一种基于地理信息系统关联的无人机自动化巡检系统及方法与流程

1.本发明属于无人机技术领域，具体来说是一种基于地理信息系统关联的无人机自动化巡检系统及方法。


背景技术：

2.随着无人机技术不断发展进步，各行各业均有部分工作被无人机逐渐取代，特别是在在铁路、电力、化工、石化安防巡检等应用场景中，但为了更加深入的推广无人机巡检和提高无人机巡检的效率以及提升无人机操作交互体验，将无人机自动化巡检与被巡检地理信息进行深度融合绑定是最行之有效的方法，因此，本发明针对无人机自动化巡检提出一种基于地理信息关联的新的巡检方法，相比传统无人机操作员提前规划飞行航线的巡检方法，本发明方法在尽可能缩短航程的前提下提高了无人机巡检路线的覆盖率进而提高了巡检效率，另一方面，该方法通过结合地理信息自动规划航线极大降低了对无人机操作手经验的依赖从而降低了巡检成本。
3.经检索，中国发明专利：一种无人机自动巡检路径的规划方法及系统(公开号为cn114020025a，公开日为2022.02.08)，该申请案的规划方法包括：获取待巡检点的属性信息；根据属性信息采用无人机路径规划算法生成无人机巡检方案；从无人机巡检方案中每个无人机的路径中随机选取一个待巡检点以构成新的待巡检点集合；再次采用无人机路径规划算法针对待巡检点集合生成无人机巡检方案；判断迭代次数是否大于或等于迭代次数阈值；在判断迭代次数小于迭代次数阈值的情况下，再次从无人机巡检方案中每个无人机的路径中随机选取一个待巡检点以构成待巡检点集合；在判断迭代次数大于或等于迭代次数阈值的情况下，计算每个无人机巡检方案的评估值，选择评估值最小的无人机巡检方案作为最优解。该申请案虽然通过无人机路径规划算法选择评估值最小的无人机巡检方案作为最优解，但是该申请案的不足之处在于还是需要生成很多路线进行对比，存在繁琐、效率低下的问题。


