CN110387795A - 一种基于无人机的机场道面检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于无人机的机场道面检测系统，包括：空中检测无人机和地面控制装置，地面控制装置包括处理器、显示器、存储器、人机交互模块和第一无线收发模块；空中检测无人机上搭载有高清相机、定位模块、空中导航模块、飞控模块、空中惯导模块、旋转云台和第二无线收发模块，高清相机安装在旋转云台上；第二无线收发模块与第一无线收发模块之间双向通信连接。本发明的有益效果如下：结构简单，操作方便，检测速度快，检测结果可信度高，可实现机场道面无人机自动巡检，同时可以实现道面病害自动分类。由于其高效易操作的特点，可以提高道面检测频率，获得高频检测数据，为机场道面维护提供坚实的数据基础。

Description

一种基于无人机的机场道面检测系统

技术领域

本发明涉及道面检测技术领域，特别是指一种基于无人机的机场道面检测系统。

背景技术

机场道面性能是指道面在自然环境条件下为飞机起飞及降落提供的服务能力，包括道面的表面构造特性、平整度、损坏状况和结构承载能力等。道面的构造特性、道面平整度和损坏状况直接影响飞机起降的安全性；道面结构承载能力决定着道面的剩余寿命，承载能力越低，剩余寿命越短，结构性损坏程度越严重。对道面结构性能进行检测，是道面管理系统的重要部分。其中机场道面检测主要是为了检测机场跑道道面病害，并进行保养和维护。

目前，传统道面结构性能检测通常采用人工检测或检测车检测，人工检测效率低、随机性大，检测车检测很难实现严格按检测路线完成检测任务，多种传感器之间无有效的同步手段。然而机场道面经常有飞机起降，传统人工检测和检测车检测很难适应机场不停航的情况，因此，如何快速、有效地判断并识别机场跑道道面病害已经成为机场跑道维护与保养的重要课题，现在，迫切需要一种自动高效的道面病害检测系统来实时有效地对跑道道面状况进行识别，以减少人工操作，降低成本，提高检测精度。

发明内容

本发明提出一种基于无人机的机场道面检测系统，解决了现有技术中机场道面检测效率低、精度差、成本高的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于无人机的机场道面检测系统，包括：空中检测无人机和地面控制装置，所述地面控制装置包括处理器、显示器、存储器、人机交互模块和第一无线收发模块，所述处理器的输出端与所述显示器的输入端连接，所述存储器、所述人机交互模块以及所述第一无线收发模块分别与所述处理器之间双向连接；所述空中检测无人机上搭载有高清相机、定位模块、空中导航模块、飞控模块、空中惯导模块、旋转云台和第二无线收发模块，所述高清相机安装在所述旋转云台上；所述高清相机、所述定位模块以及所述空中惯导模块的输出端分别与所述第二无线收发模块的输入端连接，所述空中导航模块和所述旋转云台的输入端分别与所述第二无线收发模块的输出端连接，所述飞控模块与所述第二无线收发模块双向连接；所述第二无线收发模块与所述第一无线收发模块之间双向通信连接。

作为优选，所述处理器中包含图像自动拼接模块和图像自动分析模块。

作为优选，所述飞控模块包括陀螺仪、加速计和地磁感应器。

本发明的工作原理如下：

地面控制装置中的处理器将规划好空中检测路线依次通过第一无线收发模块、第二无线收发模块发送给空中导航模块，空中导航模块将按照规划好的起始点、航点、航高、航线、航向重叠度、旁向重叠度、转弯半径和地面分辨率等参数引导空中检测无人机自动巡检；定位模块中搭载有GPS、北斗、GLONASS和GALILEO等系统，能够实现空中检测无人机的精确定位。

空中检测无人机中的高清相机对机场道面进行实时图像信息采集，同时定位模块和空中惯导模块进行实时位置信息采集，这些机场道面图像信息和位置信息通过无线电收发模块实时发送给控制装置，地面控制装置中的处理器对机场道面图像信息和位置信息通过时间进行匹配。

飞控模块能够根据地面控制装置发出的检测需求使空中检测无人机做出转弯、爬升、俯冲、横滚等动作，并确保空中检测无人机在工作时保持稳定。

旋转云台能够根据空中检测无人机的实时高度、速度以及相机快门曝光时间，时刻调整自身角度，使得安装在其上的高清相机与旋转云台同轴转动，防止因空中检测无人机速度过快而产生的影像像移。

空中检测无人机依次通过第二无线收发模块、第一无线收发模块将其相对高度、经纬度、速度、俯仰角、横滚角、电压实时传送至地面控制装置，经过处理器的处理在显示器中生成运行轨迹图。

地面控制装置中的显示器可以加载多种电子地图、CAD设计图或机场3D模型图等，在此基础上可规划空中检测无人机检测的起始点、航点、航高、航线航向重叠度、旁向重叠度、转弯半径和地面分辨率等参数，并且在检测时可以实时显示空中检测无人机的电压、飞行方向、飞行角度、飞行速度和飞行轨迹等信息。

存储器中存储有多种电子地图、CAD设计图或机场3D模型图及前期作业数据、常用参数等。

处理器中的图像自动拼接系统能够根据航拍影像的航向重叠度和旁向重叠度信息，自动识别、剪切重复部分，并将剩余图像进行拼接；图像自动分析系统基于机器学习算法，输入空中检测无人机的航拍图像，输出图像中所示的病害类型。

