CN107117313A - 一种基于bim的无人机道路检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于BIM的无人机道路检测系统,包括:无人机,BIN中心和道路检测中心三个子系统;无人机子系统包括无人机测量系统、GPS定位系统、飞行控制系统和无线收发模块;BIM中心子系统包括道路检测模块、三维信息模型建立模块、存储模块和无线收发模块;道路检测中心子系统包括飞行控制系统、地面监视系统、存储系统和无线收发模块。本发明采用无人机代替道路监测车进行道路检测,解决了车辆振动和交通流对测量数据的影响,同时弥补了道路检测车无法测量道路沉陷指标的缺点;无人机将比道路监测车进一步智能化,节省劳动力,更加省时省事;BIM技术将道路检测从二维扩展到三维,为以后的检测、养护和再设计都提供了良好的基础。
Description
技术领域
本发明涉及道路检测技术领域,尤其是一种基于BIM的无人机道路检测系统。
背景技术
目前道路检测大致可分为人工检测和车辆检测两种形式。人工公路检测主要采用的是抽样检测和定点检测的方式,进行现场测量和数据分析,存在着诸多缺点:人工检测速度极慢,需要经验丰富的专业技术人员徒步检测;人工检测容易受人为因素影响,技术人员的业务水平直接决定检测数据的准确度,不同技术人员检测可能存在一定偏差;人工检测往往采用抽查的方式实施,一般每公里检测数个断面,无法达到全面检测。
路面检测车通常由路面断面仪、摄像系统、车辆定位系统、高速计算机和专用车辆组成。车辆检测能够在不影响正常交通的情况之下,大规模、快速、准确地获取道路的使用信息,完成对道路路况的多种无损检测,这极大地改善了以往人工路况检测耗时、费力以及评判不一致的局面。然而,道路检测车易受环境的影响,对破损状况严重的路面识别困难,且车辆的剧烈震动会对数据的测量产生严重干扰。除此之外,对于路面沉陷这一指标,由于需要依据路面高程进行判断,路面监测车无法测量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种基于BIM的无人机道路检测系统,能够解决道路检测车测量数据易受车辆干扰和无法测量路面沉陷指标的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供一种基于BIM的无人机道路检测系统,包括:无人机,BIN中心和道路检测中心三个子系统;无人机子系统包括无人机测量系统、GPS定位系统、飞行控制系统和无线收发模块;BIM中心子系统包括道路检测模块、三维信息模型建立模块、存储模块和无线收发模块;道路检测中心子系统包括飞行控制系统、地面监视系统、存储系统和无线收发模块;具体检测过程如下:
(1)道路检测中心的飞行控制系统向无人机发射所需检测道路的位置和路线信息,无人机根据GPS定位系统沿着检测道路飞行,通过用无人机测量系统进行数据采集,同时将数据实时传送于BIM中心;
(2)BIM中心根据传输的数据在三维信息模型建立模块中建立道路的三维数字模型,在道路检测模块对三维数字模型进行处理,得到路面检测指标,将检测结果传送于道路检测中心;
(3)道路检测中心的地面监视系统对路面检测指标进行判断,将破损较为严重的路段信息通过飞行控制系统发于无人机,同时如果道路检测中心如果对某一路段的附属结构物需要测量,也一并通过飞行控制系统将位置信息发于无人机;
(4)无人机的飞行控制系统接受来自道路检测中心的指令,通过姿态调整系统,调整飞行姿态,对需要重点检测的路段通过道路检测系统的断面扫描仪和高清摄像仪进行详细扫描和高清摄像,将测量结果发于BIM中心;
