CN112648975A - 一种基于无人机的地下洞室缺陷检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无人机的地下洞室缺陷检测方法，包括主体、云台相机、UWB基站，UWB移动站1和UWB移动站2。本发明通过采用无人机搭载双UWB移动站，使用时，在地下洞室内布设超宽带UWB基站、在无人机上安装两个UWB移动站、确定无人机水平位置坐标、确定无人机的航向、将定位定向信息传递给飞控等五个部分，起到了可以节省检测成本，提高检测效率，保证人员安全。
Description
技术领域
本发明属于工程检测技术领域，具体涉及一种基于无人机的地下洞室缺陷检测方法。
背景技术
地下洞室衬砌混凝土多为泵送入仓,坍落度大,水泥单耗高,受围岩强约束。且普遍存在地下水,在地应力、地下水的综合作用下,产生裂缝的机率较高。若是无法对地下洞室衬砌混凝土上的裂缝进行检测和处理,不仅会降低混凝土的抗渗能力,而且在很大程度上还会对地下洞室工程整体结构的稳定性造成影响。
对于地下洞室衬砌混凝土裂缝检测，传统的方式是采用人工望远镜或高倍望远镜对其进行远距离观测。这种方式成本低，易于实施，无安全隐患。但由于距离检测目标较远，不易发现裂缝、渗水等病害，且病害不易准确定位和定量描述，也存在检测盲区，导致检测人员工作量巨大。
随着无人机技术的不断进步，无人机用于地下洞室检测的报道时有出现。但无人机方案并没有得到推广，主要原因是传统无人机靠GPS定位和磁力计定向，而在地下洞室内即无法定位又无法定向：1、地下洞室内无GPS信号被遮挡，无人机无法确定自身位置；2、地下洞室内部存在大量的钢筋混凝土和其它金属设备，这些金属材料会干扰磁场，无人机无法利用磁力计确定自身航向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于无人机的地下洞室缺陷检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于无人机的地下洞室缺陷检测方法，包括主体、云台相机、UWB基站，UWB移动站1和UWB移动站2。
优选的，所述无人机地下洞室缺陷检测步骤：
S1、首先在地下洞室四周架设四个超宽带UWB基站；
S2、任意两个UWB基站之间的距离可以通过无线数传模块发送到地面站，地面站根据四个UWB基站两两之间的距离建立笛卡尔坐标系，分别记为 (0,0,0),(X1,0,0),(X2,Y2,0)和(X3,Y3,0)；
S3、将两个UWB移动站分别安装在对侧桨叶下方的起落架上；
S4、量测出两个UWB移动站的连线与无人机机头方向的夹角θ；
S5、通过无人机上安装的移动站实时获取无人机到四个基站的距离，可以根据四个基站的笛卡尔坐标和无人机到四个基站的距离解算出无人机所处的水平位置坐标；
S6、依次解算出两个移动站的水平位置坐标，分别记为(x1,y1)和(x2,y2)；
S7、两个移动站的中点就是无人机中心，因此无人机所处的水平位置为 ((x1+x2)/2,(y1+y2)/2)；
S8、两个移动站构成的向量旋转θ角就是无人机的航向；
S9、得到无人机航向为：(x1-x2)cosθ-(y1-y2)sinθ，(x1- x2)sinθ+(y1-y2)cosθ
S10、将无人机在笛卡尔坐标下的位置和航向信息传递到飞控中。
优选的，所述UWB基站位于无人机要检测的地下洞室的的四周，所述UWB 基站与UWB移动站智能传输连接。
优选的，所述S8中无人机在航行的过程中云台相机会拍摄记录地下洞航行路线的图片。
优选的，所述无人机包括主体，所述主体的顶端设有云台相机，所述主体的一端固定连接有起落架，所述主体一端的起落架的底端与UWB移动站1可拆卸连接，所述主体另一端的起落架的底端与UWB移动站2可拆卸连接。
优选的，所述起落架的数量有两组，所述两组起落架对称分布在主体的两端。
优选的，所述UWB移动站1和UWB移动站2以主体的中心点为对称中心对称分布在主体的两端。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过采用最新超宽带定位技术(UWB)，使用时，在室内布置3 个以上已知坐标的定位基站，通过测量被测移动站与多个基站间的距离计算出被测移动站的位置坐标，起到了便于无人机在地下洞室内部进行定位定向。
2、本发明通过采用无人机搭载双UWB移动站，使用时，在地下洞室内布设超宽带UWB基站、在无人机上安装两个UWB移动站、确定无人机水平位置坐标、确定无人机的航向、将定位定向信息传递给飞控等五个部分，起到了可以节省检测成本，提高检测效率，保证人员安全。
附图说明
图1为本发明无人机的整体结构示意图；
图中：1、主体；2、云台相机；3、UWB移动站1；4、UWB移动站2；5、起落架。
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做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。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于无人机的地下洞室缺陷检测方法，包括主体、云台相机、UWB基站，UWB移动站1和UWB移动站2
