70.80.9100.5PV:V10.70.80.9100.050.1BG:V100.5100.020.04
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种求解旅行商问题的基于外部存档的自适应遗传算法[J]. 刘景鑫,李林林,李治华,张耘赫. 计算机时代. 2019(07)
[2]多无人机协同搜索多目标的路径规划问题研究[J]. 刘文兵,王艺栋. 电光与控制. 2019(03)
[3]基于Mavlink协议的植保无人机地面监测终端设计[J]. 呼云龙,胡金山,丁潇,林萌萌. 安徽农业科学. 2018(27)
[4]基于Qt的无人机地面站软件系统的设计[J]. 李帅,范项媛. 雷达科学与技术. 2017(04)
[5]基于C#的无人机地面站软件设计[J]. 杨青,赵锋,李阳. 电子质量. 2017(05)
[6]多无人机协同运动目标搜索问题研究[J]. 王勋,姚佩阳,梅权. 电光与控制. 2016(08)
[7]无人机在电力行业的应用及需求分析[J]. 李勋,张欣,黄荣辉,姚森敬,裴慧坤,高昌盛,范首东. 电气应用. 2015(S2)
[8]基于改进人工势场法的无人机路径规划算法[J]. 丁家如,杜昌平,赵耀,尹登宇. 计算机应用. 2016(01)
[9]多无人机协同覆盖路径规划[J]. 陈海,何开锋,钱炜祺. 航空学报. 2016(03)
[10]无人机在交通应急指挥领域的应用[J]. 陈雷. 中国交通信息化. 2014(04)
博士论文
[1]基于无人机红外影像技术的配电网巡检系统研究[D]. 郑维刚.沈阳农业大学 2014
本文编号：2939438
【文章来源】： 孔祥春 浙江大学
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
永高股份有限公司厂区光伏电站由于永高股份有限公司厂区光伏电站的光伏板安装在规则的屋顶上，且安装
浙江大学硕士学位论文路径规划132.2.1小节的数据，对永高股份有限公司厂区光伏电站进行了建模和区域间路径规划求解。光伏厂区质点化为13个任务点，1个起始点，使用3架无人机从同一起始点出发进行巡检，巡检完毕后回到初始点。采用0.1sk=，0.9tw=，0.1sw=，根据2.2.2小节的算法求得的区域间路径规划方案为：表2-1区域间路径规划方案无人编号巡检路径总里程10→4→2→1→3→7→01838.4220→8→11→12→9→01805.5530→6→10→13→5→01752.21由上表可以得出：时间为1838.42，总里程为5396.18，任务分配较为均匀。在MATLAB中绘制出图形如图2-5所示，其中蓝色的线段代表1号无人机的飞行路径，黄色线段代表2号无人机的飞行路径，绿色线段代表3号无人机的规划路径。图2-5永高股份光伏电站区域间路径规划结果
浙江大学硕士学位论文红外视觉辅助导航29()(())()(())()(())601206012060GB/VminR,G,BifVRHBR/VminR,G,BifVGRG/VminR,G,BifVB==+=+=(3-3)在一些简单的场景中，光伏组串和背景的HSV直方图如图3-4所示：左侧是光伏组串的HSV直方图，右侧是背景的HSV直方图。目标和背景之间的色差明显。使用H和V值，可以轻松地分割PV串。图3-4简单场景的HSV直方图这些简单场景的分割结果如图3-5所示。左边是缩小的原始图像，右边是颜色分割结果。从图中不难看出，光伏组串被阈值处理成了白色，背景则是黑色，两者很好地分割开来了，效果不错。(a)(b)图3-5简单场景的颜色分割结果然而，在一些复杂的场景中，由于存在各种各样的干扰，光伏组串和背景的PV:H100.5100.05BG:H200.5100.05PV:S100.5100.20.4BG:S20.60.70.80.9100.5PV:V10.70.80.9100.050.1BG:V100.5100.020.04
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种求解旅行商问题的基于外部存档的自适应遗传算法[J]. 刘景鑫,李林林,李治华,张耘赫. 计算机时代. 2019(07)
[2]多无人机协同搜索多目标的路径规划问题研究[J]. 刘文兵,王艺栋. 电光与控制. 2019(03)
[3]基于Mavlink协议的植保无人机地面监测终端设计[J]. 呼云龙,胡金山,丁潇,林萌萌. 安徽农业科学. 2018(27)
[4]基于Qt的无人机地面站软件系统的设计[J]. 李帅,范项媛. 雷达科学与技术. 2017(04)
[5]基于C#的无人机地面站软件设计[J]. 杨青,赵锋,李阳. 电子质量. 2017(05)
[6]多无人机协同运动目标搜索问题研究[J]. 王勋,姚佩阳,梅权. 电光与控制. 2016(08)
[7]无人机在电力行业的应用及需求分析[J]. 李勋,张欣,黄荣辉,姚森敬,裴慧坤,高昌盛,范首东. 电气应用. 2015(S2)
[8]基于改进人工势场法的无人机路径规划算法[J]. 丁家如,杜昌平,赵耀,尹登宇. 计算机应用. 2016(01)
[9]多无人机协同覆盖路径规划[J]. 陈海,何开锋,钱炜祺. 航空学报. 2016(03)
[10]无人机在交通应急指挥领域的应用[J]. 陈雷. 中国交通信息化. 2014(04)
博士论文
[1]基于无人机红外影像技术的配电网巡检系统研究[D]. 郑维刚.沈阳农业大学 2014
本文编号：2939438
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