一種自主飛行四旋翼無人機(jī)路橋施工巡檢系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無人機(jī)巡檢技術(shù)領(lǐng)域，適用于路橋施工現(xiàn)場，為路橋施工現(xiàn)場不規(guī)范作業(yè)及安全隱患的快速智能診斷提供技術(shù)支持，具體涉及一種自主飛行四旋翼無人機(jī)路橋施工巡檢系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展，無人機(jī)飛行平臺(tái)得到越來越多的應(yīng)用，在無人機(jī)巡檢技術(shù)領(lǐng)域主要是利用高分辨CCD相機(jī)系統(tǒng)獲取遙感影像，并通過空中和地面控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)影像的自動(dòng)拍攝和獲取，實(shí)現(xiàn)航跡的規(guī)劃和監(jiān)控、信息數(shù)據(jù)的壓縮和自動(dòng)傳輸、影像預(yù)處理等功能，可廣泛應(yīng)用于國家生態(tài)環(huán)境保護(hù)、航空攝影、測繪、礦產(chǎn)資源勘探、災(zāi)情監(jiān)視、路橋施工、交通巡邏、電力巡線、治安監(jiān)控、應(yīng)急減災(zāi)、應(yīng)急指揮、人工降雨、國防安全、國土資源勘探、城鎮(zhèn)規(guī)劃、地震調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測、森林防火、農(nóng)作物估產(chǎn)、保護(hù)區(qū)野生動(dòng)物監(jiān)測、大氣取樣、海事偵察、邊境巡視、禁毒偵察、消防偵察、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、海洋環(huán)境監(jiān)測、土地利用調(diào)查、水資源開發(fā)、農(nóng)作物長勢監(jiān)測與估產(chǎn)、農(nóng)業(yè)作業(yè)、自然災(zāi)害監(jiān)測與評(píng)估、城市規(guī)劃與市政管理、森林病蟲害防護(hù)與監(jiān)測、數(shù)字城市等領(lǐng)域。
[0003]近年興起的多旋翼無人飛行器憑借其機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、易操控、無污染、易維護(hù)和方便運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，已逐漸取代了傳統(tǒng)的單旋翼無人直升機(jī)；多旋翼無人機(jī)穩(wěn)定性更強(qiáng)，可以懸浮于空中，通過調(diào)整姿勢，對(duì)線路進(jìn)行細(xì)致觀察，人眼在地面巡視看不到的死角，它都可以輕松搞定，實(shí)現(xiàn)“零死角”巡視；通過高清的照片分析，更容易發(fā)現(xiàn)工人施工作業(yè)的不規(guī)范、道路上的細(xì)微缺陷；因此急需一種自主飛行四旋翼無人機(jī)路橋施工巡檢系統(tǒng)，以無人飛行器為巡檢載體、地面監(jiān)控設(shè)備為支撐的路橋巡檢系統(tǒng)，利用其廣覆蓋、高效率、高可靠、低風(fēng)險(xiǎn)和低成本的優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種易操作、速度快、零死角、效率高、監(jiān)控范圍廣、低風(fēng)險(xiǎn)、低成本的自主飛行四旋翼無人機(jī)路橋施工巡檢系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種自主飛行四旋翼無人機(jī)路橋施工巡檢系統(tǒng)，它包括自主飛行四旋翼無人機(jī)和處理器，所述的自主飛行四旋翼無人機(jī)上設(shè)置有飛行控制器，所述的飛行控制器的主體由處理器、若干無刷電機(jī)、北斗模塊、數(shù)傳電臺(tái)、氣壓高度計(jì)、AHRS模塊、避障傳感器組成，所述的處理器連接有若干無刷電機(jī)、電源、云臺(tái)、攝像機(jī)、北斗模塊、數(shù)傳電臺(tái)、氣壓高度計(jì)