本發(fā)明涉及水利工程檢測，尤其涉及一種使用無人機檢查輸水隧洞斜洞段的方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著水利工程的快速發(fā)展，輸水隧洞作為重要的輸水通道，其安全性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。然而，輸水隧洞斜洞段由于凈高大、坡度大、洞壁濕滑等特點，傳統(tǒng)的檢查方式如搭設(shè)腳手架、搭載高清攝像頭的移動小車工裝等存在諸多不足，如工作量大、耗時長、安全風(fēng)險高、無法完整反映缺陷形態(tài)等。因此，如何安全、高效、準(zhǔn)確地檢查輸水隧洞斜洞段的缺陷，成為當(dāng)前水利工程領(lǐng)域亟待解決的問題。

2、目前也有相關(guān)技術(shù)研究報道，例如cn220087355u公開了一種基于無人機紅外成像的土石壩滲漏巡檢系統(tǒng)，包括無人機、rtk模塊（基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)模塊）、紅外相機、數(shù)據(jù)存儲模塊、飛行規(guī)劃模塊、飛行控制系統(tǒng)、客戶端設(shè)備、報警器、數(shù)據(jù)處理模塊和無人機自動起降機庫，rtk模塊安裝在無人機上，無人機上搭載有紅外相機，紅外相機與數(shù)據(jù)存儲模塊通訊連接，無人機、rtk模塊、客戶端設(shè)備與飛行控制系統(tǒng)通訊連接，飛行控制系統(tǒng)上設(shè)置有飛行規(guī)劃模塊，飛行規(guī)劃模塊與無人機自動起降機庫通訊連接，數(shù)據(jù)存儲模塊與客戶端設(shè)備數(shù)據(jù)線連接，報警器與客戶端設(shè)備信號線連接，客戶端設(shè)備上設(shè)置有數(shù)據(jù)處理模塊；本系統(tǒng)實現(xiàn)了遠(yuǎn)距離、非接觸條件下土石壩壩面的高效檢測、分析判斷和預(yù)警；但是該系統(tǒng)僅通過溫度異常情況辨別缺陷發(fā)生的情況，不夠直接、直觀和準(zhǔn)確，且在水流條件復(fù)雜、環(huán)境溫度變化過快的環(huán)境下容易造成誤判；且無法準(zhǔn)確確定缺陷的類型、尺寸和缺陷的整體分布情況。

3、例如cn114237278a公開了一種水工隧洞內(nèi)無人機飛行定位及避障方法，主要用于利用無人機對輸水道斜井或豎井進(jìn)行非接觸缺陷檢查，以及其它同類型洞室的隧洞檢查。本發(fā)明通過氣壓數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)及激光點云數(shù)據(jù)，計算得到無人機飛行位置平面坐標(biāo)及高程，計算過程非接觸、測試精度高、成本較低，解決了隧洞內(nèi)無gnss信號定位的問題。本發(fā)明通過激光點云數(shù)據(jù)，無人機自主調(diào)整空間位置趨近于洞軸線，從而達(dá)到避障效果，可有效防止無人飛行器槳葉與洞壁發(fā)生碰撞損壞，同時避免造成隧洞內(nèi)壁遭到損壞；但是該方法僅對無人機定位及避障問題有所解決，沒有對缺陷檢查作相關(guān)說明，并且此專利中無人機在隧洞中工作時相對獨立、與外界隔絕，沒有解決其在隧洞中飛行工作的同時與隧洞外進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換的問題，無法獲得實時信息。

4、鑒此，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種使用無人機檢查輸水隧洞斜洞段的方法，旨在降低檢查難度、提高檢查效率，并能夠較為完整地反映缺陷的形態(tài)和位置分布。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種使用無人機檢查輸水隧洞斜洞段的方法及其系統(tǒng)，解決現(xiàn)有檢查手段工作量大、耗時長、安全風(fēng)險高、無法完整反映缺陷形態(tài)的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種使用無人機檢查輸水隧洞斜洞段的方法，包括以下步驟：

