[發(fā)明專利]一種基于多源傳感器融合的橋梁無(wú)人機(jī)檢測(cè)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010563571.1
• 申請(qǐng)日: 2020-06-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111830547B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李清泉;周寶定;張德津;陳智鵬;劉旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S19/46
• 分類號(hào): G01S19/46;G01S19/47;G01C21/16;G05D1/10
• 代理公司: 深圳市君勝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44268
• 代理人: 劉文求

1.一種基于多源傳感器融合的橋梁無(wú)人機(jī)檢測(cè)方法，其特征在于，所述基于多源傳感器融合的橋梁無(wú)人機(jī)檢測(cè)方法包括：

多架基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)組成基準(zhǔn)編隊(duì)，每個(gè)基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)搭載有超寬帶信號(hào)接收器、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)接收器和輕量級(jí)全景相機(jī)；

設(shè)定所述基準(zhǔn)編隊(duì)中的所有基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)的飛行航道，啟動(dòng)所有基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)并各自懸停于指定位置，所述基準(zhǔn)編隊(duì)接收GNSS信號(hào)，計(jì)算得到空中位置信息為作業(yè)無(wú)人機(jī)提供基準(zhǔn)坐標(biāo)；

多架作業(yè)無(wú)人機(jī)組成作業(yè)編隊(duì)，每個(gè)作業(yè)無(wú)人機(jī)搭載有超寬帶傳感器和慣性測(cè)量單元；

設(shè)定所述作業(yè)編隊(duì)中的所有作業(yè)無(wú)人機(jī)不同的飛行路線以保證所有作業(yè)無(wú)人機(jī)的檢測(cè)范圍覆蓋整個(gè)設(shè)定區(qū)域，啟動(dòng)所有作業(yè)無(wú)人機(jī)根據(jù)所述基準(zhǔn)編隊(duì)提供的基準(zhǔn)坐標(biāo)開(kāi)始執(zhí)行飛行檢測(cè)；

所述作業(yè)編隊(duì)中的所有作業(yè)無(wú)人機(jī)用于負(fù)責(zé)貼近橋梁底部根據(jù)飛行路線飛行以檢測(cè)橋梁裂縫，同時(shí)通過(guò)自身搭載的所述超寬帶傳感器計(jì)算相對(duì)基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)的定位結(jié)果；

當(dāng)所述作業(yè)編隊(duì)執(zhí)行完當(dāng)前區(qū)域的檢測(cè)后，所述基準(zhǔn)編隊(duì)飛行至下一個(gè)指定區(qū)域，所述作業(yè)編隊(duì)根據(jù)所述基準(zhǔn)編隊(duì)和規(guī)劃路徑飛行至下一個(gè)指定區(qū)域進(jìn)行作業(yè)；

在作業(yè)無(wú)人機(jī)接近基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)過(guò)程中，所述基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)檢測(cè)接近的所述作業(yè)無(wú)人機(jī)，當(dāng)所述作業(yè)無(wú)人機(jī)超越安全區(qū)域接近所述基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)時(shí)，所述基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)延飛行航道設(shè)定的避讓距離和方向飛行，以避讓所述作業(yè)無(wú)人機(jī)，同時(shí)標(biāo)記所述基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)在位置移動(dòng)前和移動(dòng)完成后的定位時(shí)間，基準(zhǔn)定位點(diǎn)重新解算；

所述基準(zhǔn)編隊(duì)用于在無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)置的延橋梁外側(cè)的飛行航道飛行，并在指定定位點(diǎn)停留，通過(guò)所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)接收器提供高精度衛(wèi)星定位結(jié)果，并將定位結(jié)果作為定位基站的初始坐標(biāo)值；

設(shè)定基準(zhǔn)編隊(duì)航道以及停留點(diǎn)位，規(guī)劃作業(yè)無(wú)人機(jī)檢測(cè)路線，在基準(zhǔn)編隊(duì)飛到指定位置后，首先對(duì)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)接收器進(jìn)行平滑解算，并將GNSS定位解算結(jié)果設(shè)定為UWB數(shù)據(jù)解析時(shí)的初始坐標(biāo)，然后將UWB解算出的作業(yè)無(wú)人機(jī)的初始位置設(shè)為IMU傳感器起始值，再結(jié)合IMU解算出的飛機(jī)姿態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)橋下高精度定位。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源傳感器融合的橋梁無(wú)人機(jī)檢測(cè)方法，其特征在于，所述基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)通過(guò)所述輕量級(jí)全景相機(jī)感應(yīng)接近的所述作業(yè)無(wú)人機(jī)，并檢測(cè)所述基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)和所述作業(yè)無(wú)人機(jī)飛行之間的距離。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多源傳感器融合的橋梁無(wú)人機(jī)檢測(cè)方法，其特征在于，所述基于多源傳感器融合的橋梁無(wú)人機(jī)檢測(cè)方法還包括：

