本文件涉及無(wu)人機(ji)路徑規劃，尤其涉及一種基于貝塞爾(er)曲線的(de)無(wu)人機(ji)智能巡檢路徑規劃方法及系統。

背景技術：

1、無(wu)人機(ji)(ji)智能(neng)巡(xun)檢路徑規劃在起重(zhong)機(ji)(ji)、大(da)型鍋爐(lu)等特(te)種設備(bei)(bei)檢驗中的(de)(de)應用，是近些(xie)(xie)(xie)年(nian)來新出(chu)現的(de)(de)對(dui)(dui)這(zhe)(zhe)些(xie)(xie)(xie)關鍵設備(bei)(bei)的(de)(de)維護和(he)(he)安全運(yun)行(xing)的(de)(de)保障方法(fa)。起重(zhong)機(ji)(ji)作為重(zhong)要的(de)(de)物流(liu)設備(bei)(bei)，在港口、建筑工地等場所(suo)發揮(hui)著不可替(ti)代(dai)的(de)(de)作用；而大(da)型鍋爐(lu)則是工業(ye)領域的(de)(de)重(zhong)要熱源，其穩(wen)定運(yun)行(xing)直(zhi)接關系(xi)到企業(ye)的(de)(de)生產效率(lv)和(he)(he)安全。因此，對(dui)(dui)這(zhe)(zhe)些(xie)(xie)(xie)特(te)種設備(bei)(bei)進(jin)行(xing)高(gao)(gao)效、精準的(de)(de)檢驗至(zhi)關重(zhong)要。傳統(tong)的(de)(de)檢驗方法(fa)，往往依賴于人工爬高(gao)(gao)和(he)(he)目視檢查，這(zhe)(zhe)不僅工作效率(lv)低下，而且存(cun)在較大(da)的(de)(de)安全風險。尤(you)其是在對(dui)(dui)起重(zhong)機(ji)(ji)的(de)(de)高(gao)(gao)空(kong)結構、大(da)型鍋爐(lu)的(de)(de)復(fu)雜管道(dao)和(he)(he)燃(ran)燒室(shi)進(jin)行(xing)檢查時(shi)，傳統(tong)方法(fa)更是捉襟見肘。而無(wu)人機(ji)(ji)的(de)(de)出(chu)現，以其獨特(te)的(de)(de)飛行(xing)能(neng)力和(he)(he)高(gao)(gao)度智能(neng)化(hua)的(de)(de)巡(xun)檢系(xi)統(tong)，為這(zhe)(zhe)些(xie)(xie)(xie)問(wen)題的(de)(de)解(jie)決提供了(le)全新的(de)(de)方案(an)。

2、無人(ren)(ren)機(ji)(ji)智能(neng)巡檢路徑規(gui)劃技術，能(neng)夠結合(he)起重機(ji)(ji)和大型鍋爐(lu)的(de)結構特點，自主規(gui)劃出(chu)最(zui)優的(de)飛行(xing)路徑。無人(ren)(ren)機(ji)(ji)可以搭載高(gao)清攝像(xiang)頭、紅外熱(re)像(xiang)儀等(deng)(deng)多(duo)種(zhong)傳感器，對設備(bei)的(de)各(ge)個部位進行(xing)細致入微的(de)檢查。通過圖像(xiang)識別、溫(wen)度分析等(deng)(deng)技術手(shou)段，無人(ren)(ren)機(ji)(ji)能(neng)夠及時發現設備(bei)存在的(de)裂(lie)紋(wen)、變形、過熱(re)等(deng)(deng)潛在問題，為后續(xu)的(de)維修和保養提(ti)供(gong)有(you)力支持。

3、隨著無人(ren)機(ji)技術(shu)的不斷發展，其在智(zhi)能(neng)(neng)巡(xun)檢領域(yu)的應(ying)用也愈(yu)發廣泛。無人(ren)機(ji)以其獨特的三維空間(jian)移動能(neng)(neng)力能(neng)(neng)夠(gou)輕松穿(chuan)越復(fu)雜地形和障(zhang)礙，為(wei)智(zhi)能(neng)(neng)巡(xun)檢提供了(le)全(quan)新的視(shi)角和可能(neng)(neng)性(xing)。此外，無人(ren)機(ji)還(huan)具有(you)地空協同性(xing)、低成本、易操作性(xing)以及(ji)智(zhi)能(neng)(neng)自主性(xing)。

