CN113741501A - 一种基于无人机的混凝土辅助检测系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及混凝土施工的领域，特别涉及本申请涉及一种基于无人机的混凝土辅助检测系统，其包括：无人机、地面控制站和定位模块；无人机用于采集当前图像信息；定位模块固定设置在泵车的泵管出料口处，定位模块输出泵管出料口处的目标位置信息；其中，地面控制站包括：数据通信模块，用于与无人机交互，向无人机发送控制指令；数据显示模块，用于接收并显示无人机的飞行状态、目标位置信息以及当前图像信息；任务控制模块用于接收控制指令，控制无人机的飞行路线。本申请具有便于工作人员对施工现场的混凝土质量进行检测的功能。

Description

一种基于无人机的混凝土辅助检测系统

技术领域

本申请涉及混凝土施工的领域，尤其是涉及一种基于无人机的混凝土辅助检测系统。

背景技术

普通混凝土是指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。

在混凝土被运送至建筑工地前，需要经过的步骤包括：出厂、搅拌车搅拌及运输、到达现场卸料、通过运输工具运输至浇筑地点等步骤。影响混凝土质量的因素包括原材料质量（灰比、用水量、砂率等）、添加剂的种类及含量、环境湿度及温度等等，为了保证混凝土的浇筑质量，需要对混凝土质量的变化进行有效监控。

在相关技术中，需要工作人员在施工现场对混凝土质量进行观察、判断，但是工作人员在施工现场对多个浇筑点进行逐一判断，增加了其作业负担。

发明内容

为了便于工作人员对施工现场的混凝土质量进行检测，本申请提供一种基于无人机的混凝土辅助检测系统。

本申请提供的一种基于无人机的混凝土辅助检测系统采用如下的技术方案：

一种基于无人机的混凝土辅助检测系统，包括：无人机、地面控制站和定位模块；

无人机用于采集当前图像信息；

所述定位模块固定设置在泵车的泵管出料口处，所述定位模块输出泵管出料口处的目标位置信息；

其中，所述地面控制站包括：

数据通信模块，用于与无人机交互，向无人机发送控制指令；

数据显示模块，用于接收并显示无人机的飞行状态、所述目标位置信息以及当前图像信息；

任务控制模块用于接收控制指令，控制无人机的飞行路线。

通过采用上述技术方案，工作人员通过地面控制站向无人机发送控制指令，控制无人机飞行至泵管的出料口处采集当前图像信息，当前图像信息为混凝土图像，工作人员可远程观察混凝土的图像，图像中的混凝土质量进行判断，提高了检测效率。

可选的，所述检测系统还包括：停靠站，所述停靠站设置在运输车上，用于供无人机中转。

通过采用上述技术方案，设置停靠站便于无人机在施工现场停靠、续航，使无人机能够跟随多个泵车进行图像采集。

可选的，所述无人机的飞行状态包括：无人机的姿态角、加速度、速度、声纳、操作量以及位置信息。

通过采用上述技术方案，实时采集无人机的飞行状态便于工作人员了解无人机的工作状态是否正常。

可选的，所述任务控制模块控制无人机的飞行路线包括两种模式：手动控制模式和自主飞行控制模式；

所述手动控制模式包括：控制指令包括手动输入的目标姿态信息及油门量，任务控制模块将目标姿态信息与无人机的实际姿态信息进行比对，获得无人机电机的目标油门量，并发送至无人机；

所述自主飞行控制模式包括：所述控制指令为输入的目标位置信息，任务控制模块分析所述目标位置信息，根据目标位置信息解析得到三个坐标轴方向上的速度和角速度，通过三个坐标轴角速度获确定达目标位置的无人电机的目标油门量，并发送至无人机。

