一種無人機飛行狀態(tài)實時評估預警系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無人機飛行狀態(tài)實時評估預警系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無人機線路巡檢在輸電線路巡檢中發(fā)揮著越來越重要的作用，無人機巡線系統(tǒng)可 以部分代替巡線工人和有人機巡線系統(tǒng)，減輕電力服務人員的工作負荷，減少可能發(fā)生的 人員危險的機率，降低電力設(shè)備的維護成本，提高電網(wǎng)的安全性和可靠性。
[0003]針對無人機巡檢工作中產(chǎn)生大量飛行控制數(shù)據(jù)，有待進行分析和挖掘，但是目前 這些數(shù)據(jù)基本都是散落的，通常是以文件的方式存在于工作人員的計算機中，缺少有效的 收集和分析手段。這就需要通過無人機巡檢飛行控制數(shù)據(jù)收集與管理技術(shù)，建立無人機飛 行狀態(tài)評估預警平臺，開展數(shù)據(jù)分析的研究及應用。
[0004] 申請?zhí)枮?201310480659. 7"的《無人機障礙報警系統(tǒng)》，主要針對飛行中的障礙報 警，沒有無人機機體本身飛行狀態(tài)的評估。申請?zhí)枮?201510222453. 3"的《一種無人機管 理系統(tǒng)》，實現(xiàn)了接收無人機的當前位置、飛行狀態(tài)等參數(shù)并在地圖上實時顯示，主要解決 了無人機飛行監(jiān)控問題。申請?zhí)枮?201410160639. 6"的《無人機及其飛行狀態(tài)輔助提示方 法》通過控制器判定無人機設(shè)備組件異常并進行提示，但沒有基于飛行歷史數(shù)據(jù)的預測評 估。
[0005]綜上所述，現(xiàn)有對輸電線路巡檢無人機飛行狀態(tài)評估預警方法，其效果并非很理 想，尚有很多問題需要解決。
[0006]如何基于對巡檢工作中積累的大量無人機飛行控制數(shù)據(jù)的分析，實現(xiàn)對巡檢無人 機設(shè)備狀態(tài)的有效評估與飛行狀態(tài)問題實時預警，保障無人機輸電線路巡檢系統(tǒng)的安全穩(wěn) 定運行，成為亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種無人機飛行狀態(tài)實時評估預警系統(tǒng)及方 法，本發(fā)明對無人機巡檢的飛行控制結(jié)果數(shù)據(jù)與巡檢過程中的飛行控制數(shù)據(jù)進行處理，使 得可通過分析評估無人機設(shè)備狀態(tài)，進行實時預警提示，保障無人機輸電線路巡檢的安全。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0009]-種無人機飛行狀態(tài)實時評估預警系統(tǒng)，包括評估預警平臺、無人機和地面監(jiān)控 站，其中：
[0010] 所述地面監(jiān)控站，用于獲取無人機的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)，將其傳遞給評估預警平臺； [0011] 所述評估預警平臺，用于讀取無人機飛行狀態(tài)信息和飛行控制數(shù)據(jù)，通過每次巡 檢任務積累的無人機飛行控制數(shù)據(jù)，構(gòu)建無人機飛行狀態(tài)評估模型，對無人機飛行狀態(tài)進 行判斷，同時接收上位機傳輸?shù)娘w行指令，調(diào)整無人機的飛行。
[0012] 所述評估預警平臺包括飛行狀態(tài)評估預警模塊、飛行控制數(shù)據(jù)管理模塊、人機交 互模塊、通信模塊，其中：
[0013] 所述通信模塊，用于和地面監(jiān)控站通信，接收無人機飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)，將其傳輸給飛 行控制數(shù)據(jù)管理模塊；
[0014] 所述飛行控制數(shù)據(jù)管理模塊，用于根據(jù)輸電線路無人機巡檢飛行任務管理相應的 飛行控制歷史數(shù)據(jù)，并通過通信模塊實時獲取并積累無人機飛行控制數(shù)據(jù)；
[0015] 所述飛行狀態(tài)評估預警模塊，讀取飛行控制數(shù)據(jù)管理模塊中巡檢飛行任務積累的 無人機飛行控制數(shù)據(jù)，建立無人機飛行狀態(tài)安全預警模型，對無人機飛行狀態(tài)進行判斷、預 警；
[0016] 所述人機交互模塊，用于獲取并解析外部命令，將解析后的外部指令發(fā)通過地面 監(jiān)控站發(fā)送到無人機執(zhí)行相應的飛行調(diào)整指令。
