一种基于GeoTiff的光伏场站内路径导航方法与流程

本发明属于地图导航，具体涉及一种基于geotiff的光伏场站内路径导航方法，主要针对光伏场站内两点之间的导航，即人员向异常设备的导航。

背景技术：

1、光伏发电作为清洁能源的重要组成部分，得到了广泛的应用和推广。然而，随着光伏场站规模的不断增大，场站内的路径网络也变得越来越庞大复杂，给工作人员的巡检、维护等工作带来了一定的挑战。

2、在光伏场站的运维场景中，当无人机巡检系统向工作人员下发光伏板异常信息后，由于地图软件不提供场站内部路径导航服务，工作人员需要根据终端显示的告警信息，对照现场实际情况确定异常设备和自己的位置，并根据经验才能前往异常设备处检查。因此，开发一种高效的光伏场站内路径导航方法具有重要意义，可以帮助巡检工作人员快速高效的前往异常设备处。

3、cn107478242a中公开了一种导航方法和系统，所要解决的技术问题为：如果用户位于一个封闭区域内，比如有围墙的小区，现有的导航软件会直接穿过围墙将用户的当前位置匹配到距离用户的当前位置最近的封闭区域外的道路上，然而，即使离用户匹配的道路最近，但是由于有围墙隔开，用户也没法直闯过围墙，因此，无法给用户做出合理的导航指引。

4、cn107478242a中公开的方法主要解决的是导航时出现的规划结果穿墙的问题，本发明提出的方法主要解决的是在光伏场站的场景中，在规定的路径上寻找点与点之间最优路径的问题，解决的技术问题以及解决问题所使用的方法与本发明相比均不同。

5、cn108073176a本发明公开了一种改进型d*lite车辆动态路径规划方法，包括以下步骤：1)获取车辆当前状态及目标状态，并获取当前环境地图信息，再使用形态学操作对当前环境地图中的障碍物进行膨胀；2)构建车辆运行学模型；3)基于车辆运动学模型的限制，使用d*lite算法在膨胀后的环境地图上搜索路径；4)根据reeds-shepp曲线对到达终点时车辆的朝向角进行调整；5)根据步骤3)生成的最短路径及步骤4)中的reeds-shepp曲线构建最终路径，然后使用能量函数及梯度下降法对最终路径进行平滑，完成改进型d*lite车辆动态路径规划，该方法能够在动态的环境下实现路径的规划。

6、cn108073176a中公开的方法主要解决的是自动驾驶方案中车辆局部路径规划的问题，如何能使车辆行驶地更平稳流畅，该方法关注于车辆本身的运动，解决的技术问题以及解决问题所使用的方法与本发明相比均不同。

7、综上，本发明解决的技术问题和解决问题所使用的方法与已公开的发明存在本质上的不同，本领域内暂未有基于geotiff图的路径搜索方法，解决光伏场站内场景下的导航问题的发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种基于geotiff的光伏场站内路径导航方法。

2、为了解决技术问题，本发明的技术方法是：一种基于geotiff的光伏场站内路径导航方法，包括以下步骤：

3、s1、获取地理信息数据，人工标注，制作光伏场站路径布局的geotiff图；

4、s2、基于geotiff图，利用图像处理技术和地理坐标系统，提取其地理信息存入配置文件，并将其转换为黑色背景白色路线的二值地图；

5、s3、根据巡检人员终端信息和异常设备的告警信息，确定人员和设备，即起点和终点的gps坐标；

6、s4、根据s2中的地理信息，将起点和终点的gps坐标转换为图像坐标信息，在二值地图中确定其位置；

7、s5、通过图像路径搜索方法，找到起点到终点的最优路径，记录路径上的像素坐标序列信息；

8、s6、根据s2中的地理信息，将最优路径的像素坐标序列转换为gps坐标序列，在终端地图中显示。

9、优选的，所述s1具体为：从卫星影像或无人机航拍图像中获取高分辨率的地理信息数据，采用人工标注的方式，制作光伏场站路径布局的geotiff图。

10、优选的，所述人工标注具体为：结合实际情况和用户需求，以人工手段在gis软件中，标注可通行、无安全隐患的路径，然后将标注好的路径图层导出，生成带有地理信息的geotiff格式的文件。