(5)BIM中心结合对图片进行处理,转化为道路的附属信息,在三维信息模型建立模块中进一步完善三维信息模型,将道路检测模块得到的检测结果发于道路检测中心,并将模型进行存储,为后续的养护与检测提供基础。
优选的,无人机测量系统包括测量平台和姿态传感系统;姿态传感系统内置于无人机内,根据道路检测中心发出的指令,改变无人机的姿态,对重点检测路段实现大范围高空环形拍摄或严重病害的低空细节测量;测量平台主要包括安装于无人机底部的激光断面扫描仪和无人机左右两端的高清摄像仪。
优选的,所述区域的各项指标为将该区域的各点高程变化、区域面积变化、区域体积变化转化为车辙深度和路面平整度指数。
优选的,步骤(1)中,道路检测中心翻阅所需检测道路的设计文件,得到检测道路的路中线各点的三维坐标(X0,Y0,Z0)和路面设计宽度L;道路检测中心的飞行控制系统将路中线的三维坐标(X0,Y0,Z0)和L发于无人机;无人机的飞行控制模块控制无人机沿着路中线,距离路中线高度5m,即(X0,Y0,Z0+5)自动飞行,通过测量平台的断面扫描仪对路面设计宽度L范围内的道路表面进行扫描,得到横断面上各点相对无人机的高程;以无人机所在位置为基准点,以长度方向0.001m为间隔,得到横断上相对于路中线左边断面(X0,Y0+0.001,Z1),和右边断面(X0,Y0-0.001,Z11),由此向前延伸得到路面各点的三维数据,由存储模块进行存储,并将三维数据发送于BIM中心。
优选的,步骤(2)中,BIM中心接受无人机发送的一系列三维数据(X‘,Y’,Z‘),在三维信息模型建立模块建立检测道路模型;翻阅检测道路的设计文件,获得检测道路初始建成时的一系列三维数据,或者从存储模块翻阅上次检测道路时所建立的三维模型(记为模型1),得到(X,Y,Z);在三维信息模型建立模块,根据X‘=X,Y’=Y,在模型1上将(X,Y,ΔZ=Z‘-Z)部分模型加深处理,从直观上感受道路表面的变化幅度;利用道路检测模块,在每一横截面上,取ΔZ的最大正值与最大负值的绝对值相加,作为该断面的车辙深度RD;利用道路检测模块,在每一纵断面上,取1km内ΔZ的累积值作为国际平整度指数。
本发明的有益效果为:采用无人机代替道路监测车进行道路检测,避免了与路面的直接接触,从而解决了车辆振动和交通流对测量数据的影响,同时弥补了道路检测车无法测量道路沉陷指标的缺点;无人机将比道路监测车进一步智能化,节省劳动力,更加省时省事;BIM技术的引用,将道路检测从二维扩展到三维,结合BIM技术的特点可以观察到道路状况随时间的演变,为以后的检测、养护和再设计都提供了良好的基础。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
图2为本发明的无人机工作过程示意图。
图3为本发明的系统检测过程示意图。
具体实施方式
如图1-3所示,一种基于BIM的无人机道路检测系统,包括:无人机,BIN中心和道路检测中心三个子系统;无人机子系统包括无人机测量系统、GPS定位系统、飞行控制系统和无线收发模块;BIM中心子系统包括道路检测模块、三维信息模型建立模块、存储模块和无线收发模块;道路检测中心子系统包括飞行控制系统、地面监视系统、存储系统和无线收发模块;道路检测中心向无人机发射所需检测道路的位置和路线信息,无人机根据GPS定位系统沿着所需检测道路的路中线以一定高度自动飞行扫描,同时无人机将扫描结果实时传送于BIM中心;BIM中心实时建立三维信息模型,并实时将该区域的三维信息模型与道路的初始状态进行各点坐标对比,得到该区域的各项指标实时发送于道路检测中心;道路检测中心对测量指标进行判断,将破损较为严重的路段信息发于无人机,同时若道路检测中心对某一路段的附属结构物需要测量,也一并发于无人机;无人机接受来自道路检测中心的指令,通过姿态调整系统,对需要重点检测的路段进行详细扫描和高清摄像发于BIM中心;BIM中心结合最新数据进一步完善三维信息模型,将检测结果发于道路检测中心,存储系统将模型进行存储,为后续的养护与检测提供基础。具体检测过程如下:
