基于DFS的直升機(jī)電力巡檢路徑規(guī)劃

邢志偉，譚智煒+，文 濤,2，辛富強(qiáng)

(1.中國民航大學(xué) 電子信息與自動(dòng)化學(xué)院，天津 300300；2.中國民航局第二研究所 工程技術(shù)研究中心， 四川 成都610041；3.國網(wǎng)通用航空有限公司 運(yùn)行調(diào)度控制中心，北京 100000)

0 引 言

為保障國家用電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行安全，對電網(wǎng)提供更加安全可靠持續(xù)的電力供應(yīng)提出了更高的要求，需要對電網(wǎng)進(jìn)行必要的電力安全巡檢。傳統(tǒng)的電力巡檢作業(yè)[1]的飛機(jī)路徑規(guī)劃已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展要求。因此，新的通航(general aviation)[2,3]直升機(jī)電力巡檢的路徑規(guī)劃對電網(wǎng)的安全運(yùn)行方面和資源優(yōu)化利用方面有著重要的意義。

目前，在針對于通航方面的直升機(jī)研究僅涉及無人機(jī)的應(yīng)用，在人機(jī)聯(lián)合巡線方面的研究略有不足。而在民航飛機(jī)的路徑規(guī)劃方向已經(jīng)有許多的研究。程傳奇等[4]基于傳統(tǒng)的A*算法，結(jié)合曼哈頓和歐式距離，使用的策略是選取關(guān)鍵點(diǎn)，和動(dòng)態(tài)窗口融合，構(gòu)造了一個(gè)函數(shù)，可以評價(jià)顧及全局的最優(yōu)路徑。Yuwei C等[5]簡化了飛機(jī)的航跡，使其成為直線段和圓弧的組合。根據(jù)其任務(wù)的特性以及種類劃分，劉云忠等[6]對VRP(vehicle routine problem)[7]、TSP(travelling salesman problem)、CPP(Chinese postman problem)[8]問題做出了概述。衡紅軍等[9]設(shè)計(jì)了一種基于時(shí)間窗的車輛實(shí)時(shí)調(diào)度算法，實(shí)現(xiàn)了以機(jī)場加油車使用數(shù)量最少，行駛路徑最短，服務(wù)量均衡為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化。耿杰等[10]設(shè)計(jì)了一種基于鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的連續(xù)遍歷站場的算法，但是，針對于岔路點(diǎn)的判斷決策不足還是會(huì)引起部分遍歷冗余的現(xiàn)象。柳長安等[11]根據(jù)分支游動(dòng)定理改進(jìn)概率地圖，減少了碰撞檢測的次數(shù)，更加方便直升機(jī)在復(fù)雜環(huán)境中找到一條安全且可行的電力巡檢路徑。王磊等[12]在現(xiàn)有診斷模型的基礎(chǔ)上加入了保護(hù)啟動(dòng)信息以及拓?fù)湓?，模型的通用性得到了加?qiáng)。陶華等[13]基于關(guān)聯(lián)矩陣及DFS算法，優(yōu)化了電網(wǎng)關(guān)聯(lián)矩陣的節(jié)點(diǎn)，通過生成直觀的電氣接線圖，彌補(bǔ)了電氣接線的缺陷。徐成司等[14]基于圖論算法簡化了配電網(wǎng)模型。通過將供電路徑存儲(chǔ)在數(shù)組中，得到了較好的效果。

對于通航電力巡檢電網(wǎng)線路的路徑問題，本文通過對電力巡檢流程及影響因素的分析，提出基于深度優(yōu)先算法的電力巡檢模型，結(jié)合直升機(jī)自身的限制以及對電網(wǎng)線路分叉點(diǎn)、分支數(shù)的判斷分析，找尋待巡視電網(wǎng)的拓?fù)潢P(guān)系。利用這種方法，可以模擬出電力巡檢的直升機(jī)的航跡路徑，最終實(shí)現(xiàn)對全部電力網(wǎng)絡(luò)的巡檢過程[15]。