通过采用上述技术方案，手动控制的方式更为灵活，提高了无人机的使用灵活度，自动输入目标位置的方式为无人机自动规划航线，提高了控制效率。

可选的，所述检测系统还包括：泵车控制模块，用于采集泵车移动指令并传输至任务控制模块，任务生成模块还用用于基于泵车移动指令生成第二控制指令；

其中，泵车移动指令表征泵管以目标位置信息为起点的移动方向信息和移动距离信息，所述第二控制指令表征无人机以目标位置信息为起点的移动方向信息和移动距离信息。

通过采用上述技术方案，对泵管的移动位置进行预判，使得无人机在泵管附近停滞采集图像的过程中，泵管移动不易与无人机发生碰撞，提高了跟随式采集图像的安全性。

可选的，地面控制站还包括存储模块和对比模块，

存储模块用于存储当前图像信息和历史图像信息；

对比模块用于将当前图像信息以及历史图像信息进行比较，并输出比对结果。

通过采用上述技术方案，将当前图像信息与历史图像信息，生成比对结果，辅助人工判断，提高了检测精确度。

可选的，所述存储模块用于将所有历史图像信息分为第一图像和第二图像组，其中，所述第一图像组表示满足质量条件的混凝土对应的图像组，第二图像组表示不满足质量条件的混凝土对应的图像组；

对比模块用于将当前图像信息分别与第一图像组和第二图像组进行比较，并输出比对结果。

可选的，所述检测系统包括至少一个移动终端，所述移动终端与数据显示模块通信，用于接收当前图像信息和对比结果。

通过采用上述技术方案，移动终端便于多个工作人员接收当前图像信息，对当前图像信息中的混凝土质量进行判断。

可选的，所述地面控制站还包括：地图模块，所述地图模块建立施工地图数据并通过数据显示模块显示，且目标位置信息对应在施工地图数据内。

通过采用上述技术方案，通过手动模式控制无人机飞行于多个泵车之间时，通过地图的方式显示当前施工环境以及目标位置信息在地图上的位置，便于工作人员远程操控。

可选的，所述施工地图数据以三维地图的形式显示。

附图说明

图1是本申请实施例的示意图；

图2是本申请实施例地面控制站的示意图。

附图标记说明：1、无人机；2、地面控制站；3、定位模块；21、数据通信模块；22、数据显示模块；23、任务控制模块；24、泵车控制模块；25、存储模块；26、对比模块；27、地图模块；4、移动终端。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

混凝土运送是指将混凝土从搅拌站运送到浇筑点的过程，为了保证混凝土的施工质量,对混凝土拌合物运送的基本要求是：不产生离析现象、不漏浆、保证浇筑时规定的坍落度、且在混凝土初凝前有充分时间进行浇筑和捣实。但是，在运送过程中,由于运输工具的颠簸、振动等动力的作用,混凝的土黏聚力和内摩阻力将明显削弱，使集料失去平衡状态，集料在自重作用下向下沉落，质量越大，向下沉落的趋势越强,由于粗、细集料和水泥浆的质量各异，因而其各自聚集在一定深度，形成分层离析现象，可能会导致混凝土质量下降，另，混凝土自生产后到开始浇筑的时间长度也是一个重要的影响因素，因此影响混凝土质量的因素具有不确定性，为了对浇筑的混凝土质量进行严格把控，需要在混凝土通过泵车浇筑时，对混凝土质量进行采集、判断。

参照图1和图2，本申请实施例公开了一种基于无人机的混凝土辅助检测系统，包括：无人机1、地面控制站2和定位模块3，无人机1用于采集当前图像信息并将当前图像信息发送至地面控制站2；定位模块3固定设置在泵车的泵管出料口处，定位模块3输出泵管出料口处的目标位置信息，并将目标位置信息发送至地面控制站2；地面控制站2用于发送控制指令以控制无人机1，并用于接收及显示当前图像信息、无人机1的飞行状态以及目标位置信息，地面控制站2可以为遥控器或其他形式的电子设备等等。

上述混凝土检测系统的原理为：混凝土由运输车运送至施工现场，并由运输车转至泵车浇筑，无人机1跟随泵车泵管的出料口处进行图像采集，并将采集到的当前图像信息传递至地面控制站2，工作人员通过地面控制站2观看当前图像信息，工作人员通过远程监控的方式对到达施工场地的混凝土质量进行判断，节省了工作人员对每个到达现场的运输车进行逐一、近距离检测的过程，便于施工方和生产方对混凝土质量的问题进行追溯。

参照图2，通过地面控制站2控制无人机1的方式为：地面控制系统包括数据通信模块21、数据显示模块22和任务控制模块23，数据通信模块21，用于与无人机1交互，向无人机1发送控制指令；数据显示模块22，用于接收无人机1的飞行状态、接收并显示无人机1实时的飞行状态信息、当前图像信息以及目标位置信息；任务控制模块23用于接收控制指令，控制无人机1的飞行路线。

