本发明专利技术公开了一种基于5G的交互式智能无人机群的桥梁裂缝检测系统，属于无人机作业领域，用于减轻过去无人机对于基站的需求，解决无法传输4K高质量图片及传输速率不够高的问题。其包括无人机主体、地面中心站、无人机上设置的搭载模块组合三个部分，搭载模块组合包括5G模块、图像采集模块、超声波探伤模块、传感器组、通信模块、存储模块、数据处理子系统和机身稳定仪。地面数据接收中心包括3D生成对抗网络子系统和3D生成对抗网络子系统。本发明专利技术通过5G网络的技术架构起了多台无人机之间的相互协作关系，能够实现覆盖面更广的测量，操作简便，提高了无人机桥梁检测的工作效率及工作精度，可快速准确地给出桥梁的健康状况判别情况。
【技术实现步骤摘要】
一种基于5G的交互式智能无人机群的桥梁裂缝检测系统
本专利技术公开了一种基于5G的交互式智能无人机群的桥梁裂缝检测系统，属于无人机作业领域。
技术介绍
现代的桥梁已不局限在传统结构的约束中，随着外形上的不断创新发展，结构在经受自身缺陷以及多种荷载共同作用下将会产生各类问题。桥梁跨中挠度过大、支座沉降不均匀、局部破损等情况都将不利于桥梁的继续承载。裂缝检测数据可使研究人员对其当前的使用损耗状况有更好的了解，对局部受损严重的地方有针对性的加强。工程实际中裂缝的检测主要依靠专业的裂缝检测人员，通过使用裂缝检测仪测量出裂缝的尺寸，但是此存在传统方法成本高，效率低，对于裂缝检测人员的安全保障要求高且精度不够高等问题。尤其当桥梁因地震或承受过大的风荷载时结构将会产生变形，持续的变形下会带给结构内部材料重大的损伤，且地震存在余震的可能性，此时派遣检测人员上桥面进行相关检测作业将对其人生安全产生重大威胁。相比于人力检测，用无人机代替人力则更加小巧轻便，机动性高，视角更加全面，对于桥身整体变形也有更好的了解，使得检测数据更完善，整个过程也简洁明了，便于工作人员操作，快速得出桥梁检测结果。现有的有关使用无人机进行桥梁检测的专利多为单一无人机为主体，效率并不高，且存在出现误差的可能性，由于客观环境因素的影响带给无人机飞行的不平稳性将会提升裂缝检测时的误差，而多台无人机同时进行巡检不但能够增加检测效率，同时在精度上也会得到提升，同时无人机搭载的超声波模块也可针对裂缝深度进行测量，这对于精准判断桥梁安全状况也十分有利。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于5G的交互式智能无人机群的桥梁裂缝检测系统，用于解决当下对桥梁裂缝检测的数据不完善及效率不高的问题。本专利技术的具体组成方案为无人机主体、地面中心站以及无人机上设置的搭载模块组合。无人机主体上设置搭载模块组合，该搭载模块上设置5G模块、图像采集模块、超声波探伤模块、传感器组、机身稳定仪、通信模块、存储模块、数据处理子系统。其中5G模块用于传递图片等无人机的检测数据以及无人机间的交互信息，加快无人机主机与分机之间的信息交流速度，提升所拍摄照片传输的清晰度，信息传输失真率的减小可降低错误的裂缝信息带给结果不利影响的概率。图像采集模块由不同的相机组成，用于拍摄桥梁整体外观判断裂缝可能产生的部位以及局部产生裂缝处的裂缝宽度、宽度以及延伸方向等数据。超声波探伤模块则通过发射一定量的超声波和通过对比实时返回量与发射量之间的差距测得裂缝的深度及深度在长度延伸方向的分布情况。传感器组布置在无人机机身中部，提前设置半径为1m的极限接触区域用于控制无人机的飞行状态和监测范围内的飞行环境，其包括测距传感器、倾角传感器和加速度传感器，三者堆叠存放并通过有线连接向机身稳定仪发送数据，测距传感器用于采集距离数据，用于判断无人机与桥梁、无人机与无人机间的相对位置，单独一个为一组，共六组，分别布置在无人机的前、后、左、右、上、下六个方向上，六个传感器足够应对测量桥梁裂缝的需求，当传感器数量提升时，虽然精度得以提高但得到裂缝相关数据的时间会更长，效率较低，此传感器一方面用于把控机身与待检测裂缝之间的距离，避免因太近造成镜头失去焦点，拍摄裂缝不够全面或距离太远不够清晰影响，对后续主机进行结果分析造成不必要的影响，另一方面保证两台无人机间的距离不会太近而在共同工作时产生碰撞；倾角传感器用于在拍摄前配合程序设定无人机悬停时与水平面的夹角，桥梁裂缝可能出现地方随着使用功能和客观环境的影响各不相同，因此在裂缝比较特殊的地方需要固定机身倾角以达到摄像机镜头正对裂缝的目的；加速度传感器用于检测机身的加速度，通过监测并改变加速度大小使无人机在尽快抵达待检测区域的同时减小两台分机进入极限接触区域而碰撞的可能性。机身稳定仪用于保持机身拍摄裂缝照片信息时的稳定性，一般桥梁的建立会较水平面高出许多，风荷载将对无人机的飞行状态产生重大影响，拍摄照片的不完整以及边缘的模糊都会使数据处理子系统产生错误的判断，因此将在拍照前对无人机机身进行重力感应，对外界因素导致的无人机机身产生的抖动进行快速的调节，通过调节陀螺仪轴向重力方向与拍摄图片方向间的角度，保持无人机处于桥梁检测状态时的机身稳定。减少晃动带来的误差。同时预先通过机身稳定仪针对照片与超声波探伤的数据进行初步判别，当照片出现模糊、不完整的情况以及超声波探伤明显超出理应宽度、长度以及深度范围的时候自动删除并再次测量直到满足要求为止。