1 直升機(jī)電力巡檢流程及影響因素分析

1.1 問題提出及描述

為提高電力巡線的有效里程和時(shí)長，實(shí)際運(yùn)營時(shí)要對路徑進(jìn)行規(guī)劃，即提高直升機(jī)單個(gè)生產(chǎn)任務(wù)。同時(shí)，可以通過合并優(yōu)化區(qū)域的任務(wù)，來減少重復(fù)度，從而提高工作的完成率等。完成生產(chǎn)任務(wù)要安全高效，在此基礎(chǔ)上對巡視路徑優(yōu)化。

1.2 工作流程

為深入分析了解各屬地地區(qū)直升機(jī)作業(yè)的工作方式，通過對通航電力巡檢工作進(jìn)行調(diào)研，得到其運(yùn)作流程如圖1所示。

圖1 電力巡檢工作流程

(1)直升機(jī)運(yùn)行中心對任務(wù)量機(jī)型進(jìn)行全面的分析，此過程要將年度任務(wù)量和地區(qū)任務(wù)量結(jié)合起來，同時(shí)還要考慮各項(xiàng)影響巡線的因素。

(2)根據(jù)確定好的年度任務(wù)量，制定計(jì)劃，統(tǒng)籌安排生產(chǎn)任務(wù)使其符合飛行條件，且與機(jī)組匹配。

(3)運(yùn)控中心安排巡查任務(wù)，直升機(jī)和機(jī)組人員根據(jù)安排執(zhí)行電力巡查。要記錄好各項(xiàng)飛行指標(biāo)，在保證安全的前提下，使電力網(wǎng)絡(luò)巡線任務(wù)更有效率。

1.3 影響因素分析評估

通用航空直升機(jī)的適航條件相較民航客機(jī)的要多。根據(jù)對通用航空直升機(jī)電力巡視的歷史數(shù)據(jù)的對比分析，氣象因素、地域海拔、空中管制、直升機(jī)及機(jī)組人員等情況均會(huì)對直升機(jī)的日常電力巡檢作業(yè)造成一定程度的影響。

為保證建立電力巡檢模型的科學(xué)性，需要對直升機(jī)電力巡檢的數(shù)據(jù)做如下理想化處理：

(1)直升機(jī)在進(jìn)行電力巡檢時(shí)已排除人為因素的影響，不存在因外界因素或臨時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整問題；

(2)忽略工作流程中設(shè)備定檢維修的交接時(shí)間，且不考慮工作流程中直升機(jī)定檢和機(jī)務(wù)人員體檢時(shí)間之間的相互影響；

(3)對空域密度、延誤傳播效應(yīng)、備降點(diǎn)機(jī)場保障資源配置等外部條件約束理想化處理。

直升機(jī)由于自身性能的相關(guān)限制，每次的巡視只能針對部分的線路進(jìn)行巡檢。因此需要在任務(wù)規(guī)劃的時(shí)候考慮到各種因素的影響，并對備降點(diǎn)周邊的生產(chǎn)任務(wù)線路進(jìn)行分析及評估，判斷出故障率和關(guān)鍵度較大的線路進(jìn)行優(yōu)先巡檢，以此來確保整個(gè)區(qū)域電力網(wǎng)絡(luò)的高效穩(wěn)定的運(yùn)行。

根據(jù)直升機(jī)電力巡檢作業(yè)時(shí)的適航要求，氣象條件考慮到直升機(jī)作業(yè)的最佳時(shí)間段。線路重要程度的選擇保證了區(qū)域內(nèi)供電網(wǎng)絡(luò)的高效穩(wěn)定。區(qū)域的地形海拔限制了巡檢直升機(jī)的類型。因此，結(jié)合已有的線路評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對待巡檢的電力網(wǎng)絡(luò)線路進(jìn)行判斷評估。

對線路的評估值做出如下定義

(1)

式中：n為指標(biāo)(氣象條件、線路關(guān)鍵度、地域海拔因素等)，ωi為指標(biāo)i的權(quán)值，Ei為對應(yīng)篩選準(zhǔn)則的評價(jià)參數(shù)值，Z表示對電力網(wǎng)絡(luò)的綜合評估值。