11、优选的，所述s2具体为：利用opencv读取geotiff图，将其转换为二值地图，标注出的路径为白色，其他部分为黑色背景，存储为.png格式地图，并记录图像宽高；利用gdal读取geotiff图中的关键地理信息，包括左上角gps坐标、地面分辨率、地处南北半球信息，最后将读取的关键地理信息，存入一个配置文件，与.png格式地图存储在相同路径下。

12、优选的，所述s4中具体为：读取s2中存储好的配置文件，根据地面分辨率换算，将起点和终点的gps坐标换算成像素坐标，确定起点和终点在二值地图中的像素坐标，gps坐标换算至像素坐标关系式如下：

13、

14、式中：

15、pixel为像素坐标；

16、gps为gps坐标；

17、gps(左上角)为左上角gps坐标。

18、优选的，所述s5具体为：在读取s2中制作的二值地图后，根据s4中起点和终点像素坐标进行路径检索，分别搜索起点和终点对应像素坐标周围的最近白色点，即搜索离起点和终点最近的路径上的点，分别记两点为a、b，记录起点到其最近白色点的直线坐标，记为线路a，记录终点的最近白色点到终点的直线坐标，记为线路b，即完成了将人员导航至最近路径上，以及从路径上导航至终点的任务，利用dijkstra算法，基于二值地图中的白色像素点，搜索从a点到b点的最短路径，以像素坐标序列的形式，记录a到b沿线的每一个像素，将此线路记为c，将三段线路以a-c-b的顺序合并，即为起点到终点的最优路径像素坐标序列。

19、优选的，所述dijkstra算法是声明一个数组dis来保存源点到各个顶点的最短距离和一个保存已经找到了最短路径的顶点的集合：t，初始时，原点s的路径权重被赋为0，dis[s]＝0，若对于顶点s存在能直接到达的边(s，m)，则把dis[m]设为w(s，m)，同时把所有其他顶点的路径长度设为无穷大；初始时，集合t只有顶点s，然后从dis数组选择最小值，则该值就是源点s到该值对应的顶点的最短路径，并且把该点加入到t中，完成一个顶点，然后判断新加入的顶点是否可以到达其他顶点并且通过该顶点到达其他点的路径长度是否比源点直接到达短，如果是，那么就替换这些顶点在dis中的值；然后，又从dis中找出最小值，重复上述动作，直到t中包含了二值地图的所有顶点。

20、优选的，所述步骤s6具体为：根据s2中存储好的地面分辨率及左上角gps坐标，遍历所得到的路径的像素坐标序列换算为gps坐标序列，直接确定在地图软件中显示带有起点到终点的、带指向性的导航路径，所述像素坐标换算至gps坐标的关系式如下：

21、gps＝(pixel*地面分辨率)+gps(左上角)

22、式中：

23、gps为gps坐标；

24、ppixel为像素坐标；

25、gps(左上角)为左上角gps坐标。

26、与现有技术相比，本发明的优点在于：

27、(1)本发明公开了一种基于geotiff的光伏场站内路径导航方法，该方法利用光伏场站内的地理信息数据和图像处理技术，实现了对光伏场站内路径的智能导航，通过提供精确的导航指引，可以大幅提高光伏场站内工作人员的工作效率，并优化光伏发电系统的运行和维护流程；

28、(2)本发明首先制作光伏场站路径布局的geotiff图，然后利用图像处理技术和地理坐标系统将其转换为黑色背景白色路线的二值地图，接着将起点终点的gps坐标转换为像素坐标信息，通过图像路径搜索方法，找到起点到终点的最优路径，这样导航更加精准和快速，实现了人员向异常设备的导航；