3、step1：將信號中繼器接收端布置在室外，并通過有線鋪設(shè)，將接收的信號傳輸至安裝在斜洞段底部的信號中繼器發(fā)射端，以在斜洞段內(nèi)覆蓋gps（global?positioningsystem，全球定位系統(tǒng)）信號；

4、step2：將無人機和遙控器聯(lián)網(wǎng)后，在斜洞底部通過遙控器操作無人機起飛，并沿斜洞中心軸飛行，每上升一定高度即懸停，進(jìn)行全景采集并記錄無人機當(dāng)前位置信息；

5、step3：當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷時，保持無人機高度和位置不變，對缺陷處進(jìn)行全景采集并記錄缺陷位置信息；

6、step4：無人機按照指定線路上升直至斜洞頂部，再調(diào)轉(zhuǎn)機頭飛回斜洞底部直至降落；

7、step5：根據(jù)記錄的無人機位置信息和缺陷位置信息，繪制輸水隧洞斜洞段缺陷分布展開圖。

8、優(yōu)選的方案中，所述step2中，無人機起飛前確認(rèn)視覺定位是否開啟，并打開無人機自帶前探照燈，無人機飛行時機身保持水平。

9、優(yōu)選的方案中，所述step2中，無人機懸停時，調(diào)整視覺使其正對斜洞底板中心線，并從左至右每旋轉(zhuǎn)45度拍攝一張照片，共旋轉(zhuǎn)360度，利用無人機機載相機自帶的圖片拼接功能，得到所在高度的全景展開圖片。

10、優(yōu)選的方案中，所述step3中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷時，保持無人機高度和位置不變，對缺陷最低處、最左側(cè)、最高處、最右側(cè)的位置進(jìn)行全景采集并記錄位置信息，同時使用測距儀測量缺陷最低處到所在面兩個相鄰邊的水平距離。

11、優(yōu)選的方案中，所述step5中，繪制輸水隧洞斜洞段缺陷分布展開圖時，在圖紙上將斜洞段沿高度方向展開，并標(biāo)注出斜洞底部高程，通過計算缺陷特征位置的高程和直線距離，確定缺陷在斜洞中的位置。

12、一種用于實現(xiàn)上述任意一項所述一種使用無人機檢查輸水隧洞斜洞段的方法的無人機檢查系統(tǒng)，包括無人機、遙控器、信號中繼器接收端和發(fā)射端，其中無人機具有機載相機和視覺定位功能，遙控器用于遠(yuǎn)程控制無人機的飛行和拍攝，信號中繼器接收端和發(fā)射端用于在斜洞段內(nèi)覆蓋gps（global?positioning?system，全球定位系統(tǒng)）信號，以支持無人機的安全穩(wěn)定飛行和定位。

13、優(yōu)選的方案中，所述無人機包括led（light?emitting?diode，發(fā)光二極管）模塊、拍攝模塊、導(dǎo)航模塊、測距模塊和數(shù)據(jù)存儲處理模塊，拍攝模塊包括具備圖片拼接功能的紅外/可見光相機、紅外傳感系統(tǒng)及全方位視覺系統(tǒng)，在全景采集的過程中錄制視頻、拍攝照片，并通過相機自帶的圖片拼接功能將圖像剪切拼接優(yōu)化處理，得到全景展開圖。

14、優(yōu)選的方案中，所述led（light?emitting?diode，發(fā)光二極管）模塊與攝像模塊指向相同且同步旋轉(zhuǎn)移動，包括光效、亮度均勻可調(diào)節(jié)的led（light?emitting?diode，發(fā)光二極管）探照燈。

15、優(yōu)選的方案中，所述導(dǎo)航模塊包括位置傳感器、gps（global?positioningsystem，全球定位系統(tǒng)）導(dǎo)航裝置、網(wǎng)絡(luò)信號收發(fā)裝置，為無人機信號的雙向傳輸、確定無人機在輸水隧洞斜洞段空間中的實時位置、確定實時位置點相對起飛點的垂直高度和水平半徑距離。