、AHRS模塊、避障傳感器、圖傳模塊，所述的云臺(tái)連接有攝像機(jī)和處理器，所述的攝像機(jī)連接有云臺(tái)和處理器，所述的無刷電機(jī)均連接處理器，所述的電源、北斗模塊、數(shù)傳電臺(tái)、氣壓高度計(jì)、AHRS模塊、避障傳感器、圖傳模塊均連接處理器；所述的AHRS模塊為飛行控制器的航向姿態(tài)參考系統(tǒng)，AHRS模塊內(nèi)設(shè)置有三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)和三軸磁阻計(jì)；所述的北斗模塊無線連接有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0006]所述的無刷電機(jī)至少為I個(gè)。
[0007]所述的攝像機(jī)為數(shù)碼攝像機(jī)。
[0008]所述的處理器為嵌入式處理器。
[0009]所述的處理器為ARM Cortex_M4嵌入式處理器。
[0010]所述的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0011]一種自主飛行四旋翼無人機(jī)路橋施工巡檢方法，它包含以下步驟:
步驟(I):地面站上位機(jī)輸入需要巡檢的區(qū)域，上位機(jī)航跡優(yōu)化與圖像分析軟件計(jì)算出無人機(jī)的航跡，并通過串口導(dǎo)入飛行控制器；
步驟(2 ):無人機(jī)北斗導(dǎo)航模塊接收導(dǎo)航信息并根據(jù)航跡自主飛行，通過避障傳感器避開障礙物，到達(dá)需要巡檢區(qū)域的中心位置；
步驟(3):無人機(jī)懸停，下方的云臺(tái)帶動(dòng)攝像機(jī)做360度旋轉(zhuǎn)掃描待巡檢區(qū)域；
步驟(4):巡檢區(qū)域半徑大于5m時(shí)無人機(jī)按照設(shè)定的等速螺線極坐標(biāo)方程:r ( Θ )=a+ b ( Θ )展開軌跡對(duì)邊緣區(qū)域繼續(xù)巡檢；
步驟(5):將拍攝到的高清圖片或錄像通過5.SGHz圖傳模塊傳回地面站的上位機(jī)上；步驟(6 ):上位機(jī)航跡優(yōu)化與圖像分析軟件對(duì)傳回的圖像信息進(jìn)行分析和處理，發(fā)現(xiàn)安全隱患將發(fā)出報(bào)警。
[0012]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明以路橋巡檢系統(tǒng)采用多旋翼飛行器作為巡檢載體，并結(jié)合航拍影像的圖像處理與識(shí)別技術(shù)，為路橋施工現(xiàn)場不規(guī)范作業(yè)及安全隱患的快速智能診斷提供了技術(shù)支持；本發(fā)明通過北斗衛(wèi)星、自主飛行四旋翼無人機(jī)、地面站、飛行控制器組成一種自主飛行四旋翼無人機(jī)路橋施工巡檢系統(tǒng)，具有易操作、速度快、零死角、效率高、監(jiān)控范圍廣、低風(fēng)險(xiǎn)、低成本的優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明設(shè)置的自主飛行四旋翼無人機(jī)具有移動(dòng)靈活、監(jiān)控范圍廣、操作方便、運(yùn)行成本低、低風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明設(shè)置的若干無刷電機(jī)可以有效控制自主飛行四旋翼無人機(jī)的飛行姿勢，有利于其沿軌跡準(zhǔn)確飛行；本發(fā)明設(shè)置的處理器為ARM CorteX-M4嵌入式處理器，具有功耗低、處理速度快的優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明設(shè)置的攝像機(jī)為數(shù)碼攝像機(jī)，具有拍攝速度快、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)便捷、拍攝容量大的優(yōu)點(diǎn)；總的，本發(fā)明具有易操作、速度快、零死角、效率高、監(jiān)控范圍廣、低風(fēng)險(xiǎn)、低成本的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