基于GPS导航无人机巡线指挥系统设计

发布时间：2017-06-11 02:04

  本文关键词：基于GPS导航无人机巡线指挥系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：220kV及以上电压等级的高压输电线路，一般都会经过山川、树林以及湖泊等传统的人工作业需要花费大量时间，甚至无法进行巡查的区域，巡查效率、观察效果和作业安全无法得到保障，而采用无人机对输电线路进行巡检能够对输电线路进行高效、非接触式的巡检作业，能提高巡检质量，并确保巡检作业人员安全。 无人机巡检区域多为低空领域，地形和小气候环境复杂多变，存在电力杆塔、线路、树木、建筑物等障碍，作业场地也限制了无人机无法随时安全起降。旋翼无人机对起飞和降落场地无特殊要求，能够在空中悬停作业，飞行转弯弧度小，，因此采用旋翼无人机对输电线路进行详细巡视。四旋翼无人机由于航程和自身性能约束，仅能对输电线路杆塔及杆塔附近线路进行巡线。 输电线路的结构较为紧凑，巡检作业目标较多，为了使无人机在巡检过程中不会对输电线路安全造成影响，同时提高无人机巡线的效率，需要根据无人机的控制方式规划无人机的巡检路径并进行路径优化。在优化过程中，充分考虑了实际巡线中无人机飞行航偏角、威胁约束和能耗最省等因素，并将蚁群算法应用于输电线路无人机巡检规划路径规划中，优化后的路径能有效提高巡检质量和巡检效率。 本文在总结巡检作业流程和巡检路径规划的基础上，分析系统的功能，设计了无人机巡线指挥系统。通过作业前准备，确定巡检作业输电线路段和巡检作业目标，实现巡检作业环境生成；确定巡检目标，采用蚁群算法对巡检路径进行优化，得到最优巡检作业路径；基于GPS导航技术，实现了自动巡检作业、实时航迹坐标显示等功能；通过无线通讯模块，实现巡检视频接收和显示。对巡检拍摄的图像，通过图像处理实现故障分析诊断；巡检流程结束，实现对巡检任务信息保存和打印。 通过对无人机巡线指挥系统进行测试，系统能够按照无人机巡检作业流程，对无人机巡检任务进行详细记录，完成输电线路巡检工作。巡线指挥系统的应用明显提高巡检效率和效果，能进一步降低进行人工故障识别的难度。
【关键词】：无人机 路径优化 蚁群算法 巡线指挥
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P228.4;V279
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.2.1 无人机巡检作业系统研究现状10-11
• 1.2.2 巡检路径规划研究现状11
• 1.3 本文研究的主要内容11-13
• 第2章 无人机巡检作业系统规划13-24
• 2.1 无人机飞行原理13-14
• 2.2 无人机巡检作业的关键技术14-16
• 2.3 巡检作业内容的分类及无人机的选取16-18
• 2.3.1 巡检内容的分类16-17
• 2.3.2 适宜机型的选择17-18
• 2.4 无人机巡检路径规划分析18-19
• 2.5 无人机巡检作业流程19-21
• 2.6 作业安全距离21-22
• 2.7 小结22-24
• 第3章 无人机巡线指挥系统设计24-36
• 3.1 指挥平台系统结构24
• 3.2 无人机起飞准备模块设计24-26
• 3.3 GPS 导航模块26-32
• 3.3.1 坐标系统与投影变换26-29
• 3.3.2 导航数据的格式29-30
• 3.3.3 导航数据的提取30
• 3.3.4 导航数据显示30
• 3.3.5 飞行预警提示30-32
• 3.4 通讯控制模块32-33
• 3.5 图像视频的显示33-34
• 3.6 巡检数据存储34-36
• 第4章 基于蚁群算法的路径规划36-47
• 4.1 引言36
• 4.2 蚁群算法原理36-40
• 4.2.1 蚁群算法的系统模型37-39
• 4.2.2 蚁群算法的主要流程39-40
• 4.3 基于蚁群算法的巡检路径约束40-42
• 4.4 蚁群算法在巡检路径规划中应用42-43
• 4.5 巡检路径规划仿真实验与结论43-46
• 4.6 小结46-47
• 第5章 巡检作业指挥系统调试47-55
• 5.1 测试环境47
• 5.2 测试内容47-53
• 5.2.1 作业前准备测试47-48
• 5.2.2 巡检作业环境生成48-49
• 5.2.3 路径规划49-50
• 5.2.4 数据传输50
• 5.2.5 巡检数据的接收和显示50-52
• 5.2.6 图像的保存以及图像处理52-53
• 5.2.7 巡检任务的保存53
• 5.3 测试结论53-55
• 第6章 总结与展望55-57
• 6.1 总结55
• 6.2 展望55-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-61
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文61-62
• 附录 2 攻读硕士学位期间参加的科研项目62-63
• 详细摘要63-68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 任留成,杨晓梅,赵忠明;空间墨卡托投影研究[J];测绘学报;2003年01期

2 刘国嵩;贾继强;;无人机在电力系统中的应用及发展方向[J];东北电力大学学报;2012年01期

3 郝震;张健;蔡满意;;自适应遗传算法在飞行器离线航迹规划中的应用[J];电光与控制;2010年01期

4 贺涛;谢军;王文娟;刘宇坤;李月娟;;基于遗传算法的无人侦察机航迹规划[J];弹箭与制导学报;2010年03期

5 韩文军;雷远华;周学文;;无人机航测技术及其在电网工程建设中的应用探讨[J];电力勘测设计;2010年03期

6 严锦胜;;WLAN小型无人机无线数据链路问题的探讨[J];电脑知识与技术;2011年01期

7 黄国锐,曹先彬,王煦法;基于信息素扩散的蚁群算法[J];电子学报;2004年05期

8 李迪;陈向坚;续志军;;增益自适应滑模控制器在微型飞行器飞行姿态控制中的应用[J];光学精密工程;2013年05期

9 周志鹏;周成平;赵庆璐;;一种用于航迹规划的网络图构造方法研究[J];弹箭与制导学报;2013年04期

10 黄世龙;顾雪平;张建成;;用于电力巡线的新型油动固定翼无人机设计[J];电力系统自动化;2014年04期

  本文关键词：基于GPS导航无人机巡线指挥系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：440497