29、(3)本发明的导航方法普适性较强，适宜于光伏场站内的路径导航，也同样适用于其他场景内的路径导航。

技术特征：

1.一种基于geotiff的光伏场站内路径导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于geotiff的光伏场站内路径导航方法，其特征在于，所述s1具体为：从卫星影像或无人机航拍图像中获取高分辨率的地理信息数据，采用人工标注的方式，制作光伏场站路径布局的geotiff图。

3.根据权利要求2所述的一种基于geotiff的光伏场站内路径导航方法，其特征在于，所述人工标注具体为：结合实际情况和用户需求，以人工手段在gis软件中，标注可通行、无安全隐患的路径，然后将标注好的路径图层导出，生成带有地理信息的geotiff格式的文件。

4.根据权利要求1所述的一种基于geotiff的光伏场站内路径导航方法，其特征在于，所述s2具体为：利用opencv读取geotiff图，将其转换为二值地图，标注出的路径为白色，其他部分为黑色背景，存储为.png格式地图，并记录图像宽高；利用gdal读取geotiff图中的关键地理信息，包括左上角gps坐标、地面分辨率、地处南北半球信息，最后将读取的关键地理信息，存入一个配置文件，与.png格式地图存储在相同路径下。

5.根据权利要求4所述的一种基于geotiff的光伏场站内路径导航方法，其特征在于，所述s4中具体为：读取s2中存储好的配置文件，根据地面分辨率换算，将起点和终点的gps坐标换算成像素坐标，确定起点和终点在二值地图中的像素坐标，gps坐标换算至像素坐标关系式如下：

6.根据权利要求5所述的一种基于geotiff的光伏场站内路径导航方法，其特征在于，所述s5具体为：在读取s2中制作的二值地图后，根据s4中起点和终点像素坐标进行路径检索，分别搜索起点和终点对应像素坐标周围的最近白色点，即搜索离起点和终点最近的路径上的点，分别记两点为a、b，记录起点到其最近白色点的直线坐标，记为线路a，记录终点的最近白色点到终点的直线坐标，记为线路b，即完成了将人员导航至最近路径上，以及从路径上导航至终点的任务，利用dijkstra算法，基于二值地图中的白色像素点，搜索从a点到b点的最短路径，以像素坐标序列的形式，记录a到b沿线的每一个像素，将此线路记为c，将三段线路以a-c-b的顺序合并，即为起点到终点的最优路径像素坐标序列。

7.根据权利要求6所述的一种基于geotiff的光伏场站内路径导航方法，其特征在于，所述dijkstra算法是声明一个数组dis来保存源点到各个顶点的最短距离和一个保存已经找到了最短路径的顶点的集合：t，初始时，原点s的路径权重被赋为0，dis[s]＝0，若对于顶点s存在能直接到达的边(s,m)，则把dis[m]设为w(s，m)，同时把所有其他顶点的路径长度设为无穷大；初始时，集合t只有顶点s，然后从dis数组选择最小值，则该值就是源点s到该值对应的顶点的最短路径，并且把该点加入到t中，完成一个顶点，然后判断新加入的顶点是否可以到达其他顶点并且通过该顶点到达其他点的路径长度是否比源点直接到达短，如果是，那么就替换这些顶点在dis中的值；然后，又从dis中找出最小值，重复上述动作，直到t中包含了二值地图的所有顶点。

8.根据权利要求4所述的一种基于geotiff的光伏场站内路径导航方法，其特征在于，所述步骤s6具体为：根据s2中存储好的地面分辨率及左上角gps坐标，遍历所得到的路径的像素坐标序列换算为gps坐标序列，直接确定在地图软件中显示带有起点到终点的、带指向性的导航路径，所述像素坐标换算至gps坐标的关系式如下：

技术总结
本发明公开了一种基于GeoTiff的光伏场站内路径导航方法，该方法利用光伏场站内的地理信息数据和图像处理技术，实现了对光伏场站内路径的智能导航，通过提供精确的导航指引，可以大幅提高光伏场站内工作人员的工作效率，并优化光伏发电系统的运行和维护流程。

技术研发人员：呼卫军,陈康,杜鑫,马泳潮,董玉新,周继开
受保护的技术使用者：西安因诺航空科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5