一种桥梁巡检方法技术

本发明专利技术公开了一种桥梁巡检方法，包括以下步骤：S10)对被检测的桥梁建立三维地图；S20)架设基准站，人工操作无人机对被检测桥梁的各个部位规划相应的巡检航线；S30)被检测桥梁各个部位的巡检航线规划完成后，向飞控模块加载相应的巡检航线，以控制无人机进行自动巡检；S40)地面站采集、处理和管理无人机自动巡检作业过程中发送的数据，并对被检测桥梁存在的缺陷进行检测；S50)根据地面站在无人机自动巡检作业过程中接收到的数据对被检测桥梁存在的缺陷进行定位。本发明专利技术能够解决现有无人机桥梁巡检方式主要依靠人工操作无人机采集桥梁表面数据，自动化程度低、工作量大、获取数据稳定性差、安全性低的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种桥梁巡检方法
本专利技术涉及工程检测
，尤其是涉及一种利用无人飞行器实现铁路、公路等桥梁巡检的方法。
技术介绍
到2017年底，全国铁路营业里程达到12.7万公里，其中高铁2.5万公里，如果按桥梁占线路52％的比例计算，我国高铁桥梁约有一万余公里。像京津城际桥梁累计长度占全线正线总长的比例为86.6％，京沪高铁为80.5％，广珠城际为94.0％，武广客专为48.5％，哈大客专为74.3％。桥梁检测作为工程领域一项的常规作业类型，其检测范围通常包括桥面系、上部结构和下部结构。桥梁检测的种类分为经常性检测、定期检测和特殊检测三种。经常性检测由路段检测人或桥梁养护人员进行巡视检测。定期检测是对桥梁结构的质量状况进行定期跟踪的全面检测。特殊检测是因各种特殊原因由专家们依据一定的物理、化学无破损检验手段对桥梁进行的全面察看、测强和测缺，旨在找出损坏的明确原因、程度和范围，分析损坏所造成的后果，以及潜在缺陷可能给结构带来的危险。桥梁检测的意义主要体现在如下几个方面：第一，通过对桥梁进行定期的检测，可以建立和健全桥梁技术状况的相关档案；第二，通过对桥梁进行定期的检测，可以检测桥梁的健康状况，进而及时发现病害或控制病害的发展；第三，通过对桥梁进行定期的检测，可以对桥梁进行技术状况评价，形成客观详实的统计资料，从而可以为桥梁的维修、加固和技术改造等提供重要的参考资料；第四，通过对桥梁进行定期的检测，可以及时的发现桥梁的安全隐患，从而可以有效防止安全事故的发生。通常，桥梁检测的具体部位主要包括：桥梁底面、外沿面、底座、人行道、墩身、边栏等区域，如附图1和附图2所示。如附图2中所示，G为桥梁的人行道，H为轨道。长期以来，桥梁检测主要采用目视检测或者借助大型桥梁检测车或小型辅助检测仪器等方法来确定桥梁是否存在缺陷，但是这种方式需要人员多、人工参与比例大、时间长、劳动强度大、效率低、成本高，其检测效果与巡查人员的经验和责任心直接相关，因此无法满足日益增长的桥梁维护需求。而随着无人机技术的发展，无人机作为一种新型设备，为桥梁检测提供了一种高效、安全的方法，可以替代传统的检测手段在桥梁检测方面得到广泛的应用。通常在无人机上搭载高清摄像设备，操作人员远距离控制无人机对桥梁外表面数据进行采集，再利用桥梁数据管理软件对采集数据进行管理、分析、处理，及对缺陷进行自动检测和人工校核，能够完成桥梁各种缺陷的检测。现阶段无人机巡检桥梁主要依靠工作人员遥控无人机，存在以下几个方面的技术问题：1、桥梁所在环境复杂，很多横跨江、河、湖泊、峡谷，给工作人员操作无人机带来了诸多不便；2、桥梁结构复杂，需要巡检的部分很多，包含墩身、外沿面、栏杆、墩台、桥梁底面等，工作量大，造成无人机操作复杂需要很高的技巧；3、巡检过程一直需要人工操作无人机，效率低，且无人机飞行安全保障全部依赖操作人员的熟练程度及工作态度，容易出现安全事故；4、桥梁底面GNSS信号受到遮挡，无人机在无GNSS信号下飞行，导航及定位完全依靠工作人员遥控操作，无人机巡检桥梁技术难度、安全隐患会大幅增加，容易出现无人机坠毁事故；5、工作人员操作无人机带来晃动，会带来采集的图像数据不清晰、稳定，进而影响后续的数据分析，缺陷检测；6、桥梁底座区域光照被遮挡，采集到图像数据不够清晰、明亮，为后续的图像处理及缺陷分析检测带来困难。在现有技术中，中国专利技术申请CN105551108A和CN105501248A分别公开了一种铁路线路巡检方法及系统。