通信模块主要传递无人机机身的实时状况及其极限接触区域内的障碍物碰撞情况和分机的裂缝检测数据等，它与无人机主机和分机之间有线连接，藉由5G模块达到高速传递数据且数据保真率高的功能。存储模块则用以记录分机拍摄的一组裂缝大图以及细部详图，同时主机存储各个裂缝的一组数据以便进行后续分析。数据处理子系统负责将分机传递至主机的数据包括拍摄照片，超声波检测数据进行分析，以最终结果取代原本回传给地面中心站的大量未处理信息，提升信息传输效率。地面中心站主要包括3D建模路线规划子系统和3D生成对抗网络子系统。3D建模路线规划子系统用于将桥梁结构的桥墩的高度直径、桥面的长度宽度厚度等具体参数进行建模并合理规划出无人机的飞行路线将10台分机进行分配，例如将每两台无人机分配给一个桥墩加快检测效率，提升检测质量，每两个桥墩间设置两台无人机分别检测桥面上侧与下侧的裂缝情况，根据桥面的挠曲状态可人工预先设置分配量以达到更高效更合理的使用无人机的目的。3D生成对抗网络子系统则负责将数据处理子系统处理好的多组数据进行对抗处理，保证无人机得到的裂缝数据能够得到最精确的计算结果。本专利技术提供了一种基于5G的交互式智能无人机群的桥梁裂缝检测系统。具备以下有益效果：1.无人机进行作业时，可通过前中下的距离传感器组的协同工作，自动寻找与第一处裂缝垂直的位置。通过自身携带的陀螺仪进行调节，使无人机螺旋桨轴与测距激光线所成面垂直，并以此为原点建立空间坐标系，通过无人机确定空间中的裂缝相对坐标。通过坐标系得到的精准定位模型能够很好的减小照片出现模糊影响判断结果的可能性。2.检测时，无人机按指定方向以一个墩或两墩之间的一段桥面为一个组进行检测，调用相机依次对混凝土表面进行整体扫描。与此同时，可通过主机中的数据处理子系统对该组以及对应其他组的进行编号工作，并分别建立对应的文件夹以储存对应图像和超声波探伤信息。3.对大方面的检测完成后，操作人员可根据需要选择接着对裂缝细部进行进一步的检测。加速度传感器可实时检测无人机飞行时的加速度，配合无人机的机身稳定仪将使其具有智能防撞的功能。4.所得图像数据通过通信模块传输至主机，由数据处理子系统计算得出具体裂缝尺寸数据，包括：裂缝的长度尺寸、裂缝的宽度尺寸、裂缝深度以及深度分布情况、裂缝的分布状况。得到上述数据后，再根据设定的阈值，得出桥梁结构的安全性结论，包括结构的现有承载能力与仍可正常使用的可靠性。5.本专利技术所达成的无人机设备具有适用范围广、小型化、轻量化、效率高、准确性高的优点。...
【技术保护点】
1.一种基于5G的交互式智能无人机群的桥梁裂缝检测系统，其特征在于：包括无人机平台(1)、地面中心站(2)、无人机主体(3)上设置的搭载模块组合(4)以及搭载模块组合(4)上设置的5G模块(5)、图像采集模块(6)、超声波探伤模块(7)、传感器组(8)、通信模块(9)、存储模块(10)、数据处理子系统(11)，机身稳定仪(12)、3D生成对抗网络子系统(13)和3D建模路线规划子系统(14)。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于5G的交互式智能无人机群的桥梁裂缝检测系统，其特征在于：包括无人机平台(1)、地面中心站(2)、无人机主体(3)上设置的搭载模块组合(4)以及搭载模块组合(4)上设置的5G模块(5)、图像采集模块(6)、超声波探伤模块(7)、传感器组(8)、通信模块(9)、存储模块(10)、数据处理子系统(11)，机身稳定仪(12)、3D生成对抗网络子系统(13)和3D建模路线规划子系统(14)。
2.根据权利要求1所述的一种基于5G的交互式智能无人机群的桥梁裂缝检测系统，其特征在于：所述的5G模块(5)传递图片等无人机的检测数据以及无人机间的交互信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于5G的交互式智能无人机群的桥梁裂缝检测系统，其特征在于：所述的传感器组(8)包括测距传感器(15)、倾角传感器(16)、加速度传感器(17)，设定半径为1m的极限接触区域，读取三个传感器的实时数据，判断各台无人机机身相应范围内的冲突情况。
4.根据权利要求1所述的一种基于5G的交互式智能无人机群的桥梁裂缝检测系统，其特征在于：所述的数据处理子系统(11)装载于主机上，处理通过通信模块(9)接收并存储于存储模块(10)中的其余多台无人机的检测数据，通过数据处理子系统(11)运算求得结果。
5.根据权利要求1所述的一种基于5G的交互式智能无人机群的桥梁裂缝检测系统，其特征在于：所述的机身稳定仪(12)将在拍照前对无人机机身进行重力感应，对外界因素导致的无人机机身产生的抖动进行快速的调节，机身稳定仪(12)调节重力方向与拍摄图片方向间的角度，保持无人机处于桥梁检测状态时的机...
【专利技术属性】
技术研发人员：许睿，苏毅，孙克肇，张新宇，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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