技术实现要素：

4.1.发明要解决的技术问题
5.本发明的目的在于解决现有无人机巡检方法人工规划路线繁琐、效率低下的问题。
6.2.技术方案
7.为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
8.本发明的一种基于地理信息系统关联的无人机自动化巡检系统，包括地理信息匹配模块、航线规划模块和地理信息数据库，所述地理信息匹配模块用于获取地理信息数据库内存储的巡检兴趣点及其巡检信息点周边地理信息并发送给航线规划模块，所述航线规划模块用于根据获取的地理信息生成航线信息并发送给无人机进行执行。
9.优选的，还包括人机交互模块，所述人机交互模块与地理信息匹配模块、航线规划
模块进行通信，所述人机交互模块用于控制地理信息匹配模块、航线规划模块进行工作。
10.优选的，所述航线规划模块包括路径规划单元，所述路径规划单元内设有路径规划算法进行路径规划，所述路径规划算法具体为a*算法、d*算法、dijkstra算法等基础算法结合人工势场法、遗传算法等智能算法综合进行路径规划。
11.优选的，所述航线规划模块内还设有无人机文件管理模块，所述无人机文件管理模块用于管理无人机航线文件数据。
12.优选的，所述地理信息匹配模块还用于以对点、线、面等相关地理信息进行增删查改的操作。
13.优选的，所述地理信息数据库以数据库以及文档为数据存储基础，完成了对点、线、面等基本地理信息要素的管理，且封装有相应的增删改查接口。
14.一种基于地理信息系统关联的无人机自动化巡检方法，所述方法采用上述所述的系统，具体步骤为：
15.步骤s100、建立地理信息数据库并录入数据；
16.步骤s200、在航线规划模块中选择巡检兴趣点创建巡检任务；
17.步骤s300、航线规划模块向地理信息匹配模块请求相关数据进行路径规划，并导出航线文件；
18.步骤s400、将导出的航线规划文件导入地理信息匹配模块做航线校验记录备案校验；
19.步骤s500、若航线校验通过装载到无人机任务系统中开始执行，若不通过根据错误信息返回步骤s300重新规划。
20.优选的，在步骤s400中，所述地理信息匹配模块对无人机航线校验的功能以对航线的安全性合法性等做出校验判断，具体的判断逻辑为：首先根据航线文件对是否闯入禁飞区做出第一不判断，若合规进行第二部航路安全性判断，从地理信息元素中读取高程信息判断航路是否在安全飞行高度之上，一面发生碰撞，同时根据时间戳读取已经登记在案的飞行计划航线进行比对，判断航线是否存在交叉干涉的风险，若两步均通过则航线校验成功。。
21.3.有益效果
22.采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
23.本发明的一种基于地理信息系统关联的无人机自动化巡检系统及方法，包括地理信息匹配模块、航线规划模块和地理信息数据库，地理信息匹配模块用于获取地理信息数据库内存储的巡检兴趣点及其巡检信息点周边地理信息并发送给航线规划模块，航线规划模块用于根据获取的地理信息生成航线信息并发送给无人机进行执行。通过地理信息匹配模块和航线规划模块两个模块相结合对无人机巡检路线进行自动化规划，使得无人机的航线规划更加合理科学和高效，也降低了对操作人员工作经验的依赖进一步减少了任务规划引起的人为失误，可以为无人机实现完全无人化自动化提供了最基础的信息奠定了基础。
附图说明
24.图1为本发明的系统的结构示意图
25.图2为本发明的系统的结构框图一；
26.图3为本发明的系统的结构框图二。
27.示意图中的标号说明：
28.100、人机交互模块；200、地理信息匹配模块；300、航线规划模块；310、路径规划单元；400、地理信息数据库。
具体实施方式
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
30.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
31.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
32.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
33.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
34.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
35.实施例1
36.参照附图1-3，本实施例的一种基于地理信息系统关联的无人机自动化巡检系统，包括地理信息匹配模块200、航线规划模块300和地理信息数据库400，所述地理信息匹配模块200用于获取地理信息数据库400内存储的巡检兴趣点及其巡检信息点周边地理信息并发送给航线规划模块300，所述航线规划模块300用于根据获取的地理信息生成航线信息并发送给无人机进行执行。通过地理信息匹配模块200和航线规划模块300两个模块相结合对无人机巡检路线进行自动化规划，使得无人机的航线规划更加合理科学和高效，也降低了对操作人员工作经验的依赖进一步减少了任务规划引起的人为失误，可以为无人机实现完全无人化自动化提供了最基础的信息奠定了基础。
37.还包括人机交互模块100，所述人机交互模块100与地理信息匹配模块200、航线规划模块300进行通信，所述人机交互模块100用于控制地理信息匹配模块200、航线规划模块300进行工作。
38.所述航线规划模块300包括路径规划单元310，所述路径规划单元310内设有路径规划算法进行路径规划，所述路径规划算法具体为a*算法、d*算法、dijkstra算法等基础算法结合人工势场法、遗传算法等智能算法综合进行路径规划。
39.所述航线规划模块300内还设有无人机文件管理模块，所述无人机文件管理模块用于管理无人机航线文件数据。
40.所述地理信息匹配模块200还用于以对点、线、面等相关地理信息进行增删查改的操作。
41.所述地理信息数据库400以数据库以及文档为数据存储基础，完成了对点、线、面等基本地理信息要素的管理，且封装有相应的增删改查接口。本实施例的人机交互模块100可以为api接口或者wwb交互系统。用户通过云平台的人机交互页面根据需求选择对已经登记录入的地理信息指定巡检任务规划，航线规划系统模块采用多约束条件下的路径规划算法对航线进行自动规划，在规划过程中需要调取地理信息系统中相关地理信息进行航线校验以确保航线的安全性合法性，直至规划成功。规划成功后生成航线文件推送到第三方的无人机api接口，进行自动任务装载，无人机根据航线任务开始巡检任务。
42.实施例2
43.一种基于地理信息系统关联的无人机自动化巡检方法，其特征在于，所述方法采用实施例1所述的系统，具体步骤为：
44.步骤s100、建立地理信息数据库400并录入数据；
45.步骤s200、在航线规划模块300中选择巡检兴趣点创建巡检任务；
46.步骤s300、航线规划模块300向地理信息匹配模块200请求相关数据进行路径规划，并导出航线文件；
47.步骤s400、将导出的航线规划文件导入地理信息匹配模块200做航线校验记录备案校验；
48.步骤s500、若航线校验通过装载到无人机任务系统中开始执行，若不通过根据错误信息返回步骤s300重新规划。
49.在步骤s400中，所述地理信息匹配模块200对无人机航线校验的功能以对航线的安全性合法性等做出校验判断，具体的判断逻辑为：首先根据航线文件对是否闯入禁飞区做出第一不判断，若合规进行第二部航路安全性判断，从地理信息元素中读取高程信息判断航路是否在安全飞行高度之上，一面发生碰撞，同时根据时间戳读取已经登记在案的飞行计划航线进行比对，判断航线是否存在交叉干涉的风险，若两步均通过则航线校验成功。。
50.相比传统无人机操作员提前规划飞行航线的巡检方法，本发明方法在尽可能缩短航程的前提下提高了无人机巡检路线的覆盖率进而提高了巡检效率，另一方面，该方法通过结合地理信息自动规划航线极大降低了对无人机操作手经验的依赖从而降低了巡检成本。
51.以上所述实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，但并
不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。