其中，无人机1的飞行状态包括无人机1的姿态角、加速度、速度、声纳、操作量以及位置信息，通过在无人机1上设置多个传感器采集。

其中，任务控制模块23控制无人机1的飞行路线包括两种模式，手动控制模式和自主飞行控制模式：

手动控制模式包括：工作人员手动输入的目标姿态信息及油门量（即手动控制遥控器的方式），利用任务控制模块23解算出的无人机1实际姿态信息，将该实际姿态信息和目标姿态信息进比对，计算出翼无人机1电机相应的目标油门量，来控制无人机1的飞行轨迹。

为了配合手动控制模式使用，本申请实施例设置的地面控制站2还包括地图模块27，地图模块建立施工地图数据并通过数据显示模块22显示，且目标位置信息对应在施工地图数据内，进一步地，施工地图数据以三维地图的形式显示。上述手动控制的工作原理为：工作人员根据目标位置信息在施工地图数据上的显示，手动控制地面控制站2操控无人机1飞行至目标位置信息处，便于无人机1飞行于多个泵车之间进行图像采集。

自主飞行控制模式，包括：无人机1接收地面控制台的控制指令，根据地面发送的指令结算出目标位置信息（即泵车泵管出料口的位置），将目标位置信息依次解算成三个坐标轴方向上的速度、角速度，通过三个坐标轴角速度计算达到目标位置的四个电机的目标油门量来控制无人机1的飞行轨迹。

具体地，本申请实施例控制无人机1的飞行轨迹的方式包括PID自动参数设置和导航规划两个方面，PID参数调整提供了飞控参数在线调整的功能，将三个角度的PWM值、最大飞行速度、滤波系数等信息上传给无人机1，控制无人机1的飞行；对于导航规划功能，将预先设置的飞行航迹和无人机1实时飞行航迹显示在一起，可以直观地比较二者的差别，反映航迹控制的精度。其中，以无人机1飞行仿真中的实时经纬度坐标为输入，以一定方式投影到航迹图控件上的坐标，来显示飞机的二维航迹，经纬度坐标需要按照一定的比例尺投影到航迹规划图当中。

同一个无人机1在施工现场可以对多个泵车出料的图像进行采集，为了便于无人机1在多个泵车之间转运过程中停靠，需要在施工现场设置至少一个停靠站，本申请实施例将停靠站设置于至少一个运输车上。

无人机1在对泵车出料口处图像进行连续采集时，为了实时跟随泵管的移动位置，需要下发调节无人机1位置的控制指令，为了使得泵管移动过程中不易与无人机1发生碰撞，本申请实施例设置的检测系统还包括泵车控制模块24和任务生成模块。

具体地，泵车控制模块24，用于采集泵车移动指令并传输至任务生成模块,任务控制模块23还用于基于泵车移动指令生成第二控制指令；其中，泵车移动指令表征泵管以目标位置信息为起点的移动方向信息和移动距离信息，第二控制指令表征无人机1以目标位置信息为起点的移动方向信息和移动距离信息。基于泵车控制模块24，泵管移动时，对泵管的移动方向做预判，以指导无人机1的飞行方向和距离，不但能够实现无人机1跟随泵管的功能，同时降低了无人机1与泵管发生碰撞的可能性。

工作人员通过地面控制站2的数据显示模块22可观察的当前图像信息，根据经验判断混凝土质量是否合格，为了进一步提高判断的准确性，本申请实施例将历史时间段内采集的图像信息存储，并将收集到的当前图像信息与历史图像信息进行比对，根据比对结果判断混凝土质量是否合格。

具体地，地面控制站2还包括存储模块25和对比模块26，存储模块25用于存储当前图像信息和历史图像信息；对比模块26用于将当前图像信息以及历史图像信息进行比较，并输出比对结果。其中，存储模块25用于将所有历史图像信息分为第一图像和第二图像组，其中，第一图像组表示满足质量条件的混凝土对应的图像组，第二图像组表示不满足质量条件的混凝土对应的图像组；对比模块26用于将当前图像信息分别与第一图像组和第二图像组进行比较，并输出比对结果。若当前图像信息与第一图像组的对比相似度大于第一预设值，则说明当前图像信息对应的混凝土质量为合格；若当前图像信息与第二图像组的对比相似度小于第二预设值，则说明当前图像信息对应的混凝土质量为不合格。

