CN106706646A - 一种自动巡检无人机 - Google Patents

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梁远路
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Abstract

本发明提出了一种自动巡检无人机，属于交通工程技术领域。该自动巡检无人机包括导航系统、飞行控制系统和检测系统。导航系统包括：GPS，以辅助无人机飞至目标坐标的待检测区域，标签阅读器，以扫描待检测区域内待测物的标签，读取标签所携带的信息，以及阵列天线，以感知无人机的方向。标签所携带的信息包括待测物的信息。飞行控制系统与GPS、标签阅读器和阵列天线均连接，以获取GPS、标签阅读器和阵列天线检测的信息并进行运算，得到巡航路线。检测系统与飞行控制系统通信连接，以在飞行控制系统的控制下检测待测信息。本发明能够进行自主巡检，提高人员安全性和巡检效率，可靠性强，尤其适用于对桥梁进行自主巡检。

Description

一种自动巡检无人机
技术领域
本发明属于交通工程技术领域，涉及一种无人机，尤其涉及一种巡检无人机。
背景技术
近年来，我国交通运输业发展迅猛。截止2015年，全国公路桥梁共计77.92万座、4592.77万米，其中特大桥梁3894座、690.42万米，大桥79512座、2060.85万米。面对持续增长的交通量和自然环境的侵蚀，不少桥梁产生了结构上的病害，给交通安全造成了不小的隐患。为此，需要对桥梁的损伤情况进行全面检查，分析其发展趋势，为桥梁的维修加固提供决策依据。
传统的桥梁检测手段为人工目测或使用桥梁检测车，均存在一定的局限性。对于特殊结构的桥梁如斜拉桥、悬索桥和大跨径桥梁，人工目测会存在检测盲区，使用桥梁检测车又会阻断交通。随着航拍技术、遥感技术和定位技术的不断发展，无人机逐渐渗透到各行各业，多旋翼飞行器因结构简单、价格相对低廉适合用于桥梁检测。
国内已提出多种用于桥梁检测的无人机，尤其是旋翼无人机，此类无人机有的需要相关人员进行操作，而非自动检测，检测效率低下且检测人员存在安全风险；即使能够进行自主巡检的无人机，也需要对无人机的巡检路线进行示教，而后才能自主巡检，且其对GPS过于依赖，当GPS信号不佳时，自动巡检功能将失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动巡检无人机，以实现多种方式混合定位与导航而后进行自动巡检，可靠性强，能够有效地自动实施目标检测。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种自动巡检无人机，包括导航系统、飞行控制系统和检测系统；
所述导航系统包括：GPS，以辅助所述自动巡检无人机飞至目标坐标的待检测区域，
标签阅读器，以在所述自动巡检无人机飞至所述待检测区域后，扫描所述待检测区域内待测物的标签，读取所述标签所携带的信息，以及阵列天线，以感知所述自动巡检无人机的方向。
所述标签所携带的信息包括所述待测物的信息；所述飞行控制系统与所述GPS、所述标签阅读器和所述阵列天线均连接，以获取所述GPS、所述标签阅读器和所述阵列天线检测的信息并进行运算，得到巡航路线；所述检测系统与所述飞行控制系统通信连接，以在所述飞行控制系统的控制下检测待测信息。
所述飞行控制系统为嵌入式系统。
所述检测系统包括均连接所述飞行控制系统的高清相机和红外相机，以由所述飞行控制系统控制拍摄的时机，由所述高清相机和所述红外相机拍摄待测信息。
优选地，所述高清相机和所述红外相机均与所述自动巡检无人机的云台连接，所述云台与所述飞行控制系统通信连接，以由所述飞行控制系统通过控制所述云台从而控制所述高清相机和所述红外相机拍摄的角度。
