CN213518003U - 用于机场道面的巡检机器人以及巡检系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于机场道面的巡检机器人以及巡检系统，所述巡检机器人包括：道面性状图像采集装置、北斗定位惯导装置、运动平台、中控模块和通信模块；所述道面性状图像采集装置、所述北斗定位惯导装置和所述运动平台均与所述中控模块连接；所述中控模块通过所述通信模块与服务器连接；所述道面性状图像采集装置、所述北斗定位惯导装置、所述中控模块和所述通信模块均安装在所述运动平台上；该巡检机器人能够实现自动检测机场道面信息的功能，替代现场工作人员上跑道保障机场道面运行安全，减轻了工作人员的工作量，提高了巡检效率和检测精度。

Description

用于机场道面的巡检机器人以及巡检系统

技术领域

本实用新型涉及机场道面巡检与机器视觉测量领域，尤其涉及一种用于机场道面的巡检机器人以及巡检系统。

背景技术

机场道面是机场最重要的基础设施，其健康状况直接关系着机场和航空器的运行安全。因此机场需时刻关注道面表观的异物、破损、裂缝等病害及其发生的具体位置，从而及时消除机场道面的安全隐患。

为保障机场道面安全状态，机场安排每日4次的日常巡检。道面日常巡视内容包括道面破损状况、道面清洁状况、道面标志线状况以及跑道积胶情况、积水(雪)情况、助航灯具状况。

机场道面日常巡检工作通常由机场管理部场务部人工完成，一人开车，一人目视检查跑道环道是否破损、有无异物、标志线是否清楚、路面灯管标牌是否正常。该工作方式现场工作人员工作强度大，并且在车速较快情况下，巡检区域会造成遗漏，存在着巡检效率低、精度差、主观性强和无法全覆盖的缺点。虽然目前现场工作也引入一些手持式图像采集设备来记录道面病害，但只部分提高了人工巡检数字化程度，在减轻工作量、提高巡检效率和精度上远远不足。

为了降低道面巡检的工作量，避免误检、漏检的情况，实现全道面巡检数字化智能检测，急需一种机场道面快速巡检设备，来替代现场工作人员上跑道保障机场道面运行安全。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种用于机场道面的巡检机器人以及巡检系统，至少部分解决现有技术中存在的问题。