2 電力線路巡檢模型規(guī)劃

在分析評估出合適的待巡檢的電力線路后，就需要直升機(jī)對所選的電力線路的序列進(jìn)行路徑規(guī)劃。

2.1 模型分析

本文結(jié)合無向圖模型設(shè)計(jì)，考慮直升機(jī)電力巡檢的特性，以高壓電塔點(diǎn)和高壓線路為基線，分別將其設(shè)定為無向圖中的節(jié)點(diǎn)和邊界，取相對空間位置設(shè)定坐標(biāo)點(diǎn)，即可獲取線路間距離數(shù)據(jù)。同時(shí)考慮電力巡檢的特殊性，該模型和傳統(tǒng)無向圖模型有區(qū)分。在實(shí)際場景中，電力巡檢作業(yè)根據(jù)各線路的評價(jià)值決定待檢線路，且因機(jī)體限制，作業(yè)過程中直升機(jī)巡視范圍固定，因此將直升機(jī)電力巡視過程視作路徑規(guī)劃問題。

2.2 線路分析

目前我國電力網(wǎng)絡(luò)中實(shí)用度最廣同時(shí)綜合評價(jià)最高的線路主要有3種，分別如圖2～圖4所示，因此選用該3種典型線路進(jìn)行研究。

圖2 “W”型

圖3 “Y”型

圖4 “L”型

將直升機(jī)的待巡檢任務(wù)分解成若干個(gè)基本組成單元。如圖2～圖4所示。對待檢的線路進(jìn)行簡化，提取其中的高壓電塔點(diǎn)的位置、高壓待檢線路長度、申請過的空域許可、備降點(diǎn)機(jī)場作為組成部分。其中圖中帶標(biāo)號(hào)的點(diǎn)代表高壓電塔點(diǎn)的位置，實(shí)線表示巡視任務(wù)里需要被巡檢的高壓線路，虛線表示已申請的空域許可(虛線部分不是巡檢任務(wù)，可以不巡視)。

2.3 節(jié)點(diǎn)分析

為方便理解，定義直升機(jī)的飛行路徑P=((x0,y0),(xi,yi),…,(x0,y0))，式中，必須滿足(xi,yi)∈V，且(xi,yi)與(xi+1,yi+1)相鄰。P是路徑，有利于對后續(xù)直升機(jī)電力巡檢路徑的理解。

而高壓電塔點(diǎn)之間的相對位置會(huì)導(dǎo)致巡線方向及巡線長度的變化，通過進(jìn)一步的分析得出高壓線路3種類型的末節(jié)點(diǎn)如圖5所示，Nk為末節(jié)點(diǎn)。

圖5 3種類型的高壓末節(jié)點(diǎn)

對3種類型末節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析如下：

“a”型：巡檢直升機(jī)按任務(wù)需求到達(dá)高壓電塔，但未獲取其它空域飛行許可，則按原路線返回電塔點(diǎn)j，繼續(xù)電力巡檢任務(wù)；

“b”型：巡檢直升機(jī)按任務(wù)需求到達(dá)高壓電塔點(diǎn)j后，若剩余航巡里程允許，考慮歐拉回路設(shè)定，可在高壓電塔k1和k2及之間的線路不重復(fù)的完成一次巡視；

“c”型：巡檢直升機(jī)按任務(wù)需求到達(dá)高壓電塔j后，因高壓電塔k1和k2無高壓線路設(shè)計(jì)，且未獲取空域飛行許可，則重復(fù)一遍高壓電塔j和k1，j和k2之間線路完成作業(yè)。

2.4 問題描述

針對研究目標(biāo)，設(shè)定有一備降機(jī)場，可供使用的巡檢資源為一架適航直升機(jī)，巡檢目標(biāo)為機(jī)場周邊n個(gè)高壓電塔巡視點(diǎn)。并設(shè)定Li為第i天的巡檢里程數(shù)，Lmax為巡檢直升機(jī)單日最大巡檢里程數(shù)，單位均為千米(km)。