所述标签所携带的信息还包括所述标签在所述桥梁中的绝对位置、所述待测物的周边环境物的信息以及周围标签的分布信息。
优选地，所述周边环境物的信息包括所述待测物的周边环境物的类型、三维尺寸和分布。
所述待测物的信息包括待测物的构件类型、三维尺寸和分布。
所述自动巡检无人机还包括与所述飞行控制系统通信连接的超声波模块，以检测所述标签所携带的信息所对应的实际信息，以防所述标签所携带的信息有误。
所述自动巡检无人机还包括与所述检测系统连接的无线通信系统，以由所述无线通信系统将所述检测系统检测的信息传回地面站。
所述自动巡检无人机为基于旋翼的无人机。
优选地，所述自动巡检无人机带有四个旋翼。
所述自动巡检无人机的每个所述旋翼上均布置有驱动装置，以为所述自动巡检无人机提供升力。
所述自动巡检无人机用于对桥梁进行巡检，待测物为桥梁和/或桥梁构件。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：本发明自动巡检无人机能够对待测物，尤其是桥梁进行自主巡检，克服了人工巡检所造成的效率低下和人员安全问题，大大提高了巡检效率，保障了人员安全。同时，本发明实现多种方式混合定位与导航而后进行自动巡检，可靠性强，能够有效地自动实施目标检测。
附图说明
图1为本发明实施例中自动巡检无人机的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
本发明提出了一种自动巡检无人机，该自动巡检无人机包括导航系统、飞行控制系统和检测系统，图1所示为本实施例中该自动巡检无人机的结构示意图。如图1所示，上述导航系统、飞行控制系统、检测系统和后面所提到的无线通信系统均安装于自动巡检无人机的机身上。
上述导航系统包括：
GPS，用于辅助自动巡检无人机飞至目标坐标的待检测区域；
标签阅读器，用于在自动巡检无人机飞至上述待检测区域后，扫描该待检测区域内待测物的标签，读取该标签或者这些标签所携带的信息以及当前自动巡检无人机的周围环境的对应信息；以及
阵列天线，用于感知自动巡检无人机的方向。
其中，标签位于待测物上，标签所携带的信息包括该标签在桥梁中的绝对位置、其所在的待测物的信息、该待测物的周边环境物的信息和周围标签的分布信息。待测物的信息包括待测物的构件类型、三维尺寸和分布；周边环境物的信息包括待测物的周边环境物的类型、三维尺寸和分布。
上述飞行控制系统与GPS、标签阅读器和阵列天线均连接，以获取GPS、标签阅读器和阵列天线检测的信息并进行运算，得到最优巡航路线。
上述检测系统与飞行控制系统通信连接，以在飞行控制系统的控制下检测待测信息。
上述阵列天线通过感知标签反射回来的电磁信号，通过AOA(Arrival of Angel，到达方向角)的方式确定自身与标签的相对位置，而标签的绝对位置已知，阵列天线与自动巡检无人机的相对位置已知，因此容易得到自动巡检无人机在空间中的绝对位置。
本实施例中，飞行控制系统为嵌入式系统。
本实施例中，检测系统包括均连接飞行控制系统的高清相机和红外相机，以由飞行控制系统控制拍摄的时机，由高清相机和红外相机拍摄待测信息。高清相机和红外相机均与自动巡检无人机的云台连接，云台与飞行控制系统通信连接，以由飞行控制系统通过控制云台从而控制高清相机和红外相机拍摄的角度。
自动巡检无人机还包括与检测系统连接的无线通信系统，以由无线通信系统将检测系统检测的信息传回地面站。
本实施例中，自动巡检无人机为基于旋翼的无人机，共带有四个旋翼，每个旋翼上均布置有驱动装置，以为自动巡检无人机提供升力。
本实施例中，如图1所示，自动巡检无人机还包括与飞行控制系统通信连接的超声波模块，以检测标签所携带的信息所对应的实际信息，以防标签所携带的信息有误，即该超声波模块作为保障措施。