(1)道路检测中心的飞行控制系统向无人机发射所需检测道路的位置和路线信息,无人机根据GPS定位系统沿着检测道路飞行,通过用无人机测量系统进行数据采集,同时将数据实时传送于BIM中心;
(2)BIM中心根据传输的数据在三维信息模型建立模块中建立道路的三维数字模型,在道路检测模块对三维数字模型进行处理,得到路面检测指标,将检测结果传送于道路检测中心;
(3)道路检测中心的地面监视系统对路面检测指标进行判断,将破损较为严重的路段信息通过飞行控制系统发于无人机,同时如果道路检测中心如果对某一路段的附属结构物需要测量,也一并通过飞行控制系统将位置信息发于无人机;
(4)无人机的飞行控制系统接受来自道路检测中心的指令,通过姿态调整系统,调整飞行姿态,对需要重点检测的路段通过道路检测系统的断面扫描仪和高清摄像仪进行详细扫描和高清摄像,将测量结果发于BIM中心;
(5)BIM中心结合对图片进行处理,转化为道路的附属信息,在三维信息模型建立模块中进一步完善三维信息模型,将道路检测模块得到的检测结果发于道路检测中心,并将模型进行存储,为后续的养护与检测提供基础。
无人机测量系统包括测量平台和姿态传感系统;姿态传感系统内置于无人机内,根据道路检测中心发出的指令,改变无人机的姿态,对重点检测路段实现大范围高空环形拍摄或严重病害的低空细节测量;测量平台主要包括安装于无人机底部的激光断面扫描仪和无人机左右两端的高清摄像仪。
所述区域的各项指标为将该区域的各点高程变化、区域面积变化、区域体积变化转化为车辙深度和路面平整度指数。
步骤(1)中,道路检测中心翻阅所需检测道路的设计文件,得到检测道路的路中线各点的三维坐标(X0,Y0,Z0)和路面设计宽度L;道路检测中心的飞行控制系统将路中线的三维坐标(X0,Y0,Z0)和L发于无人机;无人机的飞行控制模块控制无人机沿着路中线,距离路中线高度5m,即(X0,Y0,Z0+5)自动飞行,通过测量平台的断面扫描仪对路面设计宽度L范围内的道路表面进行扫描,得到横断面上各点相对无人机的高程;以无人机所在位置为基准点,以长度方向0.001m为间隔,得到横断上相对于路中线左边断面(X0,Y0+0.001,Z1),和右边断面(X0,Y0-0.001,Z11),由此向前延伸得到路面各点的三维数据,由存储模块进行存储,并将三维数据发送于BIM中心。
步骤(2)中,BIM中心接受无人机发送的一系列三维数据(X‘,Y’,Z‘),在三维信息模型建立模块建立检测道路模型;翻阅检测道路的设计文件,获得检测道路初始建成时的一系列三维数据,或者从存储模块翻阅上次检测道路时所建立的三维模型(记为模型1),得到(X,Y,Z);在三维信息模型建立模块,根据X‘=X,Y’=Y,在模型1上将(X,Y,ΔZ=Z‘-Z)部分模型加深处理,从直观上感受道路表面的变化幅度;利用道路检测模块,在每一横截面上,取ΔZ的最大正值与最大负值的绝对值相加,作为该断面的车辙深度RD;利用道路检测模块,在每一纵断面上,取1km内ΔZ的累积值作为国际平整度指数。
尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述,但本领域的技术人员应当理解,只要不超出本发明的权利要求所限定的范围,可以对本发明进行各种变化和修改。
Claims (5)