校验混凝土质量的工作人员可能有多个，部分工作人员位于地面控制站2，部分工作人员位于施工场地内，为了便于施工场地内的工作人员检测混凝土质量，本申请实施例还设置有至少一个移动终端4，移动终端4与无人机1和对比模块26通信，用于接收当前图像信息和对比结果。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无人机的混凝土辅助检测系统，其特征在于，包括：无人机(1)、地面控制站(2)和定位模块(3)；

无人机(1)用于采集当前图像信息；

所述定位模块(3)固定设置在泵车的泵管出料口处，所述定位模块(3)输出泵管出料口处的目标位置信息；

其中，所述地面控制站(2)包括：

数据通信模块(21)，用于与无人机(1)交互，向无人机(1)发送控制指令；

数据显示模块(22)，用于接收并显示无人机(1)的飞行状态、所述目标位置信息以及当前图像信息；

任务控制模块(23)，用于接收控制指令，控制无人机(1)的飞行路线。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的混凝土辅助检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括：停靠站，所述停靠站设置在运输车上，用于供无人机(1)中转。

3.根据权利要求1所述的一种基于无人机的混凝土辅助检测系统，其特征在于，所述无人机(1)的飞行状态包括：无人机(1)的姿态角、加速度、速度、声纳、操作量以及位置信息。

4.根据权利要求1所述的一种基于无人机的混凝土辅助检测系统，其特征在于，所述任务控制模块(23)控制无人机(1)的飞行路线包括两种模式：手动控制模式和自主飞行控制模式；

所述手动控制模式包括：控制指令包括手动输入的目标姿态信息及油门量，任务控制模块(23)将目标姿态信息与无人机(1)的实际姿态信息进行比对，获得无人机(1)电机的目标油门量，并发送至无人机(1)；

所述自主飞行控制模式包括：所述控制指令为输入的目标位置信息，任务控制模块(23)分析所述目标位置信息，根据目标位置信息解析得到三个坐标轴方向上的速度和角速度，通过三个坐标轴角速度获确定达目标位置的无人电机的目标油门量，并发送至无人机(1)。

5.根据权利要求4所述的一种基于无人机的混凝土辅助检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括：泵车控制模块(24)；

所述泵车控制模块(24)，用于采集泵车移动指令并传输至任务控制模块(21)，任务控制模块(21)还用于基于泵车移动指令生成第二控制指令；

其中，泵车移动指令表征泵管以目标位置信息为起点的移动方向信息和移动距离信息，所述第二控制指令表征无人机(1)以目标位置信息为起点的移动方向信息和移动距离信息。

6.根据权利要求1所述的一种基于无人机的混凝土辅助检测系统，其特征在于，地面控制站(2)还包括存储模块(26)和对比模块(27)，

存储模块(26)用于存储当前图像信息和历史图像信息；

对比模块(27)用于将当前图像信息以及历史图像信息进行比较，并输出比对结果。

7.根据权利要求6所述的一种基于无人机的混凝土辅助检测系统，其特征在于，所述存储模块(26)用于将所有历史图像信息分为第一图像和第二图像组，其中，所述第一图像组表示满足质量条件的混凝土对应的图像组，第二图像组表示不满足质量条件的混凝土对应的图像组；

对比模块(27)用于将当前图像信息分别与第一图像组和第二图像组进行比较，并输出比对结果。

8.根据权利要求6所述的一种基于无人机的混凝土辅助检测系统，其特征在于，所述检测系统包括至少一个移动终端(4)，所述移动终端(4)与无人机（1）和对比模块（27）通信，用于接收当前图像信息和对比结果。

9.根据权利要求1所述的一种基于无人机的混凝土辅助检测系统，其特征在于，所述地面控制站(2)还包括：地图模块(27)，所述地图模块（27）建立施工地图数据并通过数据显示模块(22)显示，且目标位置信息对应在施工地图数据内。

10.根据权利要求9所述的一种基于无人机的混凝土辅助检测系统，其特征在于，所述施工地图数据以三维地图的形式显示。

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