預(yù)先設(shè)定所述基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)和所述作業(yè)無(wú)人機(jī)飛行之間的安全距離，當(dāng)檢測(cè)所述基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)和所述作業(yè)無(wú)人機(jī)飛行之間的距離小于所述安全距離時(shí)，則表示所述基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)和所述作業(yè)無(wú)人機(jī)之間存在飛行碰撞風(fēng)險(xiǎn)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源傳感器融合的橋梁無(wú)人機(jī)檢測(cè)方法，其特征在于，在計(jì)算作業(yè)無(wú)人機(jī)相對(duì)基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)的定位結(jié)果時(shí)，通過(guò)固定區(qū)間平滑濾波算法進(jìn)行計(jì)算。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源傳感器融合的橋梁無(wú)人機(jī)檢測(cè)方法，其特征在于，所述基準(zhǔn)編隊(duì)至少由四架基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)組成。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多源傳感器融合的橋梁無(wú)人機(jī)檢測(cè)方法，其特征在于，至少四架基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)延橋梁外側(cè)指定的航線飛行作為基準(zhǔn)站。

7.一種基于多源傳感器融合的橋梁無(wú)人機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述基于多源傳感器融合的橋梁無(wú)人機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)包括：基準(zhǔn)編隊(duì)和作業(yè)編隊(duì)；

所述基準(zhǔn)編隊(duì)由多架基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)，每個(gè)基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)搭載有超寬帶信號(hào)接收器、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)接收器和輕量級(jí)全景相機(jī)；

所述作業(yè)編隊(duì)由多架作業(yè)無(wú)人機(jī)組成，每個(gè)作業(yè)無(wú)人機(jī)搭載有超寬帶傳感器和慣性測(cè)量單元；

所述基準(zhǔn)編隊(duì)中的所有基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)根據(jù)飛行航道懸停于指定位置，所述基準(zhǔn)編隊(duì)接收GNSS信號(hào)，計(jì)算得到空中位置信息為作業(yè)無(wú)人機(jī)提供基準(zhǔn)坐標(biāo)；

所述作業(yè)編隊(duì)中的所有作業(yè)無(wú)人機(jī)根據(jù)不同的飛行路線飛行以保證所有作業(yè)無(wú)人機(jī)的檢測(cè)范圍覆蓋整個(gè)設(shè)定區(qū)域，所有作業(yè)無(wú)人機(jī)根據(jù)所述基準(zhǔn)編隊(duì)提供的基準(zhǔn)坐標(biāo)執(zhí)行飛行檢測(cè)；

所述作業(yè)編隊(duì)中的所有作業(yè)無(wú)人機(jī)用于負(fù)責(zé)貼近橋梁底部根據(jù)飛行路線飛行以檢測(cè)橋梁裂縫，同時(shí)通過(guò)自身搭載的所述超寬帶傳感器計(jì)算相對(duì)基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)的定位結(jié)果；

當(dāng)所述作業(yè)編隊(duì)執(zhí)行完當(dāng)前區(qū)域的檢測(cè)后，所述基準(zhǔn)編隊(duì)飛行至下一個(gè)指定區(qū)域，所述作業(yè)編隊(duì)根據(jù)所述基準(zhǔn)編隊(duì)和規(guī)劃路徑飛行至下一個(gè)指定區(qū)域進(jìn)行作業(yè)；

在作業(yè)無(wú)人機(jī)接近基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)過(guò)程中，所述基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)檢測(cè)接近的所述作業(yè)無(wú)人機(jī)，當(dāng)所述作業(yè)無(wú)人機(jī)超越安全區(qū)域接近所述基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)時(shí)，所述基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)延飛行航道設(shè)定的避讓距離和方向飛行，以避讓所述作業(yè)無(wú)人機(jī)，同時(shí)標(biāo)記所述基準(zhǔn)無(wú)人機(jī)在位置移動(dòng)前和移動(dòng)完成后的定位時(shí)間，基準(zhǔn)定位點(diǎn)重新解算；

所述基準(zhǔn)編隊(duì)用于在無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)置的延橋梁外側(cè)的飛行航道飛行，并在指定定位點(diǎn)停留，通過(guò)所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)接收器提供高精度衛(wèi)星定位結(jié)果，并將定位結(jié)果作為定位基站的初始坐標(biāo)值；

設(shè)定基準(zhǔn)編隊(duì)航道以及停留點(diǎn)位，規(guī)劃作業(yè)無(wú)人機(jī)檢測(cè)路線，在基準(zhǔn)編隊(duì)飛到指定位置后，首先對(duì)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)接收器進(jìn)行平滑解算，并將GNSS定位解算結(jié)果設(shè)定為UWB數(shù)據(jù)解析時(shí)的初始坐標(biāo)，然后將UWB解算出的作業(yè)無(wú)人機(jī)的初始位置設(shè)為IMU傳感器起始值，再結(jié)合IMU解算出的飛機(jī)姿態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)橋下高精度定位。