明一種自主飛行四旋翼無人機(jī)路橋施工巡檢系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明一種自主飛行四旋翼無人機(jī)路橋施工巡檢系統(tǒng)的飛行控制器的系統(tǒng)示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明一種自主飛行四旋翼無人機(jī)路橋施工巡檢系統(tǒng)的飛行控制器的系統(tǒng)應(yīng)用示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0017]實(shí)施例1
如圖1和圖2所示，一種自主飛行四旋翼無人機(jī)路橋施工巡檢系統(tǒng)，它包括自主飛行四旋翼無人機(jī)和處理器，所述的自主飛行四旋翼無人機(jī)上設(shè)置有飛行控制器，所述的飛行控制器的主體由處理器、若干無刷電機(jī)、電源、云臺(tái)、北斗模塊、數(shù)傳電臺(tái)、氣壓高度計(jì)、AHRS模塊、避障傳感器、圖傳模塊、攝像機(jī)組成，所述的處理器連接有若干無刷電機(jī)、電源、云臺(tái)、北斗模塊、數(shù)傳電臺(tái)、氣壓高度計(jì)、AHRS模塊、避障傳感器、圖傳模塊，所述的云臺(tái)連接有攝像機(jī)；所述的AHRS模塊為飛行控制器的航向姿態(tài)參考系統(tǒng)，AHRS模塊內(nèi)設(shè)置有三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)和三軸磁阻計(jì)；所述的北斗模塊無線連接有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0018]所述的無刷電機(jī)為4個(gè)。
[0019]本發(fā)明實(shí)施時(shí)，首先在自主飛行四旋翼無人機(jī)設(shè)置飛行控制器，飛行控制器采用處理器、若干無刷電機(jī)、電源、云臺(tái)、北斗模塊、數(shù)傳電臺(tái)、氣壓高度計(jì)、AHRS模塊、避障傳感器、圖傳模塊、攝像機(jī)組成，把處理器連接有若干無刷電機(jī)、電源、云臺(tái)、北斗模塊、數(shù)傳電臺(tái)、氣壓高度計(jì)、AHRS模塊、避障傳感器、圖傳模塊，在云臺(tái)上連接攝像機(jī)；完成自主飛行四旋翼無人機(jī)路橋施工巡檢系統(tǒng)的安裝后，可投入使用，飛行控制器接收北斗定位信息并根據(jù)預(yù)設(shè)的航跡自主飛行，通過避障傳感器避開障礙物，到達(dá)預(yù)設(shè)點(diǎn)上空以順時(shí)針螺旋狀展開方式對(duì)路橋施工現(xiàn)場實(shí)施巡檢，可采用錄像或拍攝高清圖片形式將現(xiàn)場情況通過圖像傳輸模塊傳回地面站，地面站上位機(jī)處理軟件對(duì)傳回信息進(jìn)行圖像分析，提前發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，具體的說自主飛行四旋翼無人機(jī)路橋施工巡檢系統(tǒng)按以下步驟進(jìn)行巡檢工作。
[0020]步驟(I):地面站上位機(jī)輸入需要巡檢的區(qū)域，上位機(jī)航跡優(yōu)化與圖像分析軟件計(jì)算出無人機(jī)的航跡，并通過串口導(dǎo)入飛行控制器。
[0021]步驟(2):無人機(jī)北斗導(dǎo)航模塊接收導(dǎo)航信息并根據(jù)航跡自主飛行，通過避障傳感器避開障礙物，到達(dá)需要巡檢區(qū)域的中心位置。
[0022]步驟(3):無人機(jī)懸停，下方的云臺(tái)帶動(dòng)攝像機(jī)做360度旋轉(zhuǎn)掃描待巡檢區(qū)域。
[0023]步驟(4):巡檢區(qū)域半徑大于5m時(shí)無人機(jī)按照設(shè)定的等速螺線極坐標(biāo)方程:r( Θ )=a+ b ( θ )展開軌跡對(duì)邊緣區(qū)域繼續(xù)巡檢。
[0024]步驟(5):將拍攝到的高清圖片或錄像通過5.SGHz圖傳模塊傳回地面站的上位機(jī)上。
[0025]步驟(6):上位機(jī)航跡優(yōu)化與圖像分析軟件對(duì)傳回的圖像信息進(jìn)