第一方面，本实用新型提供了一种用于机场道面的巡检机器人，包括：道面性状图像采集装置、北斗定位惯导装置、运动平台、中控模块和通信模块；

所述道面性状图像采集装置、所述北斗定位惯导装置和所述运动平台均与所述中控模块连接；所述中控模块通过所述通信模块与服务器连接；

所述道面性状图像采集装置、所述北斗定位惯导装置、所述中控模块和所述通信模块均安装在所述运动平台上；

所述运动平台用于根据所述中控模块发送的控制指令在机场道面运动；

所述道面性状图像采集装置用于采集机场道面性状的道面图像；并将所述道面图像发送至所述中控模块；

所述北斗定位惯导装置用于测量巡检机器人行驶的距离以及所述巡检机器人当前所在位置，并将距离信息和位置信息发送至所述中控模块；

所述中控模块用于将根据所述距离信息控制所述道面性状图像采集装置采集所述道面图像；用于将所述道面图像和所述位置信息通过所述通信模块发送至所述服务器。

可选的，所述道面性状图像采集装置由3个CCD工业摄像机组成，分别布置在所述巡检机器人的前端以及两侧。

可选的，还包括：主摄像机；所述主摄像机与所述中控模块连接；用于采集所述巡检机器人周围的环境图像；并将所述环境图像发送至所述中控模块；

所述主摄像机采用鱼眼相机。

可选的，所述北斗定位惯导装置由两根天线和光纤陀螺仪组成；所述两根天线分别布置在所述巡检机器人的前后两端，形成一条直线。

可选的，还包括：激光雷达避障装置；所述激光雷达避障装置与所述中控模块连接；

所述激光雷达避障装置设置在所述运动平台的前侧。

可选的，所述通信模块采用5G通信模块。

第二方面，本实用新型提供了一种用于机场道面的巡检系统，包括：服务器、显示屏、遥控器和至少一台第一方面所述的巡检机器人；

所述巡检机器人、所述显示屏和所述遥控器均与所述服务器连接；

所述遥控器用于响应用户的操作指令，通过所述服务器向所述巡检机器人发送控制指令，远程遥控所述巡检机器人；

所述巡检机器人用于根据接收的所述服务器发送的控制指令，对机场道面性状进行检测，并将检测信息发送至所述服务器；

所述服务器用于对所述检测信息进行智能分析，并获得病害信息；

所述显示屏用于接收并显示所述服务器发送的所述病害信息。

可选的，所述服务器安装有主控模块；所述主控模块包括：运动控制模块、病害分析模块和显示模块；

所述运动控制模块用于控制巡检机器人的动作；

所述病害分析模块用于对巡检机器人发送的检测信息进行智能分析；

所述显示模块用于向所述显示屏发送显示信息。

可选的，所述病害分析模块包括：相机标定模块和道面病害智能识别模块；

所述相机标定模块用于根据道面性状图像采集装置的绝对位置信息和所述巡检机器人的所述位置信息，确定道面病害的精确位置信息；

所述道面病害智能识别模块用于对所述道面性状图像采集装置采集的机场道面性状的道面图像进行智能识别。

可选的，还包括：北斗差分基站；

所述北斗差分基站与所述服务器连接；用于对向所述服务器发送北斗差分信号，实现对所述巡检机器人的高精度定位。

本实用新型提供了一种用于机场道面的巡检机器人，包括：道面性状图像采集装置、北斗定位惯导装置、运动平台、中控模块和通信模块；所述道面性状图像采集装置、所述北斗定位惯导装置和所述运动平台均与所述中控模块连接；所述中控模块通过所述通信模块与服务器连接；所述道面性状图像采集装置、所述北斗定位惯导装置、所述中控模块和所述通信模块均安装在所述运动平台上；该巡检机器人能够实现自动检测机场道面信息的功能，替代现场工作人员上跑道保障机场道面运行安全，减轻了工作人员的工作量，提高了巡检效率和检测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种用于机场道面的巡检机器人的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种道面性状图像采集装置中摄像机安装位置尺寸的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的激光雷达感知点云数据分析过程的示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种用于机场道面的巡检系统的示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种机场道面坐标系与机器人运行路径的示意图。

其中，1表示服务器；2表示显示屏；3表示遥控器；4表示巡检机器人；5表示北斗差分基站；6表示5G基站；41表示道面性状图像采集装置；42表示北斗定位惯导装置；43表示运动平台；44表示通信模块；45表示主摄像机；46表示激光雷达避障装置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。

需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合；并且，基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

如图1所示，本实用新型提供了一种用于机场道面的巡检机器人，包括：道面性状图像采集装置41、北斗定位惯导装置42、运动平台43、中控模块和通信模块44；道面性状图像采集装置41、北斗定位惯导装置42和运动平台43均与中控模块连接；中控模块通过通信模块44与服务器1连接；道面性状图像采集装置41、北斗定位惯导装置42、中控模块和通信模块44均安装在运动平台43上；运动平台43用于根据中控模块发送的控制指令在机场道面运动；道面性状图像采集装置41用于采集机场道面性状的道面图像；并将道面图像发送至中控模块；北斗定位惯导装置42用于测量巡检机器人4行驶的距离以及巡检机器人4当前所在位置，并将距离信息和位置信息发送至中控模块；中控模块用于将根据距离信息控制道面性状图像采集装置41采集道面图像；用于将道面图像和位置信息通过通信模块44发送至服务器1。

其中，道面性状图像采集装置41、北斗定位惯导装置42和通信模块44可以均安装在运动平台43上方，中控模块可安装在运动平台43内部。

该运动平台43可以由电源、运动电机、机械结构框架、运动控制卡和工控机组成，该工控机为控制模块的一部分，用于实现运动平台43运动决策方案。在本实用新型中，中控模块可以是各个部分控制模块的集成，也可以是各个部分控制模块的总称，各个部分控制模块可以分开设置。

其中，北斗定位惯导装置42可用来测量机器人行驶的距离以及机器人当前所在位置，并将距离信息和位置信息发送至中控模块，中控模块分析该距离信息和位置信息，每当机器人行驶一段距离L，将触发道面性状图像采集装置41采集一组图像，将当前位置信息与道面性状图像信息绑定，一起发送至服务器1，能够实现对病害位置的精确定位。其中，L可以为5m。

当采集到一组图像时，在该组图像上附加当前道面性状图像采集装置41所在位置GPS值，通过图像平面坐标系与道面性状图像采集装置41坐标系之间相对位置关系以及道面性状图像采集装置41所在GPS位置，从而能够确定道面病害所处机场具体位置，该位置确定过程可以在中控模块中进行，也可以在服务器1中进行。

