[發明專利]一種橋梁墩身巡檢航線規劃方法

在審

• 申請號: 201910290122.1
• 申請日: 2019-04-11
• 公開（公告）號: CN109960280A
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 顏瓊;李華偉;王文昆;羅梓河;王賢;朱義明
• 申請（專利權）人: 株洲時代電子技術有限公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;B64C39/02;B64D47/08
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 羅滿

本發明公開了一種橋梁墩身巡檢航線規劃方法，操作無人機在橋梁底面之下沿順時針或逆時針方向圍繞墩身巡檢，通過云臺相機對整個墩身的四個側面進行圖像采集。無人機按照沿垂直方向上下往復折返的路徑完成對墩身單個側面的巡檢作業，同時將無人機的飛行航線與云臺相機包括姿態角、拍攝角度、幀率、焦距及曝光時間在內的信息進行融合，生成巡檢航線。在墩身巡檢過程中，通過慣性測量模塊、視覺模塊及激光雷達進行導航。在完成單個墩身巡檢后，無人機飛行至下一個墩身繼續進行墩身巡檢。本發明能夠解決現有巡檢方式主要依靠人工操作無人機采集橋梁表面數據，自動化程度低、工作量大、獲取數據穩定性差、安全性低的技術問題。

技術領域

本發明涉及工程檢測技術領域，尤其是涉及一種利用無人飛行器實現鐵路、公路等橋梁巡檢的橋梁墩身巡檢航線規劃方法。

背景技術

到2017年底，全國鐵路營業里程達到12.7萬公里，其中高鐵2.5萬公里，按橋梁占線路52％的比例計算，我國高鐵橋梁約有一萬余公里。像京津城際橋梁累計長度占全線正線總長的比例為86.6％，京滬高鐵為80.5％，廣珠城際為94.0％，武廣客專為48.5％，哈大客專為74.3％。橋梁檢測作為工程領域一項的常規作業類型，其檢測范圍通常包括橋面系、上部結構和下部結構。橋梁檢測的種類分為經常性檢測、定期檢測和特殊檢測三種。經常性檢測由路段檢測人或橋梁養護人員進行巡視檢測。定期檢測是對橋梁結構的質量狀況進行定期跟蹤的全面檢測。特殊檢測是因各種特殊原因由專家們依據一定的物理、化學無破損檢驗手段對橋梁進行的全面察看、測強和測缺，旨在找出損壞的明確原因、程度和范圍，分析損壞所造成的后果以及潛在缺陷可能給結構帶來的危險。橋梁檢測的意義主要體現在如下幾個方面：

第一，通過對橋梁進行定期的檢測，可以建立和健全橋梁技術狀況的相關檔案；

第二，通過對橋梁進行定期的檢測，可以檢測橋梁的健康狀況，進而及時發現病害或控制病害的發展；

第三，通過對橋梁進行定期的檢測，可以對橋梁進行技術狀況評價，形成客觀詳實的統計資料，從而可以為橋梁的維修、加固和技術改造等提供重要的參考資料；

第四，通過對橋梁進行定期的檢測，可以及時的發現橋梁的安全隱患，從而可以有效防止安全事故的發生。

通常，橋梁檢測的具體部位主要包括：橋梁底面、外沿面、底座、人行道、墩身、邊欄等區域，如附圖1和附圖2所示。如附圖2中所示，G為橋梁的人行道，H為軌道。長期以來，橋梁檢測主要采用目視檢測或者借助大型橋梁檢測車或小型輔助檢測儀器等方法來確定橋梁是否存在缺陷，但是這種方式需要人員多、人工參與比例大、時間長、勞動強度大、效率低、成本高，其檢測效果與巡查人員的經驗和責任心直接相關，因此無法滿足日益增長的橋梁維護需求。而隨著無人機技術的發展，無人機作為一種新型設備，為橋梁檢測提供了一種高效、安全的方法，可以替代傳統的檢測手段在橋梁檢測方面得到廣泛的應用。通常在無人機上搭載高清攝像設備，操作人員遠距離控制無人機對橋梁外表面數據進行采集，再利用橋梁數據管理軟件對采集數據進行管理、分析、處理，及對缺陷進行自動檢測和人工校核，能夠完成橋梁各種缺陷的檢測?，F階段無人機巡檢橋梁主要依靠工作人員遙控無人機，存在以下幾個方面的技術問題：

1、橋梁所在環境復雜，很多橫跨江、河、湖泊、峽谷，給工作人員操作無人機帶來了諸多不便；

2、橋梁結構復雜，需要巡檢的部分很多，包含墩身、外沿面、欄桿、墩臺、橋梁底面等，工作量大，造成無人機操作復雜需要很高的技巧；

3、巡檢過程一直需要人工操作無人機，效率低，且無人機飛行安全保障全部依賴操作人員的熟練程度及工作態度，容易出現安全事故；

4、橋梁底面GNSS信號受到遮擋，無人機在無GNSS信號下飛行，導航及定位完全依靠工作人員遙控操作，無人機巡檢橋梁技術難度、安全隱患會大幅增加，容易出現無人機墜毀事故；

5、工作人員操作無人機帶來晃動，會帶來采集的圖像數據不清晰、穩定，進而影響后續的數據分析，缺陷檢測；