该自动巡检无人机尤其能够用于对桥梁的自动巡检，本实施例中其即用于对桥梁进行巡检，即待测物为桥梁或桥梁构件。从而，在工作时：首先利用GPS导航使该自动巡检无人机飞至已知坐标的桥梁的待检测区域。然后使用标签阅读器扫描并读取标签所携带的桥梁构件类型、三维尺寸、分布信息，桥梁构件的周边环境物的类型、三维尺寸和分布信息和周围标签的分布信息使用阵列天线感知自动巡检无人机的自身方位，利用嵌入式系统对获取的信息进行运算，得到最优巡航路线控制该自动巡检无人机按照此路线进行巡检。在巡检过程中利用高清相机和红外相机进行拍摄，并利用无线通信系统将拍摄信息传回地面站。
在该过程中，自动巡检无人机先在GPS导航的引导下到达特定桥梁的特定区域，检测到该自动巡检无人机附近的标签，该自动巡检无人机则通过标签的引导逐步扫描完桥梁的所有标签。
本发明自动巡检无人机能够对待测物，尤其是桥梁或桥梁构件进行自主巡检，克服了人工巡检所造成的效率低下和人员安全问题，大大提高了巡检效率，保障了人员安全。同时，本发明实现多种方式混合定位与导航而后进行自动巡检，可靠性强，能够有效地自动实施目标检测。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动巡检无人机，其特征在于：包括导航系统、飞行控制系统和检测系统；
所述导航系统包括：
GPS，以辅助所述自动巡检无人机飞至目标坐标的待检测区域，
标签阅读器，以在所述自动巡检无人机飞至所述待检测区域后，扫描所述待检测区域内待测物的标签，读取所述标签所携带的信息，以及
阵列天线，以感知所述自动巡检无人机的方向；
所述标签所携带的信息包括所述待测物的信息；
所述飞行控制系统与所述GPS、所述标签阅读器和所述阵列天线均连接，以获取所述GPS、所述标签阅读器和所述阵列天线检测的信息并进行运算，得到巡航路线；
所述检测系统与所述飞行控制系统通信连接，以在所述飞行控制系统的控制下检测待测信息。
2.根据权利要求1所述的自动巡检无人机，其特征在于：所述飞行控制系统为嵌入式系统。
3.根据权利要求1所述的自动巡检无人机，其特征在于：所述检测系统包括均连接所述飞行控制系统的高清相机和红外相机，以由所述飞行控制系统控制拍摄的时机，由所述高清相机和所述红外相机拍摄待测信息；
优选地，所述高清相机和所述红外相机均与所述自动巡检无人机的云台连接，所述云台与所述飞行控制系统通信连接，以由所述飞行控制系统通过控制所述云台从而控制所述高清相机和所述红外相机拍摄的角度。
4.根据权利要求1所述的自动巡检无人机，其特征在于：所述标签所携带的信息还包括所述标签在所述桥梁中的绝对位置、所述待测物的周边环境物的信息以及周围标签的分布信息；
优选地，所述周边环境物的信息包括所述待测物的周边环境物的类型、三维尺寸和分布。
5.根据权利要求1所述的自动巡检无人机，其特征在于：所述待测物的信息包括待测物的构件类型、三维尺寸和分布。
6.根据权利要求1、4、5中任一项所述的自动巡检无人机，其特征在于：所述自动巡检无人机还包括与所述飞行控制系统通信连接的超声波模块，以检测所述标签所携带的信息所对应的实际信息，以防所述标签所携带的信息有误。
7.根据权利要求1所述的自动巡检无人机，其特征在于：所述自动巡检无人机还包括与所述检测系统连接的无线通信系统，以由所述无线通信系统将所述检测系统检测的信息传回地面站。
8.根据权利要求1所述的自动巡检无人机，其特征在于：所述自动巡检无人机为基于旋翼的无人机；
优选地，所述自动巡检无人机带有四个旋翼。
9.根据权利要求8所述的自动巡检无人机，其特征在于：所述自动巡检无人机的每个所述旋翼上均布置有驱动装置，以为所述自动巡检无人机提供升力。
10.根据权利要求1所述的自动巡检无人机，其特征在于：所述自动巡检无人机用于对桥梁进行巡检，待测物为桥梁和/或桥梁构件。
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