人机交互模块支持使用者根据多种电子地图、CAD设计图或机场3D模型图等，规划空中检测无人机检测的起始点、航点、航高、航线航向重叠度、旁向重叠度、转弯半径和地面分辨率等参数。

本发明的有益效果为：

可以一次性完成机场道面表观状况检测，大幅度提高检测精度和检测效率；系统结构简单，操作方便，检测速度快，检测结果可信度高，可实现机场道面无人机自动巡检，同时可以实现道面病害自动分类。由于其高效易操作的特点，可以提高道面检测频率，获得高频检测数据，为机场道面维护提供坚实的数据基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述基于无人机的机场道面检测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示的实施例可知，本发明所述的一种基于无人机的机场道面检测系统，包括：空中检测无人机和地面控制装置，地面控制装置包括处理器、显示器、存储器、人机交互模块和第一无线收发模块，处理器的输出端与显示器的输入端连接，存储器、人机交互模块以及第一无线收发模块分别与处理器之间双向连接；空中检测无人机上搭载有高清相机、定位模块、空中导航模块、飞控模块、空中惯导模块、旋转云台和第二无线收发模块，高清相机安装在旋转云台上；高清相机、定位模块以及空中惯导模块的输出端分别与第二无线收发模块的输入端连接，空中导航模块和旋转云台的输入端分别与第二无线收发模块的输出端连接，飞控模块与第二无线收发模块双向连接；第二无线收发模块与第一无线收发模块之间双向通信连接。

上述处理器中包含图像自动拼接模块和图像自动分析模块。

上述飞控模块包括陀螺仪、加速计和地磁感应器。

上述基于无人机的机场道面检测系统的工作原理如下：

地面控制装置中的处理器将规划好空中检测路线依次通过第一无线收发模块、第二无线收发模块发送给空中导航模块，空中导航模块将按照规划好的起始点、航点、航高、航线、航向重叠度、旁向重叠度、转弯半径和地面分辨率等参数引导空中检测无人机自动巡检；定位模块中搭载有GPS、北斗、GLONASS和GALILEO等系统，能够实现空中检测无人机的精确定位。

空中检测无人机中的高清相机对机场道面进行实时图像信息采集，同时定位模块和空中惯导模块进行实时位置信息采集，这些机场道面图像信息和位置信息通过无线电收发模块实时发送给控制装置，地面控制装置中的处理器对机场道面图像信息和位置信息通过时间进行匹配。

飞控模块能够根据地面控制装置发出的检测需求使空中检测无人机做出转弯、爬升、俯冲、横滚等动作，并确保空中检测无人机在工作时保持稳定。

旋转云台能够根据空中检测无人机的实时高度、速度以及相机快门曝光时间，时刻调整自身角度，使得安装在其上的高清相机与旋转云台同轴转动，防止因空中检测无人机速度过快而产生的影像像移。

空中检测无人机依次通过第二无线收发模块、第一无线收发模块将其相对高度、经纬度、速度、俯仰角、横滚角、电压实时传送至地面控制装置，经过处理器的处理在显示器中生成运行轨迹图。

地面控制装置中的显示器可以加载多种电子地图、CAD设计图或机场3D模型图等，在此基础上可规划空中检测无人机检测的起始点、航点、航高、航线航向重叠度、旁向重叠度、转弯半径和地面分辨率等参数，并且在检测时可以实时显示空中检测无人机的电压、飞行方向、飞行角度、飞行速度和飞行轨迹等信息。

存储器中存储有多种电子地图、CAD设计图或机场3D模型图及前期作业数据、常用参数等。

处理器中的图像自动拼接系统能够根据航拍影像的航向重叠度和旁向重叠度信息，自动识别、剪切重复部分，并将剩余图像进行拼接；图像自动分析系统基于机器学习算法，输入空中检测无人机的航拍图像，输出图像中所示的病害类型。

人机交互模块支持使用者根据多种电子地图、CAD设计图或机场3D模型图等，规划空中检测无人机检测的起始点、航点、航高、航线航向重叠度、旁向重叠度、转弯半径和地面分辨率等参数。

综上所述，本发明可以一次性完成机场道面表观状况检测，大幅度提高检测精度和检测效率。系统结构简单，操作方便，检测速度快，检测结果可信度高，可实现机场道面无人机自动巡检，同时可以实现道面病害自动分类。由于其高效易操作的特点，可以提高道面检测频率，获得高频检测数据，为机场道面维护提供坚实的数据基础。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于无人机的机场道面检测系统，其特征在于，包括：空中检测无人机和地面控制装置，所述地面控制装置包括处理器、显示器、存储器、人机交互模块和第一无线收发模块，所述处理器的输出端与所述显示器的输入端连接，所述存储器、所述人机交互模块以及所述第一无线收发模块分别与所述处理器之间双向连接；所述空中检测无人机上搭载有高清相机、定位模块、空中导航模块、飞控模块、空中惯导模块、旋转云台和第二无线收发模块，所述高清相机安装在所述旋转云台上；所述高清相机、所述定位模块以及所述空中惯导模块的输出端分别与所述第二无线收发模块的输入端连接，所述空中导航模块和所述旋转云台的输入端分别与所述第二无线收发模块的输出端连接，所述飞控模块与所述第二无线收发模块双向连接；所述第二无线收发模块与所述第一无线收发模块之间双向通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的机场道面检测系统，其特征在于，所述处理器中包含图像自动拼接模块和图像自动分析模块。

3.根据权利要求1所述的一种基于无人机的机场道面检测系统，其特征在于，所述飞控模块包括陀螺仪、加速计和地磁感应器。