本实用新型提供的巡检机器人4能够实现自动检测机场道面信息的功能，替代现场工作人员上跑道保障机场道面运行安全，减轻了工作人员的工作量，提高了巡检效率和检测精度。

在本实用新型提供的一个具体实施例中，道面性状图像采集装置41由3个CCD(Charge Coupled Device)工业摄像机组成，分别布置在巡检机器人4的前端以及两侧。

如图1所示，3个CCD工业摄像机分别布置在巡检机器人4的前端以及两侧，用来采集机器人前部以及两侧机场道面的图像，每次采集的区域覆盖机场一个板块。示例：每次采集的区域覆盖面积为5mX5m，如图2所示，每个工业摄像机距离运动平台43的垂直高度可以为2m，摄像头朝向前下方，扫射宽度为5m。当覆盖面积为5m时，可设置巡检机器人4每行驶5m出发道面性状图像采集装置41采集一组图像，保证每一块机场道面都可以被采集到图像。通过采用该布置方式，能够避免道面漏检现象，提高检测精度。

在本实用新型提供的一个具体实施例中，巡检机器人4还可以包括：主摄像机45；主摄像机45与中控模块连接；用于采集巡检机器人4周围的环境图像；并将环境图像发送至中控模块；主摄像机45采用鱼眼相机。

该主摄像机45采用鱼眼相机，能够获取周围环境的宽视角视频图像，中控模块可以将该环境图像发送至服务器1，在便于巡检人员对巡检机器人4周围环境的观察，进而操作控制巡检机器人4，对巡检机器人4的运动路径进行实时校正，避免与周围物体发生碰撞。

中控模块还可以接收服务器1发送的主摄像机45控制指令，根据该指令控制主摄像机45的摄像角度，从而观测巡检机器人4周围的环境。

在本实用新型提供的一个具体实施例中，北斗定位惯导装置42可以由两根天线和光纤陀螺仪组成；两根天线分别布置在巡检机器人4的前后两端，形成一条直线。如图1所示。

其中，光纤陀螺仪用于测量巡检机器人4姿态并进行调整。该北斗定位惯导装置42可用来测量机器人行驶的距离以及机器人当前所在位置。

在本实用新型提供的一个具体实施例中，该巡检机器人4，还可以包括：激光雷达避障装置46；激光雷达避障装置46与中控模块连接；激光雷达避障装置46设置在运动平台43的前侧。

激光雷达避障装置46主要部件为机械式激光雷达，机械式激光雷达能感知360度全场景状况，通过运动平台43中的工控机对感知数据进行分析，从而实现运动平台43运动决策方案。

如图3所示，通过激光雷达扫描获得点云数据，工控机对点云数据进行滤波、采样、分割等预处理，识别前方物体运动特征，如果是静态，则控制巡检机器人4绕行，如果是动态，则控制巡检机器人4停止运动。

在本实用新型提供的一个具体实施例中，通信模块44采用5G通信模块44。现有技术中通常采用将采集图像压缩后进行传输，但这样会降低机器人控制图像的质量影响精确控制。同时机器人道面检测图像在压缩后会存在丢失细节的情况，从而影响道面病害智能识别。本实用新型通过采用5G通信模块44，中控模块可通过5G网络与服务器1通信连接，实时向服务器1发送机场道面的道面图像和位置信息，能够将道面性状图像采集装置41采集的图像和主摄像机45采集的环境图像以高质量和低延时的方式传输至服务器1，提高了巡检机器人4的工作效率。

如图4所示，本实用新型中还提供了一种用于机场道面的巡检系统，包括：服务器1、显示屏2、遥控器3和至少一台巡检机器人4；巡检机器人4、显示屏2和遥控器3均与服务器1连接；遥控器3用于响应用户的操作指令，通过服务器1向巡检机器人4发送控制指令，远程遥控巡检机器人4；巡检机器人4用于根据接收的服务器1发送的控制指令，对机场道面性状进行检测，并将检测信息发送至服务器1；服务器1用于对检测信息进行智能分析，并获得病害信息；显示屏2用于接收并显示服务器1发送的病害信息。

通过对多台巡检机器人4聚合控制，使多台巡检机器人4协同工作，能够快速完成道面巡检工作，降低工作人员的工作强度，提高巡检效率和准确度。通过巡检机器人4能够获取全道面完整信息，并将道面信息数字化，避免了人工道面巡检遗漏问题，并且能快速定位道面病害性状区域，减少排查工作时间。通过人工智能和机器视觉的方式判定道面破损、灯具损坏、标志线模糊，能够提高识别准确度和效率。