[0017] 所述無人機包括但不限于固定翼、旋翼和多旋翼形式的無人機機體。
[0018] 所述地面監(jiān)控站，通過數(shù)傳鏈路與無人機相連接，與無人機采用一對一連接的通 信方式；通過圖傳鏈路與無人機相連接，讀取無人機的巡檢視頻數(shù)據(jù)。
[0019] 所述飛行狀態(tài)評估預警模塊，根據(jù)每次巡檢任務積累的無人機飛行控制數(shù)據(jù)，運 用時間序列分析、聚類分析方法和支持向量機建立無人機飛行狀態(tài)安全預警模型，同時在 無人機執(zhí)行輸電線路巡檢飛行任務時，通過地面監(jiān)控站實時獲取無人機飛行控制數(shù)據(jù)，利 用無人機飛行狀態(tài)安全預警模型實時判斷無人機飛行狀態(tài)，并及時預警。
[0020] 所述通信模塊，與地面監(jiān)控站為一對多連接方式，實現(xiàn)與地面監(jiān)控站之間的數(shù)據(jù) 的交互，從地面監(jiān)控站中讀取無人機的GPS位置、飛行狀態(tài)、飛行控制數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)和巡檢過程 數(shù)據(jù)。
[0021] 所述通信模塊采用包括但不限于當前的GSM、GPRS、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA、LTE以 及WIFI通訊制式無線移動通信。
[0022] 一種巡檢無人機飛行狀態(tài)實時評估預警方法，包括以下步驟：
[0023] (1)地面監(jiān)控站獲取無人機的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)和飛行控制數(shù)據(jù)，將其傳輸給評估預 警平臺；
[0024] (2)對無人機的飛行控制信息進行預處理，根據(jù)飛行狀態(tài)的效應量和影響量構(gòu)建 無人機安全預警對象集合，抽取關(guān)鍵數(shù)據(jù)作為映射關(guān)系的輸入，確定映射關(guān)系的初始拓撲 結(jié)構(gòu)；
[0025] (3)結(jié)合無人機運行的動態(tài)樣本數(shù)據(jù)，構(gòu)建無人機的關(guān)鍵運行變量時間序列預測 模型，對無人機運行的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和預報；
[0026] (4)以訓練誤差作為優(yōu)化問題的約束條件，以置信范圍值最小化作為優(yōu)化目標，構(gòu) 建無人機安全預警模型，模擬和預測無人機工作狀態(tài)與影響因素的關(guān)系；
[0027] (5)輸出預警評估結(jié)果，根據(jù)預警判斷結(jié)果調(diào)整無人機的飛行指令。
[0028] 所述步驟（2)中，利用聚類數(shù)據(jù)分析方法，對無人機的飛行控制信息進行預處理， 抽取關(guān)鍵成分作為映射關(guān)系的輸入，從而確定映射關(guān)系的初始拓撲結(jié)構(gòu)，通過制定對象的 屬性和屬性值來描述無人機的效應量和影響量信息集合，構(gòu)建無人機安全預警信息表，基 于無人機安全預警信息表構(gòu)建數(shù)據(jù)矩陣，表達集合中各個變量的相似程度。
[0029] 所述步驟（2)中，無人機安全預警信息表S表示為：
[0030] S= (U，R，V，F(xiàn))
[0031] R=CUD
[0032] 式中，U為非空有限集，是對象的集合，U= {Xl，x2，...，xn}，n彡0;R=CUD為 非空有限集，稱為屬性集合，子集C稱為條件屬性集，即影響量集，子集D稱為決策屬性集， 即效應量集，C={cpc2，…，cm}，m彡0 ;D= {山，d2，…，dk}，k彡0;V=UaERVa是屬性 值的集合，1表示屬性a的屬性范圍，其中a滿足aeR，F(xiàn)是一個信息函數(shù)，它指定U中每 一個對象X的屬性值，即Va=F(X，a)，XeU，aeR。
[0033] 所述步驟⑵中，構(gòu)建基于安全信息表的數(shù)據(jù)矩陣，對象-屬性矩陣如下：
[0034]
[0035] 其中aji= 1，…，n;j= 1，u·，!]!)為第i個樣本的第j個屬性的屬性值。第i 個樣本4為矩陣A的第i行所描述，任何兩個樣本A1(與A 間的相似性，通過矩陣A中的 第K行與第L行的相似程度來區(qū)分；任何兩個變量^與之間的相似性，通過第K列與第L列的相似程度來區(qū)分。
[0036] 所述步驟（2)中，效應量包括電機轉(zhuǎn)速、姿態(tài)、速度以及方向角速度。
[0037] 所述步驟（2