4、然而，要充分發揮無人機的(de)(de)智(zhi)(zhi)能(neng)巡檢(jian)優勢(shi)，還需要解(jie)決一(yi)系(xi)列技(ji)術難題。其(qi)中，如(ru)何實(shi)現高(gao)效、精準的(de)(de)路(lu)徑規劃(hua)，是擺(bai)在(zai)面前的(de)(de)一(yi)項重大挑戰。傳統的(de)(de)路(lu)徑規劃(hua)方法往往忽視(shi)了(le)城市戰場的(de)(de)復雜性(xing)和(he)動態性(xing)，無法靈活地設計(ji)路(lu)徑。這會使(shi)得無人機在(zai)執行智(zhi)(zhi)能(neng)巡檢(jian)任務(wu)時容易(yi)受到各(ge)種(zhong)干擾和(he)限(xian)制，無法按(an)照預(yu)期完(wan)成任務(wu)，降低了(le)智(zhi)(zhi)能(neng)巡檢(jian)任務(wu)的(de)(de)效率和(he)成功率。

技術實現思路

1、本說(shuo)明(ming)書(shu)一個(ge)或多個(ge)實施例提供了(le)一種(zhong)基于貝(bei)塞(sai)爾曲線的無人機(ji)智(zhi)能巡檢路徑規(gui)劃(hua)方法，包(bao)括：

2、將(jiang)巡檢(jian)區域進行地圖(tu)建模，確定無人機(ji)起飛點、降(jiang)落點和(he)預設(she)檢(jian)查點，將(jiang)無人機(ji)起飛點、降(jiang)落點和(he)預設(she)檢(jian)查點連接(jie)得到直(zhi)線航線段；所述預設(she)檢(jian)查點為需要(yao)巡檢(jian)的特殊(shu)部(bu)件；

3、基于智能(neng)巡檢(jian)任務(wu)的需求和(he)約束條件(jian)，通過貝(bei)塞(sai)(sai)爾曲線對直線航線段進行擬合，生成無人機巡檢(jian)路徑，包(bao)括線性段和(he)貝(bei)塞(sai)(sai)爾曲線優(you)化(hua)段；

4、根(gen)據(ju)飛行過程中的最大速度限制對無(wu)人機(ji)巡檢(jian)路(lu)徑(jing)(jing)各段飛行速度進行重新規劃，對無(wu)人機(ji)巡檢(jian)路(lu)徑(jing)(jing)進行實時插值，得到最優巡檢(jian)路(lu)徑(jing)(jing)。

5、進(jin)一(yi)步地(di)，所述基于智能(neng)巡檢任務(wu)的(de)需求和約束條件，通過(guo)貝塞爾(er)曲線對(dui)直線航線段進(jin)行(xing)擬合具體(ti)方法為：

6、對(dui)于給定(ding)的過(guo)渡長度(du)，利用三次(ci)貝(bei)塞爾(er)曲線來平滑連(lian)接直線航線段，得(de)到貝(bei)塞爾(er)曲線優化段，具體(ti)如下：

7、

8、其(qi)中b(u)是(shi)所需(xu)的(de)貝塞(sai)爾曲線(xian)，i是(shi)預設檢查點的(de)索引，bi是(shi)第(di)i個預設檢查點；

9、兩(liang)條貝(bei)塞(sai)爾曲線在交(jiao)點處建立g2連(lian)續性。

10、進一(yi)步(bu)地(di)，所(suo)述貝塞(sai)爾(er)曲線優化(hua)段(duan)(duan)其(qi)中(zhong)對于(yu)預設的(de)過渡(du)長度應滿足最(zui)大(da)(da)偏差約束(shu)(shu)∈max以及最(zui)大(da)(da)曲率(lv)約束(shu)(shu)κmax，最(zui)大(da)(da)偏差約束(shu)(shu)為計(ji)算(suan)貝塞(sai)爾(er)曲線優化(hua)段(duan)(duan)與原始直線航線段(duan)(duan)軌跡的(de)近似程度，具體(ti)如下：

11、

12、最大曲率約束為計算貝塞(sai)爾曲線優化段的(de)曲率是(shi)否(fou)與(yu)動態特性一致，具(ju)體如下：

13、

14、其中，d為預設過渡長度。

15、進一(yi)步地，所述根據飛(fei)行(xing)過程中的最(zui)大(da)速度限制對無人(ren)機巡(xun)檢路徑(jing)各段飛(fei)行(xing)速度進行(xing)重新規劃具體(ti)方(fang)法為：

16、首(shou)先將貝塞爾曲(qu)(qu)線(xian)分割成直(zhi)線(xian)段(duan)和曲(qu)(qu)線(xian)段(duan)，然后對所述曲(qu)(qu)線(xian)段(duan)進行速度重規(gui)劃：

17、無人機以小于最(zui)大飛行速度(du)的恒定(ding)速度(du)飛行，當曲(qu)線段速度(du)恒定(ding)時，計算(suan)最(zui)大轉角速度(du)，如下所(suo)示：