其中，巡检机器人与服务器可以通过5G基站6进行通信交互。

其中，检测信息可以包括：道面性状图像采集装置采集的机场道面性状的道面图像，以及北斗定位惯导装置定位的当前位置信息。

对检测信息进行分析，获得病害信息，该病害信息，包括：病害位置信息以及病害状况信息。该病害状态信息是指机场道面病害种类、损害程度等。

巡检机器人4还可以向服务器1发送主摄像机采集的环境图像，服务器1可以将该环境图像发送至显示屏2，便于指挥人员根据该环境图像控制巡检机器人4的运动。

该显示屏2可以由若干块LED屏组成，该显示屏2用于显示服务器1发送的病害信息以及环境图像。

显示屏2可以用来显示巡检机器人4主摄像机回传的视频，便于操作人员通过远程机器人遥控器3器对道面快速巡检机器人4进行远程运动控制，保障场面运行安全。

在本实用新型提供的一个具体实施例中，该巡检系统，还可以包括：北斗差分基站5；北斗差分基站5与服务器1连接；用于对向服务器1发送北斗差分信号，实现对巡检机器人4的高精度定位。

北斗差分基站5可以由扼流圈天线和北斗参考机接收站组成，可通过4G网络模块接入公网将北斗差分信号发送到服务器1中，服务器1再传送给巡检机器人4，从而实现机器人当前位置的高精度定位，定位精度可达厘米级。

在本实用新型中，服务器1安装有主控模块；主控模块包括：运动控制模块、病害分析模块和显示模块；运动控制模块用于控制巡检机器人4的动作；病害分析模块用于对巡检机器人4发送的检测信息进行智能分析；显示模块用于向显示屏2发送显示信息。

其中，病害分析模块包括：相机标定模块和道面病害智能识别模块；相机标定模块用于根据道面性状图像采集装置的绝对位置信息和巡检机器人4的位置信息，确定道面病害的精确位置信息；道面病害智能识别模块用于对道面性状图像采集装置采集的机场道面性状的道面图像进行智能识别。

该主控模块由软件系统实现，软件系统包括：巡检机器人4的运动控制软件子系统和道面病害分析软件子系统，用于实现运动控制模块、病害分析模块和显示模块的功能。

运动控制软件子系统包含机器人运动控制模块和机器人主摄像机控制与显示功能模块组成。机器人运动控制模块接收遥控器3信号并通过网络信号将控制指令发送给巡检机器人4控制其运行。机器人主摄像机控制与显示功能模块能控制主摄像机的摄像角度，将拍摄的视频图像在指挥中心显示屏2上呈现，从而观测周围环境。

道面病害分析软件子系统包含相机标定模块以及道面病害智能识别模块。相机标定模块的标定过程是将棋盘格标定板放置于地面，相机拍摄放置在机场跑道地面不同位置的棋盘格图像，通过张氏标定法解算出摄像机内部参数矩阵A以及道面平面坐标系与图像平面坐标系之间的对应位置关系[R’t’]。通过机器人上的北斗定位惯导装置已知相机的绝对位置，从而推算出病害所在机场道面的绝对位置，实现病害精确定位。道面病害智能识别模块，首先采用大量的道面病害图像作为训练集，采用DenseNet预测模型进行训练。训练完成后，将道面性状图像采集装置采集的道面性状图像实时传输到服务器1中，利用道面病害智能识别模块进行智能识别，从而避免漏检和误检的状况。

示例：巡检机器人4在进行道面巡检工作时，包括以下步骤：步骤一：以道面左上角为坐标原点，创建如图5所示的机场道面坐标系，其中每个小方格为机场道面的一个板块，板块面积为5X5m²。然后采用道面快速巡检机器人4测量该道面A、B、C、D四个角点的GPS值，确定机场道面坐标系中各位置点的相对坐标值与GPS值之间的对应关系，从而构建道面巡检机器人4的运行场面位置环境。

步骤二：对道面快速巡检机器人4的道面性状图像采集装置中的3个CCD工业摄像机分别采用棋盘格平面标定板进行标定，确定摄像机图像坐标系与道面平面之间的转换关系[R’t’]。并调整好主摄像机的拍摄角度，以全面准确获取道面周围环境信息，便于巡检机器人4辅助驾驶、响应突发状况，如前方障碍等，同时也便于操作人员远程遥控驾驶。

