一种无人机巡检系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种无人机巡检系统，在自动巡检作业过程中，机载数据处理单元向云台相机发送桥梁表面数据采集控制信号，机载数据处理单元向无人机发送飞行控制信号。云台相机采集的桥梁视频数据通过机载数据处理单元发送至第一图传电台，该桥梁视频数据经第一图传电台发送并由第二图传电台接收后进行显示监控。第一数传电台与机载数据处理单元相连，第二数传电台与地面站相连，无人机系统与地面端系统通过第一数传电台与第二数传电台实现无人机的控制指令及飞行状态数据交互传输。本实用新型专利技术能够解决现有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。

A UAV inspection system

【技术实现步骤摘要】
一种无人机巡检系统
本技术涉及工程检测
，尤其是涉及一种利用无人飞行器实现铁路、公路等桥梁巡检的系统。
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，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，本技术的目的在于提供一种无人机巡检系统，以解决现有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。为了实现上述技术目的，本技术具体提供了一种无人机巡检系统的技术实现方案，无人机巡检系统，包括：无人机系统和地面端系统，所述无人机系统进一步包括无人机，以及搭载在所述无人机上的机载数据处理单元、云台相机、第一数传电台和第一图传电台。所述地面端系统进一步包括地面站、第二数传电台和第二图传电台。在自动巡检作业过程中，所述机载数据处理单元向云台相机发送桥梁表面数据采集控制信号，所述机载数据处理单元向无人机发送飞行控制信号。所述云台相机采集的桥梁视频数据通过机载数据处理单元发送至第一图传电台，该桥梁视频数据经所述第一图传电台发送并由所述第二图传电台接收后用于进行显示监控。所述第一数传电台与机载数据处理单元相连，所述第二数传电台与地面站相连，所述无人机系统与地面端系统之间通过所述第一数传电台与第二数传电台实现所述无人机的控制指令及飞行状态数据交互传输。进一步的，所述无人机系统包括搭载在所述无人机上，并与所述机载数据处理单元相连的定位模块，所述机载数据处理单元通过定位模块获取所述无人机的坐标定位信息。进一步的，所述无人机系统包括搭载在所述无人机上，并与所述机载数据处理单元相连的避障模块，所述机载数据处理单元通过避障模块为所述无人机提供障碍物的距离信息。所述避障模块采用毫米波雷达、超声波传感器、红外测距传感器、激光测距传感器中任意一种或多种的组合。进一步的，所述无人机系统包括搭载在所述无人机上，并与所述机载数据处理单元的惯性测量模块，所述机载数据处理单元通过惯性测量模块获取所述无人机的加速度和角速度信号。进一步的，所述无人机系统包括搭载在所述无人机上，并与所述机载数据处理单元相连的视觉模块。所述视觉模块与惯性测量模块组成视觉定位与建图功能单元，用于为所述无人机提供无定位信号环境下的视觉导航信息。进一步的，所述无人机系统包括搭载在所述无人机上，并与所述机载数据处理单元相连的激光雷达。所述激光雷达与惯性测量模块组成激光定位与建图功能单元，用于为所述无人机提供无定位信号环境下的三维点云信息。进一步的，所述无人机系统包括设置在所述无人机上，并与所述机载数据处理单元相连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机巡检系统，其特征在于，包括：无人机系统(1)和地面端系统(2)，所述无人机系统(1)进一步包括无人机(10)，以及搭载在所述无人机(10)上的机载数据处理单元(11)、云台相机(12)、第一数传电台(13)和第一图传电台(14)；所述地面端系统(2)进一步包括地面站(20)、第二数传电台(22)和第二图传电台(23)；在自动巡检作业过程中，所述机载数据处理单元(11)向云台相机(12)发送桥梁表面数据采集控制信号，所述机载数据处理单元(11)向无人机(10)发送飞行控制信号；所述云台相机(12)采集的桥梁视频数据通过机载数据处理单元(11)发送至第一图传电台(14)，该桥梁视频数据经所述第一图传电台(14)发送并由所述第二图传电台(23)接收后用于进行显示监控；所述第一数传电台(13)与机载数据处理单元(11)相连，所述第二数传电台(22)与地面站(20)相连，所述无人机系统(1)与地面端系统(2)之间通过所述第一数传电台(13)与第二数传电台(22)实现所述无人机(10)的控制指令及飞行状态数据交互传输。/n

【技术特征摘要】
1.一种无人机巡检系统，其特征在于，包括：无人机系统(1)和地面端系统(2)，所述无人机系统(1)进一步包括无人机(10)，以及搭载在所述无人机(10)上的机载数据处理单元(11)、云台相机(12)、第一数传电台(13)和第一图传电台(14)；所述地面端系统(2)进一步包括地面站(20)、第二数传电台(22)和第二图传电台(23)；在自动巡检作业过程中，所述机载数据处理单元(11)向云台相机(12)发送桥梁表面数据采集控制信号，所述机载数据处理单元(11)向无人机(10)发送飞行控制信号；所述云台相机(12)采集的桥梁视频数据通过机载数据处理单元(11)发送至第一图传电台(14)，该桥梁视频数据经所述第一图传电台(14)发送并由所述第二图传电台(23)接收后用于进行显示监控；所述第一数传电台(13)与机载数据处理单元(11)相连，所述第二数传电台(22)与地面站(20)相连，所述无人机系统(1)与地面端系统(2)之间通过所述第一数传电台(13)与第二数传电台(22)实现所述无人机(10)的控制指令及飞行状态数据交互传输。


2.根据权利要求1所述的无人机巡检系统，其特征在于：所述无人机系统(1)进一步包括搭载在所述无人机(10)上，并与所述机载数据处理单元(11)相连的定位模块(111)，所述机载数据处理单元(11)通过定位模块(111)获取所述无人机(10)的坐标定位信息。


3.根据权利要求2所述的无人机巡检系统，其特征在于：所述无人机系统(1)进一步包括搭载在所述无人机(10)上，并与所述机载数据处理单元(11)相连的避障模块(110)；所述机载数据处理单元(11)通过避障模块(110)为所述无人机(10)提供障碍物的距离信息；所述避障模块(110)采用毫米波雷达、超声波传感器、红外测距传感器、激光测距传感器中任意一种或多种的组合。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的无人机巡检系统，其特征在于：所述无人机系统(1)进一步包括搭载在所述无人机(10)上，并与所述机载数据处理单元(11)的惯性测量模块(17)，所述机载数据处理单元(11)通过惯性测量模块(17)获取所述无人机(10)的加速度和角速度信号。


5.根据权利要求4所述的无人机巡检系统，其特征在于：所述无人机系统(1)进一步包括搭载在所述无人机(10)上，并与所述机载数据处理单元(11)相连的视觉模块(18)；所述视觉模块(18)与惯性测量模块(17)组成视觉定位与建图功能单元，用于为所述无人机(10)提供无定位信号环境下的视觉导航信息。


6.根据权利要求5所述的无人机巡检系统，其特征在于：所述无人机系统(1)进一步包括搭载在所述无人机(10)上，并与所述机载数据处理单元(11)相连的激光雷达(19)；所述激光雷达(19)与惯性测量模块(17)组成激光定位与建图功能单元，用于为所述无人机(10)提供无定位信号环境下的...

【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，
申请(专利权)人：株洲时代电子技术有限公司，
类型：新型
国别省市：湖南;43