18、

19、對直(zhi)線段(duan)(duan)進行“s”型運動規劃，生成限制(zhi)加速度的軌跡(ji)，利(li)用s型路徑剖面建立兩個(ge)相鄰直(zhi)線段(duan)(duan)之間(jian)的平(ping)滑(hua)速度過(guo)渡(du)，計算出(chu)滿足加速度和最(zui)小(xiao)抖動限制(zhi)的最(zui)大(da)過(guo)渡(du)時間(jian)te。

20、進一步地，所述對無人(ren)機巡檢(jian)路徑進行(xing)實(shi)時(shi)插值具體(ti)方法為：

21、根(gen)據滿足加速度和最小抖動限制的(de)最大過渡(du)時(shi)(shi)間(jian)te計算符合(he)加速度限制的(de)允許最大過渡(du)時(shi)(shi)間(jian)持續時(shi)(shi)間(jian)具體(ti)如下：

22、

23、根(gen)據(ju)最(zui)小抖動限制，計(ji)算允許的(de)最(zui)大(da)過(guo)渡時間(jian)持續時間(jian)具體如下(xia)：

24、

25、為(wei)滿足運動學(xue)兼(jian)容性(xing)，對相鄰(lin)的運動速度變化進行如下計算：

26、

27、

28、

29、其中，2≤k≤n-1；

30、對無人機巡檢路徑進行實時插值，得到(dao)最(zui)優巡檢路徑，具體如下：

31、c(u)＝b(k-1)0+(bk0-b(k-1)0)u(u∈[0,1])。

32、本說明書一(yi)(yi)個或多個實施(shi)例(li)提供了一(yi)(yi)種基(ji)于貝塞爾曲線的無人(ren)機智能巡檢路徑規劃(hua)系統，包(bao)括(kuo)：

33、路徑(jing)初規劃模(mo)塊：用于(yu)將巡檢區(qu)域進(jin)行(xing)地(di)圖建模(mo)，確定(ding)無人機起(qi)(qi)飛點(dian)(dian)、降落(luo)點(dian)(dian)和(he)預(yu)(yu)設(she)檢查(cha)點(dian)(dian)，將無人機起(qi)(qi)飛點(dian)(dian)、降落(luo)點(dian)(dian)和(he)預(yu)(yu)設(she)檢查(cha)點(dian)(dian)連接得(de)到(dao)直線航線段(duan)；所述預(yu)(yu)設(she)檢查(cha)點(dian)(dian)為需要巡檢的特殊部件；

34、貝塞(sai)爾(er)(er)曲(qu)線(xian)(xian)優化模塊：用于(yu)基于(yu)智能巡(xun)檢(jian)任務的需求和約(yue)束條件，通過(guo)貝塞(sai)爾(er)(er)曲(qu)線(xian)(xian)對直線(xian)(xian)航線(xian)(xian)段(duan)進行擬合，生(sheng)成無人(ren)機巡(xun)檢(jian)路(lu)徑，包括(kuo)線(xian)(xian)性段(duan)和貝塞(sai)爾(er)(er)曲(qu)線(xian)(xian)優化段(duan)；

35、路徑(jing)重優(you)化模(mo)塊：用于根據飛行(xing)過程(cheng)中的最大速度(du)限制對(dui)(dui)無人機巡檢路徑(jing)各段飛行(xing)速度(du)進行(xing)重新規劃，對(dui)(dui)無人機巡檢路徑(jing)進行(xing)實時(shi)插值，得(de)到最優(you)巡檢路徑(jing)。

36、進一步地，所述(shu)貝(bei)塞爾(er)曲線(xian)優(you)化(hua)模塊具體用于(yu)：

37、對于給定的過渡長度，利用三次(ci)貝塞(sai)爾曲線(xian)(xian)來平滑連接直線(xian)(xian)航線(xian)(xian)段，得(de)到貝塞(sai)爾曲線(xian)(xian)優(you)化段，具體如下：

38、

39、其(qi)中b(u)是(shi)所需(xu)的貝塞爾(er)曲(qu)線，i是(shi)預(yu)設(she)檢查(cha)點的索(suo)引，bi是(shi)第i個(ge)預(yu)設(she)檢查(cha)點；

40、兩條貝塞爾曲線(xian)在交(jiao)點處(chu)建立g2連續性；

41、所述貝塞爾曲線(xian)(xian)優化段(duan)其中對于預(yu)設的過渡長(chang)度(du)應滿足最(zui)大偏差(cha)約(yue)束(shu)(shu)∈max以(yi)及(ji)最(zui)大曲率(lv)約(yue)束(shu)(shu)κmax，最(zui)大偏差(cha)約(yue)束(shu)(shu)為計算貝塞爾曲線(xian)(xian)優化段(duan)與原始直線(xian)(xian)航線(xian)(xian)段(duan)軌跡的近似程(cheng)度(du)，具體(ti)如下：