步骤三：确定巡检机器人4开始检测的初始位置，如图5中E点位置，将道面巡检机器人4远程驾驶到对应位置。由于道面巡检机器人4根据实际测量环境设置的道面巡检范围为15m区域，若采用一台机器人巡检完如图5所示的区域，其巡检路径如图5中虚线所示，也可采用多台机器人聚合控制，同时完成道面巡检工作。在远程控制巡检机器人4过程中，操作者实时观察指挥中心显示屏2以应对紧急情况和操控行驶路径。机器人在行驶过程中，激光雷达避障装置也能对紧急状况进行判定和决策，配合远程遥控驾驶共同决策。

步骤四：道面表观性状病害智能识别。巡检机器人4在机场道面行驶过程中，机器人通过5G终端传输模块将道面性状图像采集装置采集的道面性状图像经5G网络传输到服务器1端。服务器1中道面病害分析软件采用道面病害智能识别模块中训练好的DenseNet预测模型对道面性状图像进行识别，确定检测到的那些图像存在病害并将其筛选出。

步骤五：确定道面表观性状病害准确位置。根据筛选出的道面性状病害图像附带的GPS定位信息、步骤二中相机标定信息以及机场道面相对坐标系，经坐标转换计算从而确定道面表观病害所属的机场道面具体板块，实现道面表观性状快速检测与定位。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于机场道面的巡检机器人，其特征在于，包括：道面性状图像采集装置、北斗定位惯导装置、运动平台、中控模块和通信模块；

所述道面性状图像采集装置、所述北斗定位惯导装置和所述运动平台均与所述中控模块连接；所述中控模块通过所述通信模块与服务器连接；

所述道面性状图像采集装置、所述北斗定位惯导装置、所述中控模块和所述通信模块均安装在所述运动平台上；

所述运动平台用于根据所述中控模块发送的控制指令在机场道面运动；

所述道面性状图像采集装置用于采集机场道面性状的道面图像；并将所述道面图像发送至所述中控模块；

所述北斗定位惯导装置用于测量巡检机器人行驶的距离以及所述巡检机器人当前所在位置，并将距离信息和位置信息发送至所述中控模块；

所述中控模块用于将根据所述距离信息控制所述道面性状图像采集装置采集所述道面图像；用于将所述道面图像和所述位置信息通过所述通信模块发送至所述服务器。

2.根据权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于，所述道面性状图像采集装置由3个CCD工业摄像机组成，分别布置在所述巡检机器人的前端以及两侧。

3.根据权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于，还包括：主摄像机；所述主摄像机与所述中控模块连接；用于采集所述巡检机器人周围的环境图像；并将所述环境图像发送至所述中控模块；

所述主摄像机采用鱼眼相机。

4.根据权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于，所述北斗定位惯导装置由两根天线和光纤陀螺仪组成；所述两根天线分别布置在所述巡检机器人的前后两端，形成一条直线。

5.根据权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于，还包括：激光雷达避障装置；所述激光雷达避障装置与所述中控模块连接；

所述激光雷达避障装置设置在所述运动平台的前侧。

6.根据权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于，所述通信模块采用5G通信模块。

7.一种用于机场道面的巡检系统，其特征在于，包括：服务器、显示屏、遥控器和至少一台权利要求1至权利要求6任意一项所述的巡检机器人；

所述巡检机器人、所述显示屏和所述遥控器均与所述服务器连接；

所述遥控器用于响应用户的操作指令，通过所述服务器向所述巡检机器人发送控制指令，远程遥控所述巡检机器人；

所述巡检机器人用于根据接收的所述服务器发送的控制指令，对机场道面性状进行检测，并将检测信息发送至所述服务器；

所述服务器用于对所述检测信息进行智能分析，并获得病害信息；

所述显示屏用于接收并显示所述服务器发送的所述病害信息。

8.根据权利要求7所述的巡检系统，其特征在于，所述服务器安装有主控模块；所述主控模块包括：运动控制模块、病害分析模块和显示模块；

所述运动控制模块用于控制巡检机器人的动作；

所述病害分析模块用于对巡检机器人发送的检测信息进行智能分析；

所述显示模块用于向所述显示屏发送显示信息。

9.根据权利要求8所述的巡检系统，其特征在于，所述病害分析模块包括：相机标定模块和道面病害智能识别模块；

所述相机标定模块用于根据道面性状图像采集装置的绝对位置信息和所述巡检机器人的所述位置信息，确定道面病害的精确位置信息；

所述道面病害智能识别模块用于对所述道面性状图像采集装置采集的机场道面性状的道面图像进行智能识别。

10.根据权利要求7所述的巡检系统，其特征在于，还包括：北斗差分基站；

所述北斗差分基站与所述服务器连接；用于对向所述服务器发送北斗差分信号，实现对所述巡检机器人的高精度定位。

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