具体的，无人机地下洞室缺陷检测步骤：
S1、首先在地下洞室四周架设四个超宽带UWB基站；
S2、任意两个UWB基站之间的距离可以通过无线数传模块发送到地面站，地面站根据四个UWB基站两两之间的距离建立笛卡尔坐标系，分别记为 (0,0,0),(X1,0,0),(X2,Y2,0)和(X3,Y3,0)；
S3、将两个UWB移动站分别安装在对侧桨叶下方的起落架上；
S4、量测出两个UWB移动站的连线与无人机机头方向的夹角θ；
S5、通过无人机上安装的移动站实时获取无人机到四个基站的距离，可以根据四个基站的笛卡尔坐标和无人机到四个基站的距离解算出无人机所处的水平位置坐标；
S6、依次解算出两个移动站的水平位置坐标，分别记为(x1,y1)和(x2,y2)；
S7、两个移动站的中点就是无人机中心，因此无人机所处的水平位置为 ((x1+x2)/2,(y1+y2)/2)；
S8、两个移动站构成的向量旋转θ角就是无人机的航向；
S9、得到无人机航向为：(x1-x2)cosθ-(y1-y2)sinθ，(x1- x2)sinθ+(y1-y2)cosθ；
S10、将无人机在笛卡尔坐标下的位置和航向信息传递到飞控中。
具体的，UWB基站位于无人机要检测的地下洞室的的四周，UWB基站与UWB 移动站智能传输连接，S8中无人机在航行的过程中云台相机2会拍摄记录地下洞航行路线的图片，无人机包括主体1，主体1的顶端设有云台相机2，主体1的一端固定连接有起落架5，主体1一端的起落架5的底端与UWB移动站 13可拆卸连接，主体1另一端的起落架5的底端与UWB移动站24可拆卸连接，起落架5的数量有两组，两组起落架5对称分布在主体1的两端，UWB移动站1和UWB移动站2以主体1的中心点为对称中心对称分布在主体1的两端。
本实施方案中，通过采用最新超宽带定位技术(UWB)，使用时，在室内布置3个以上已知坐标的定位基站，通过测量被测移动站与多个基站间的距离计算出被测移动站的位置坐标，起到了便于无人机在地下洞室内部进行定位定向，通过采用无人机搭载双UWB移动站，使用时，在地下洞室内布设超宽带UWB基站、在无人机上安装两个UWB移动站、确定无人机水平位置坐标、确定无人机的航向、将定位定向信息传递给飞控等五个部分，起到了可以节省检测成本，提高检测效率，保证人员安全。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种基于无人机的地下洞室缺陷检测方法，包括主体、云台相机、UWB基站，UWB移动站1和UWB移动站2。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的地下洞室缺陷检测方法，其特征在于：所述无人机地下洞室缺陷检测步骤：
S1、首先在地下洞室四周架设四个超宽带UWB基站；
S2、任意两个UWB基站之间的距离可以通过无线数传模块发送到地面站，地面站根据四个UWB基站两两之间的距离建立笛卡尔坐标系，分别记为(0,0,0),(X1,0,0),(X2,Y2,0)和(X3,Y3,0)；
S3、将两个UWB移动站分别安装在对侧桨叶下方的起落架上；
S4、量测出两个UWB移动站的连线与无人机机头方向的夹角θ；
S5、通过无人机上安装的移动站实时获取无人机到四个基站的距离，可以根据四个基站的笛卡尔坐标和无人机到四个基站的距离解算出无人机所处的水平位置坐标；
S6、依次解算出两个移动站的水平位置坐标，分别记为(x1,y1)和(x2,y2)；
S7、两个移动站的中点就是无人机中心，因此无人机所处的水平位置为((x1+x2)/2,(y1+y2)/2)；
S8、两个移动站构成的向量旋转θ角就是无人机的航向；
S9、得到无人机航向为：(x1-x2)cosθ-(y1-y2)sinθ，(x1-x2)sinθ+(y1-y2)cosθ；
S10、将无人机在笛卡尔坐标下的位置和航向信息传递到飞控中。
3.根据权利要求1所述的一种基于无人机的地下洞室缺陷检测方法，其特征在于：所述UWB基站位于无人机要检测的地下洞室的的四周，所述UWB基站与UWB移动站智能传输连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于无人机的地下洞室缺陷检测方法，其特征在于：所述S8中无人机在航行的过程中云台相机(2)会拍摄记录地下洞航行路线的图片。
5.根据权利要求1所述的一种基于无人机的地下洞室缺陷检测方法，其特征在于：所述无人机包括主体(1)，所述主体(1)的顶端设有云台相机(2)，所述主体(1)的一端固定连接有起落架(5)，所述主体(1)一端的起落架(5)的底端与UWB移动站1(3)可拆卸连接，所述主体(1)另一端的起落架(5)的底端与UWB移动站2(4)可拆卸连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于无人机的地下洞室缺陷检测方法，其特征在于：所述起落架(5)的数量有两组，所述两组起落架(5)对称分布在主体(1)的两端。
7.根据权利要求1所述的一种基于无人机的地下洞室缺陷检测方法，其特征在于：所述UWB移动站1和UWB移动站2以主体(1)的中心点为对称中心对称分布在主体(1)的两端。
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