进一步的，CN104762877A、CN106645205A、CN204833672U、CN104843176A、CN105460210A、CN106054916A、CN205366074U、CN106320173A、CN107748572A、CN108051450A、CN108284953A、CN108177787A、CN207173986U等文献也都提出了以无人机为平台，搭载高清相机采集桥梁数据，并完成对桥梁检测的技术方案。然而，这些技术方案均存在以下明显缺点：1、以上申请主要依靠工作人员操作无人机采集桥梁表面数据，自动化程度低、工作量大、获取数据的稳定性差、安全性低；2、桥梁结构复杂，不同部位形状差异很大，不同部位检测需要专业的方法和手段，以上申请均未针对桥梁各个部位提出针对性的检测方法；3、无人机检测过程中会出现低电量、通讯丢失等故障，以上申请均未提出故障情况下的处理方法；4、桥梁底面之下环境复杂，存在各种障碍物，需要进行有效规避，以上申请均未提出有效的方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种桥梁巡检方法，以解决现有无人机桥梁巡检方式主要依靠人工操作无人机采集桥梁表面数据，自动化程度低、工作量大、获取数据的稳定性差、安全性低的技术问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术具体提供了一种桥梁巡检方法的技术实现方案，桥梁巡检方法，包括以下步骤：S10)对被检测的桥梁建立三维地图；S20)架设基准站，人工操作无人机针对被检测桥梁的各个部位规划相应的巡检航线；S30)被检测桥梁各个部位的巡检航线规划完成后，向飞控模块加载相应的巡检航线，以控制所述无人机进行自动巡检作业；S40)地面站采集、处理和管理无人机自动巡检作业过程中发送的数据，并对被检测桥梁存在的缺陷进行检测；S50)根据所述地面站在无人机自动巡检作业过程中接收到的数据对被检测桥梁存在的缺陷进行定位。进一步的，所述步骤S10)包括以下过程：S11)由桥梁线路线形数据、CPⅢ桩坐标数据及桥梁设计图纸，得到桥梁边缘平面坐标、桥梁边缘高程坐标和墩身中心坐标；S12)从桥梁设计图纸中分解出桥梁的各个组成部件；S13)根据桥梁设计图纸上的尺寸数据及立面图数据，使用三维制图软件对桥梁的组成部件进行建模；S14)根据墩身中心坐标的定位数据将各个组成部件组合一起，形成被检测桥梁的三维模型；S15)将被检测桥梁的三维模型导入地图软件中得到被检测桥梁的三维地图。进一步的，所述步骤S20)包括以下过程：S21)架设基准站；S22)准备无人机，并通过地面站设置禁止飞行区域；S23)人工操作所述无人机对需要巡检的桥梁包括底面、外沿面、人行道底面、底座、墩身及边栏在内的区域进行首次巡检作业，并针对桥梁的各个部位分别规划相应的巡检航线。进一步的，所述步骤S30)包括以下过程：S31)架设基准站；S32)将无人机放置于起飞点；S33)连接好通讯天线，打开所述地面站上的软件；S34)加载规划好的巡检航线，确定巡检航线无误后，执行无人机起飞作业；S35)所述无人机按照加载的巡检航线进行自动巡检作业。进一步的，所述步骤S40)包括以下过程：融合有图像拍摄时所述无人机所处位置的定位坐标、云台相机的姿态角、航线、桥梁及拍摄时间信息的抓拍图像，按照不同巡检航线采集的桥梁表面数据生成相应的文件夹，同一巡检航线采集的数据存储于单独的文件夹中；被检测桥梁的巡检数据导入至所述地面站后，按照桥梁底面、外沿面、人行道底面、底座、墩身及边栏管理，并按照拍摄日期、被检测部位类型进行显示，同时能对检测数据进行浏览、查询、搜索，及对历史检测数据进行对比分析；通过对抓拍图像进行智能图像识别完成对缺陷的自动检测，同时通过工作人员基于显示界面，查看原始检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种桥梁巡检方法，其特征在于，包括以下步骤：S10)对被检测的桥梁建立三维地图；S20)架设基准站(4)，人工操作无人机(10)针对被检测桥梁的各个部位规划相应的巡检航线；S30)被检测桥梁各个部位的巡检航线规划完成后，向飞控模块(16)加载相应的巡检航线，以控制所述无人机(10)进行自动巡检作业；S40)地面站(20)采集、处理和管理无人机(10)自动巡检作业过程中发送的数据，并对被检测桥梁存在的缺陷进行检测；S50)根据所述地面站(20)在无人机(10)自动巡检作业过程中接收到的数据对被检测桥梁存在的缺陷进行定位。