42、

43、最大曲率約束為(wei)計算貝塞爾曲線(xian)優(you)化段的曲率是否與動態(tai)特性一致，具體如(ru)下：

44、

45、其中，d為預(yu)設過(guo)渡長度。

46、進一(yi)步(bu)地，所述路(lu)徑重優化模塊具體用于(yu)：

47、將貝塞爾曲線(xian)分割成直(zhi)線(xian)段和曲線(xian)段，然后對所述曲線(xian)段進(jin)行(xing)速度重規劃：

48、無人機以小于最大飛(fei)行速(su)度(du)的恒定(ding)(ding)速(su)度(du)飛(fei)行，當曲線段速(su)度(du)恒定(ding)(ding)時，計(ji)算(suan)最大轉角速(su)度(du)，如下所示：

49、

50、對直線(xian)段(duan)進行“s”型運動(dong)規劃，生成限制(zhi)加(jia)速度(du)(du)的軌跡(ji)，利用s型路(lu)徑剖面建(jian)立兩(liang)個相(xiang)鄰直線(xian)段(duan)之間的平滑(hua)速度(du)(du)過渡，計算出滿(man)足(zu)加(jia)速度(du)(du)和最小抖(dou)動(dong)限制(zhi)的最大過渡時間te；

51、根據滿足加速度(du)和最小(xiao)抖動限制的最大過渡時(shi)(shi)間te計算符合加速度(du)限制的允許最大過渡時(shi)(shi)間持續時(shi)(shi)間具體(ti)如下(xia)：

52、

53、根(gen)據最(zui)小抖(dou)動限制，計(ji)算允許的(de)最(zui)大(da)過(guo)渡時間持續時間具體如下：

54、

55、為滿足運動學兼容性，對(dui)相鄰的運動速度(du)變化進行如(ru)下計算(suan)：

56、

57、

58、

59、其中(zhong)，2≤k≤n-1；

60、對(dui)無人機巡檢(jian)路(lu)徑進行實時插值(zhi)，得到最優(you)巡檢(jian)路(lu)徑，具體如(ru)下(xia)：

61、c(u)＝b(k-1)0+(bk0-b(k-1)0)u(u∈[0,1])。

62、本(ben)說明書一個或多個實施(shi)例提(ti)供(gong)了一種電子設備(bei)，包括處理(li)器(qi)，以及被安排成存儲計(ji)(ji)算機可(ke)執行(xing)指令的存儲器(qi)，所(suo)述(shu)計(ji)(ji)算機可(ke)執行(xing)指令在被執行(xing)時使所(suo)述(shu)處理(li)器(qi)實現上述(shu)基于貝塞爾曲線的無人機智能巡檢路徑規(gui)劃方法的步驟。

63、本說明書(shu)一(yi)個(ge)或(huo)多個(ge)實(shi)施(shi)例提(ti)供(gong)了一(yi)種存儲介質，用于存儲計算機(ji)可執(zhi)行指令(ling)，所述計算機(ji)可執(zhi)行指令(ling)在被執(zhi)行時(shi)實(shi)現上述基于貝塞爾曲線的無人機(ji)智能巡檢路徑規劃方(fang)法的步驟(zou)。

64、采用本(ben)發明實施例，通(tong)過分析智(zhi)(zhi)能(neng)巡檢(jian)任(ren)務的(de)需求和約束條件，利用貝塞爾曲線(xian)的(de)幾(ji)何特性，構(gou)建(jian)出(chu)符合任(ren)務需求的(de)飛(fei)行(xing)路(lu)徑，通(tong)過二(er)次(ci)優(you)化算法對路(lu)徑進行(xing)深入優(you)化，確保(bao)無人(ren)機能(neng)夠(gou)按照最優(you)路(lu)徑進行(xing)飛(fei)行(xing)，使無人(ren)機能(neng)夠(gou)在(zai)復雜(za)多變的(de)環境中的(de)高效(xiao)且穩定操作(zuo)，實現對未知區域(yu)精準、高效(xiao)的(de)智(zhi)(zhi)能(neng)巡檢(jian)，為特種設備的(de)智(zhi)(zhi)能(neng)檢(jian)驗檢(jian)測(ce)工作(zuo)提(ti)供(gong)堅(jian)實的(de)技術(shu)支持(chi)。

65、上述說(shuo)(shuo)明(ming)僅是本發明(ming)技術(shu)方(fang)案的(de)(de)概述，為了能(neng)夠更(geng)清楚(chu)了解本發明(ming)的(de)(de)技術(shu)手段，而可依照說(shuo)(shuo)明(ming)書(shu)的(de)(de)內容予以實(shi)施，并且(qie)為了讓(rang)本發明(ming)的(de)(de)上述和其它(ta)目的(de)(de)、特征和優點能(neng)夠更(geng)明(ming)顯易懂，以下特舉本發明(ming)的(de)(de)具(ju)體實(shi)施方(fang)式(shi)。