16、優(yōu)選的方案中，所述測距模塊包括測距儀，包括陀螺儀和測距傳感器，用于實現(xiàn)測量缺陷上的某點到其鄰邊的水平距離。

17、優(yōu)選的方案中，所述數(shù)據(jù)存儲處理模塊包括數(shù)據(jù)存儲器和數(shù)據(jù)處理器，其將各個模塊傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和處理，并將接收到的控制器的指令發(fā)送給各個模塊，實現(xiàn)控制器對各模塊的控制。

18、本發(fā)明提供的一種使用無人機檢查輸水隧洞斜洞段的方法及其系統(tǒng)，有如下有益效果：

19、1、本發(fā)明解決了現(xiàn)有檢查手段工作量大、耗時長、安全風(fēng)險高、無法完整反映缺陷形態(tài)的問題，降低了檢查難度，提高了檢查效率，較為完整地反映了缺陷的形態(tài)和位置分布情況，準(zhǔn)確獲得了缺陷分布的平面展開圖，有助于后期對缺陷進(jìn)行精準(zhǔn)定位與修復(fù)。

20、2、本發(fā)明適用性強，不受斜洞段內(nèi)部環(huán)境黑暗、條件復(fù)雜、無網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋等限制，可以在黑暗無光、無網(wǎng)絡(luò)覆蓋的工作環(huán)境、復(fù)雜的工作條件下，對長度大、坡度大、邊壁濕滑、過流斷面狹小且不規(guī)則的輸水隧洞斜洞段進(jìn)行缺陷檢查，具有廣泛的適用性。

21、3、本發(fā)明缺陷識別準(zhǔn)確，無人機的高清攝像頭能夠捕捉到斜洞段的細(xì)微缺陷，提高了檢查的準(zhǔn)確性，能夠較為完整地反映輸水隧洞斜洞段中缺陷的形態(tài)，較為準(zhǔn)確地反映出斜洞中缺陷位置和分布情況，有助于后期對缺陷進(jìn)行精準(zhǔn)定位與修復(fù)。

22、4、本發(fā)明安全高效，通過無人機進(jìn)行檢查，無人機能夠快速到達(dá)斜洞段的各個部位進(jìn)行拍攝，大大提高了檢查效率，同時避免了人工進(jìn)入斜洞段的高空作業(yè)風(fēng)險，降低了人力物力投入成本，提高了檢查作業(yè)效率。

23、5、本發(fā)明所使用的無人機檢測裝置除了具備滿足其基本的飛行和懸停功能的飛行模塊外，還配備有拍攝模塊、led（light?emitting?diode，發(fā)光二極管）模塊、導(dǎo)航模塊、測距模塊，可通過圖片拼接功能將圖像剪切拼接優(yōu)化處理，得到拍攝區(qū)域全景展開圖；可通過無人機信號的雙向傳輸，確定無人機在輸水隧洞斜洞段空間中的實時位置；通過測距模塊測量缺陷上的某點到其鄰邊的水平距離。

24、6、本發(fā)明靈活性強，可以根據(jù)斜洞段的實際情況調(diào)整無人機的飛行路線和拍攝策略，具有較強的靈活性。

25、7、本發(fā)明與現(xiàn)有的檢查方法相比，安全性高、可靠性強、可實施性強，較大程度降低了輸水隧洞斜洞段缺陷檢查的難度、提高了檢查作業(yè)效率、降低了人力物力投入成本。

26、8、本發(fā)明提供了一種安全、高效、準(zhǔn)確的輸水隧洞斜洞段無人機檢查方法及其系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，具有高效、準(zhǔn)確、安全等優(yōu)點，為水利工程檢測領(lǐng)域提供了一種新的技術(shù)手段，具有廣泛的應(yīng)用前景和實用價值。