【技术特征摘要】
1.一种桥梁巡检方法，其特征在于，包括以下步骤：S10)对被检测的桥梁建立三维地图；S20)架设基准站(4)，人工操作无人机(10)针对被检测桥梁的各个部位规划相应的巡检航线；S30)被检测桥梁各个部位的巡检航线规划完成后，向飞控模块(16)加载相应的巡检航线，以控制所述无人机(10)进行自动巡检作业；S40)地面站(20)采集、处理和管理无人机(10)自动巡检作业过程中发送的数据，并对被检测桥梁存在的缺陷进行检测；S50)根据所述地面站(20)在无人机(10)自动巡检作业过程中接收到的数据对被检测桥梁存在的缺陷进行定位。2.根据权利要求1所述的桥梁巡检方法，其特征在于，所述步骤S10)进一步包括以下过程：S11)由桥梁线路线形数据、CPⅢ桩坐标数据及桥梁设计图纸，得到桥梁边缘平面坐标、桥梁边缘高程坐标和墩身中心坐标；S12)从桥梁设计图纸中分解出桥梁的各个组成部件；S13)根据桥梁设计图纸上的尺寸数据及立面图数据，使用三维制图软件对桥梁的组成部件进行建模；S14)根据墩身中心坐标的定位数据将各个组成部件组合一起，形成被检测桥梁的三维模型；S15)将被检测桥梁的三维模型导入地图软件中得到被检测桥梁的三维地图。3.根据权利要求1或2所述的桥梁巡检方法，其特征在于，所述步骤S20)进一步包括以下过程：S21)架设基准站(4)；S22)准备无人机(10)，并通过地面站(20)设置禁止飞行区域；S23)人工操作所述无人机(10)对需要巡检的桥梁包括底面、外沿面、人行道底面、底座、墩身及边栏在内的区域进行首次巡检作业，并针对桥梁的各个部位分别规划相应的巡检航线。4.根据权利要求3所述的桥梁巡检方法，其特征在于，所述步骤S30)进一步包括以下过程：S31)架设基准站(4)；S32)将无人机(10)放置于起飞点；S33)连接好通讯天线，打开所述地面站(20)上的软件；S34)加载规划好的巡检航线，确定巡检航线无误后，执行无人机(10)起飞作业；S35)所述无人机(10)按照加载的巡检航线进行自动巡检作业。5.根据权利要求1、2或4所述的桥梁巡检方法，其特征在于，所述步骤S40)进一步包括以下过程：融合有图像拍摄时所述无人机(10)所处位置的定位坐标、云台相机(12)的姿态角、航线、桥梁及拍摄时间信息的抓拍图像，按照不同巡检航线采集的桥梁表面数据生成相应的文件夹，同一巡检航线采集的数据存储于单独的文件夹中；被检测桥梁的巡检数据导入至所述地面站(20)后，按照桥梁底面、外沿面、人行道底面、底座、墩身及边栏管理，并按照拍摄日期、被检测部位类型进行显示，同时能对检测数据进行浏览、查询、搜索，及对历史检测数据进行对比分析；通过对抓拍图像进行智能图像识别完成对缺陷的自动检测，同时通过工作人员基于显示界面，查看原始检测数据，对抓拍图像进行人工缺陷检测，完成对缺陷的标识、分类及标定操作。6.根据权利要求5所述的桥梁巡检方法，其特征在于，所述步骤S50)进一步包括以下过程：S51)通过桥梁名称以及航线信息对抓拍图像进行初步定位；S52)根据抓拍图像时所述无人机(10)所处位置的定位坐标、云台相机(12)的姿态角、航线、桥梁及拍摄时间信息，解算出抓拍图像中每个像素点在大地坐标系下的坐标；当缺陷处于桥梁底面无定位信号时，通过惯性测量模块(17)、视觉模块(18)和激光雷达(19)解算出所述无人机(10)在大地坐标系下的坐标，并得到抓拍图像中每个像素点在大地坐标系下的坐标；S53)当需要对桥梁缺陷进行维修时，将缺陷所处位置的定位坐标及方位角信息发送至手持定位仪(3)中，作业人员根据所述手持定位仪(3)中的信息找到缺陷所在位置。7.根据权利要求1、2、4或6所述的桥梁巡检方法，其特征在于：人工操作所述无人机(10)对需要检测的桥梁进行首次巡检作业，通过所述云台相...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜琼，李华伟，王文昆，罗梓河，王贤，朱义明，廖时才，
申请(专利权)人：株洲时代电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43