考慮通航場景下的實(shí)際要求，設(shè)定巡檢優(yōu)化目標(biāo)為：

(1)在保證巡檢任務(wù)安全性的同時(shí)，確保巡檢里程數(shù)為最小值；

(2)保證巡檢效率為最高值，即在完成所有區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)任務(wù)的同時(shí)保證最低的巡檢線路重復(fù)率。

2.5 模型假設(shè)

對研究目標(biāo)，即巡檢直升機(jī)完成指定區(qū)域的高壓電塔和高壓電網(wǎng)線的巡檢任務(wù)，基于以下假設(shè)：

(1)保證任務(wù)中對各個(gè)高壓電塔和高壓電網(wǎng)線至少巡檢一次，達(dá)到遍歷效果；

(2)保證在巡檢任務(wù)在開始后直到任務(wù)完成不會(huì)出現(xiàn)取消或中斷情況，極少數(shù)特殊情況除外；

(3)保證任務(wù)中每日電力巡檢里程數(shù)在巡檢直升機(jī)的機(jī)體可負(fù)載最大巡檢里程內(nèi)；

(4)保證滿足巡檢直升機(jī)的起降標(biāo)準(zhǔn)，即每日任務(wù)內(nèi)僅允許起降各一次。

2.6 模型構(gòu)建

2.6.1 變量說明

G=(V,C)為賦權(quán)圖，V為備降機(jī)場周邊高壓電塔巡視點(diǎn)的集合；C為高壓電網(wǎng)線路的集合。其中V0為備降點(diǎn)機(jī)場；Cij為巡視點(diǎn)i與巡視點(diǎn)j之間的距離；L為完成生產(chǎn)任務(wù)巡線的總里程。當(dāng)巡檢直升機(jī)從被備降機(jī)場V0出發(fā)，按照任務(wù)需求進(jìn)行巡檢作業(yè)時(shí)，根據(jù)當(dāng)前線路是否被巡檢過，將整個(gè)電網(wǎng)線路C(G)分為A(G)和B(G)。A(G)是巡檢直升機(jī)已完成巡檢任務(wù)的線路集合，B(G)是還未完成巡檢任務(wù)的線路集合。在執(zhí)行巡檢任務(wù)時(shí)，巡檢開始的方向和順序的差異同樣會(huì)導(dǎo)致A(G)和B(G)的差異，因此，執(zhí)行電力巡檢任務(wù)的線路不是固定唯一的。

2.6.2 優(yōu)化目標(biāo)

通過上文分析，設(shè)計(jì)直升機(jī)電力線路巡檢模型的優(yōu)化目標(biāo)：

使巡檢任務(wù)的總里程數(shù)最小化

(2)

使巡檢任務(wù)保持最大有效里程，并有最低線路重復(fù)度，即

(3)

2.6.3 約束條件

對當(dāng)前設(shè)定備降機(jī)場V0進(jìn)行分析，同時(shí)考慮周邊b個(gè)備降點(diǎn)機(jī)場，且各個(gè)機(jī)場分布距離不等。巡檢直升機(jī)從備降機(jī)場V0出發(fā)執(zhí)行巡檢任務(wù)，其任務(wù)工作區(qū)域半徑為r。d為當(dāng)前備降點(diǎn)機(jī)場V0與周邊備降點(diǎn)機(jī)場的距離(單位：km)。

則有約束條件

(4)

(5)

r≤Lmax/2

(6)

Cij=Cji,Cij>0,i,j∈V

(7)

Cij+Cik>Cjk,i,j,k∈V

(8)

(9)

(10)

式(5)、式(6)為當(dāng)前備降點(diǎn)機(jī)場巡視范圍的邊界約束條件；式(7)、式(8)為恒成立的距離不等式(即三角形任意兩條邊長的和必大于第三條邊長)；式(9)表示任務(wù)中對各個(gè)高壓電塔和高壓電網(wǎng)線至少巡檢一次；式(10)表示滿足巡檢直升機(jī)的起降標(biāo)準(zhǔn)，即每日任務(wù)內(nèi)僅允許起降各一次。