1.一种基于BIM的无人机道路检测系统,其特征在于,包括:无人机,BIN中心和道路检测中心三个子系统;无人机子系统包括无人机测量系统、GPS定位系统、飞行控制系统和无线收发模块;BIM中心子系统包括道路检测模块、三维信息模型建立模块、存储模块和无线收发模块;道路检测中心子系统包括飞行控制系统、地面监视系统、存储系统和无线收发模块;具体检测过程如下:
(1)道路检测中心的飞行控制系统向无人机发射所需检测道路的位置和路线信息,无人机根据GPS定位系统沿着检测道路飞行,通过用无人机测量系统进行数据采集,同时将数据实时传送于BIM中心;
(2)BIM中心根据传输的数据在三维信息模型建立模块中建立道路的三维数字模型,在道路检测模块对三维数字模型进行处理,得到路面检测指标,将检测结果传送于道路检测中心;
(3)道路检测中心的地面监视系统对路面检测指标进行判断,将破损较为严重的路段信息通过飞行控制系统发于无人机,同时如果道路检测中心如果对某一路段的附属结构物需要测量,也一并通过飞行控制系统将位置信息发于无人机;
(4)无人机的飞行控制系统接受来自道路检测中心的指令,通过姿态调整系统,调整飞行姿态,对需要重点检测的路段通过道路检测系统的断面扫描仪和高清摄像仪进行详细扫描和高清摄像,将测量结果发于BIM中心;
(5)BIM中心结合对图片进行处理,转化为道路的附属信息,在三维信息模型建立模块中进一步完善三维信息模型,将道路检测模块得到的检测结果发于道路检测中心,并将模型进行存储,为后续的养护与检测提供基础。
2.如权利要求1所述的基于BIM的无人机道路检测系统,其特征在于,无人机测量系统包括测量平台和姿态传感系统;姿态传感系统内置于无人机内,根据道路检测中心发出的指令,改变无人机的姿态,对重点检测路段实现大范围高空环形拍摄或严重病害的低空细节测量;测量平台主要包括安装于无人机底部的激光断面扫描仪和无人机左右两端的高清摄像仪。
3.如权利要求1所述的基于BIM的无人机道路检测系统,其特征在于,所述区域的各项指标为将该区域的各点高程变化、区域面积变化、区域体积变化转化为车辙深度和路面平整度指数。
4.如权利要求1所述的基于BIM的无人机道路检测系统,其特征在于,步骤(1)中,道路检测中心翻阅所需检测道路的设计文件,得到检测道路的路中线各点的三维坐标(X0,Y0,Z0)和路面设计宽度L;道路检测中心的飞行控制系统将路中线的三维坐标(X0,Y0,Z0)和L发于无人机;无人机的飞行控制模块控制无人机沿着路中线,距离路中线高度5m,即(X0,Y0,Z0+5)自动飞行,通过测量平台的断面扫描仪对路面设计宽度L范围内的道路表面进行扫描,得到横断面上各点相对无人机的高程;以无人机所在位置为基准点,以长度方向0.001m为间隔,得到横断上相对于路中线左边断面和右边断面由此向前延伸得到路面各点的三维数据,由存储模块进行存储,并将三维数据发送于BIM中心。
5.如权利要求1所述的基于BIM的无人机道路检测系统,其特征在于,步骤(2)中,BIM中心接受无人机发送的一系列三维数据(X‘,Y’,Z‘),在三维信息模型建立模块建立检测道路模型;翻阅检测道路的设计文件,获得检测道路初始建成时的一系列三维数据,或者从存储模块翻阅上次检测道路时所建立的三维模型(记为模型1),得到(X,Y,Z);在三维信息模型建立模块,根据X‘=X,Y’=Y,在模型1上将(X,Y,ΔZ=Z‘-Z)部分模型加深处理,从直观上感受道路表面的变化幅度;利用道路检测模块,在每一横截面上,取ΔZ的最大正值与最大负值的绝对值相加,作为该断面的车辙深度RD;利用道路检测模块,在每一纵断面上,取1km内ΔZ的累积值作为国际平整度指数。
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