3 電力巡檢模型算法求解

3.1 遍歷算法

建立直升機(jī)巡檢模型后，高壓架空線路的巡檢問題就轉(zhuǎn)化成了圖的遍歷搜索問題。在解決圖的遍歷搜索問題時(shí)主要有2種方法，分別為廣度優(yōu)先搜索BFS(breadth first searching)和深度優(yōu)先搜索DFS(depth first searching)。深度優(yōu)先搜索是在搜索過程中對某一分支的節(jié)點(diǎn)完全擴(kuò)展直至全部搜索完畢后再對其它分支的節(jié)點(diǎn)開始搜索，而廣度優(yōu)先搜索是將同一層級的節(jié)點(diǎn)完全搜索完畢后再對由它們擴(kuò)展后的下一層級節(jié)點(diǎn)開始搜索。

為了能夠更加真實(shí)實(shí)現(xiàn)直升機(jī)對所有高壓電塔點(diǎn)，高壓電線的遍歷，本文采用的是深度優(yōu)先搜索算法?；静襟E如下所示：

(1)選擇A點(diǎn)作為定點(diǎn)，也是起始點(diǎn)，開始搜索訪問并記錄；

(2)搜索與A點(diǎn)相連的且未被搜索的點(diǎn)，并進(jìn)行相應(yīng)的記錄。以此點(diǎn)為新的起點(diǎn)，繼續(xù)進(jìn)行搜索，直到搜索到的點(diǎn)是末梢點(diǎn)；

(3)回退一步，回退到前一次剛剛訪問過的點(diǎn)，檢查是否還有未被訪問過的鄰接頂點(diǎn)，若有，重復(fù)步驟(2)，若沒有，則繼續(xù)回退進(jìn)行本步驟，直至所有的定點(diǎn)均被訪問為止。

圖6中，帶箭頭的實(shí)線為搜索方向，帶箭頭的虛線為回溯方向。起始的點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)A，可以得到，對所有節(jié)點(diǎn)的搜索順序如圖7所示，為A-B-C-G-C-B-E-F-D-F-H-I。當(dāng)搜索過程中存在節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)閉環(huán)時(shí)，設(shè)定在此閉環(huán)中最開始搜索的點(diǎn)為該閉環(huán)的起始點(diǎn)，當(dāng)該起始點(diǎn)以非回溯的形式再次被搜索到時(shí)，將其視為末梢點(diǎn)并按流程跳至步驟(3)回溯至上一個(gè)節(jié)點(diǎn)，對此閉環(huán)中分支進(jìn)行標(biāo)記。

圖6 DFS流程

圖7 DFS搜索結(jié)果

與現(xiàn)已構(gòu)建完成的電力巡檢模型相結(jié)合，直升機(jī)在對高壓電塔進(jìn)行巡檢時(shí)應(yīng)將更多的注意力放至回溯搜索上以避免對同一分支的多次搜索，具體流程如圖8所示：

圖8 算法流程

(1)提取巡視電網(wǎng)拓?fù)鋱D中的關(guān)鍵信息：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目、分支數(shù)目、各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)及待檢線路坐標(biāo)等。

(2)根據(jù)備降機(jī)場與待巡檢任務(wù)點(diǎn)的相對方位，選擇出將要巡檢的高壓電網(wǎng)路線并移動(dòng)至對應(yīng)高壓電塔點(diǎn)vi。如果有不止1條線路可被選擇，則選擇其中最短的那條。

(3)以vi為起點(diǎn)出發(fā)至下一個(gè)與vi相連且未被巡視過的高壓電塔點(diǎn)vj，完成巡視狀況記錄。

(4)當(dāng)直升機(jī)延線路巡視至某一高壓電塔點(diǎn)vk后，若自身可負(fù)載里程數(shù)不足以支持其巡視下一節(jié)點(diǎn)vn并返航至備降點(diǎn)，則放棄下一巡視原路返回。否則，重復(fù)執(zhí)行步驟(3)。

(5)根據(jù)任務(wù)內(nèi)容和路線巡視完成情況，對下一個(gè)被巡視過的高壓線路開始搜索，記錄巡視情況，重復(fù)步驟(2)～步驟(4)，直到搜索結(jié)束。

(6)完成電網(wǎng)巡視，得到本次搜索路線結(jié)果并輸出。

3.2 DFS優(yōu)化遍歷算法

待巡視電網(wǎng)的遍歷性要求直升機(jī)從備降點(diǎn)機(jī)場出發(fā)沿著電網(wǎng)對所有高壓電塔點(diǎn)進(jìn)行巡視檢查，在DFS算法中直升機(jī)會(huì)對所有電塔點(diǎn)遍歷搜索且只訪問一次。而在電網(wǎng)巡檢的實(shí)際情況中，并沒有對每個(gè)頂點(diǎn)巡視一次的要求，只是這樣做可以提高資源的利用率和巡視線路的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

在巡視的實(shí)際情況中，除了考慮電網(wǎng)巡視要求和直升機(jī)里程限制還要引入直升機(jī)可供巡視的最大里程數(shù)這一參數(shù)令其與實(shí)際情況更為相符。所以，在DFS搜索中，加入電力巡視遍歷方向，在存在分支的頂點(diǎn)處更改巡視方向，實(shí)現(xiàn)通過在分叉點(diǎn)處改變巡視方向來完成遍歷搜索的變化。記錄下已經(jīng)完成巡視的線路以避免下次重復(fù)造成資源的浪費(fèi)。在連續(xù)多次的線路巡檢后，完成對整個(gè)任務(wù)地區(qū)的遍歷巡視。具體步驟如下所示：

(1)提取巡視電網(wǎng)拓?fù)鋱D中的關(guān)鍵信息：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目、分支數(shù)目、各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)及待檢線路坐標(biāo)等；

(2)根據(jù)高壓電塔電、電網(wǎng)線路和備降點(diǎn)機(jī)場的相對方位，判斷巡視的可選擇方向和高壓電塔點(diǎn)的路線，并記錄下已完成巡視的路線信息；

(3)檢查未進(jìn)行巡查的線路信息，根據(jù)剩余里程數(shù)選擇待巡視路線，保存巡視情況；

(4)判斷電力巡檢任務(wù)是否已全部完成，若完成，則跳至步驟(6)；

(5)根據(jù)高壓電塔點(diǎn)、電網(wǎng)路線和分支路線信息，更改巡視方向，并延此方向?qū)ο乱宦肪€進(jìn)行巡視，記錄完成巡檢的路線情況，返回步驟(3)；

(6)完成電網(wǎng)巡檢，得到直升機(jī)電網(wǎng)巡檢路線結(jié)果。

4 仿真結(jié)果與分析

根據(jù)實(shí)際調(diào)研結(jié)果，直升機(jī)單日最大可負(fù)載里程數(shù)Lmax=220 km，對已選擇的3種不同的典型線路進(jìn)行仿真。直升機(jī)電力巡檢路徑優(yōu)化前后航跡如圖9～圖14所示。

圖9 “W”型優(yōu)化前

圖10 “Y”型優(yōu)化前

圖11 “L”型優(yōu)化前

圖12 “W”型優(yōu)化后

圖13 “Y”型優(yōu)化后

圖14 “L”型優(yōu)化后

其中，實(shí)線箭頭為初次對線路巡視的巡檢方向，虛線箭頭是對線路二次或多次巡視時(shí)的巡檢方向。

巡檢直升機(jī)從備降機(jī)場出發(fā)執(zhí)行任務(wù)，當(dāng)對任務(wù)中涉及的各個(gè)高壓電塔和高壓電網(wǎng)線至少巡檢一次，達(dá)到遍歷效果后，視為完成一次巡檢任務(wù)

(11)

式中：li為第i次巡檢機(jī)在任務(wù)中完成的有效非重復(fù)里程數(shù)；L總為該區(qū)域內(nèi)的任務(wù)總里程數(shù)；L為本次任務(wù)內(nèi)巡檢直升機(jī)的實(shí)際飛行里程數(shù)。以上參數(shù)單位均為千米(km)。

巡檢直升機(jī)完成每次的巡視任務(wù)回到備降點(diǎn)，完成的巡視情況結(jié)果如下：

表1將優(yōu)化前后巡檢任務(wù)的完成情況進(jìn)行了對比，可以看出在巡檢任務(wù)的開始階段，任務(wù)完成度保持較高水平，其后巡檢完成度趨勢漸進(jìn)平穩(wěn)，在最后達(dá)到100%的巡檢任務(wù)完成度。

表1 優(yōu)化前后完成度對比/%

表2將優(yōu)化前后的巡檢任務(wù)重復(fù)度進(jìn)行了對比，可以看出仿真獲取的巡檢任務(wù)效率保持在約50%，這和巡檢直升機(jī)在執(zhí)行每次巡檢任務(wù)時(shí)會(huì)對部分線路有二次以上的巡檢有關(guān)，即存在一定的遍歷冗余現(xiàn)象。該現(xiàn)象常因任務(wù)線路設(shè)計(jì)中涉及復(fù)雜鏈路設(shè)計(jì)而產(chǎn)生。

表2 優(yōu)化前后任務(wù)重復(fù)度對比

目前在相關(guān)涉及連續(xù)遍歷問題的場景中，無法完全剔除該現(xiàn)象的產(chǎn)生。在對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D進(jìn)行簡化效果后，獲取的并非完全理想化無冗余簡單圖，導(dǎo)致使用DFS算法對其進(jìn)行遍歷搜索時(shí)會(huì)因其內(nèi)部復(fù)雜鏈路數(shù)量而極大降低運(yùn)算效率。因此，從任務(wù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D入手，對其進(jìn)行拆分簡化，同時(shí)考慮優(yōu)化遍歷冗余現(xiàn)象，對提高效率有著極大的研究意義。

通過實(shí)驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化前后巡檢直升機(jī)的任務(wù)總里程平均縮短32 km，巡檢路線的重復(fù)度平均降低3.2%，對巡檢過程中出現(xiàn)的遍歷冗余現(xiàn)象有著較好的優(yōu)化效果。同時(shí)同比提高了場景中資源利用率，使巡檢直升機(jī)在巡檢任務(wù)中的有效里程數(shù)得到提升，因此獲取更高更好的巡檢遍歷結(jié)果。

對場景中涉及節(jié)點(diǎn)和線路有分叉設(shè)計(jì)時(shí)的巡檢狀態(tài)進(jìn)行處理和分析，目的是最大效益的提高巡檢任務(wù)中工作效率，并降低重復(fù)巡視這一情況出現(xiàn)的可能性?？紤]在巡檢任務(wù)實(shí)際場景中，巡檢線路較為固定且具有單一性，當(dāng)巡檢直升機(jī)的任務(wù)場景僅為單一備降機(jī)場時(shí)，任務(wù)內(nèi)仍會(huì)出現(xiàn)部分線路有重復(fù)巡檢現(xiàn)象。后續(xù)的工作是發(fā)揮多個(gè)備降點(diǎn)機(jī)場之間的協(xié)同作用，來減少任務(wù)的重復(fù)度，同時(shí)盡可能減小遍歷冗余的現(xiàn)象，提高電力巡檢的遍歷效率。

5 結(jié)束語

本文根據(jù)對通航歷史數(shù)據(jù)的分析整合，以實(shí)際電力巡線情況對影響通航電力巡檢的因素進(jìn)行分析，考慮實(shí)際通航電力巡檢場景，將傳統(tǒng)DFS遍歷算法與之結(jié)合進(jìn)行一定改進(jìn)，使對復(fù)雜場景的單備降點(diǎn)的巡檢任務(wù)實(shí)現(xiàn)簡單，并優(yōu)化傳統(tǒng)DFS算法中對無向拓?fù)鋱D的路徑搜索擴(kuò)展工作，提高了實(shí)際效率的同時(shí)，添加線路分叉情況的判斷條件，提高了電力巡檢人物的實(shí)際效率。通過仿真驗(yàn)證可知，優(yōu)化后的算法保證了巡檢任務(wù)的一致連續(xù)性。未來的研究將側(cè)重于分布式的網(wǎng)絡(luò)思想構(gòu)建通航直升機(jī)多基地的運(yùn)行模型及路徑優(yōu)化的設(shè)計(jì)。