[發明專利]一種基于5G技術的無人機快速巡檢橋梁系統

在審

• 申請號: 202010615965.7
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111999298A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 孫克肇;蘇毅;許睿;張新宇
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G06T7/00;G06T7/13;G06T7/194;G06T7/33;G06T17/00
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本發明公開了一種基于5G技術的無人機快速巡檢橋梁系統，涉及橋梁檢測技術領域，將5G網絡技術與無人機相結合對橋梁進行快速自主巡檢，從而解決現有無人機在巡檢橋梁過程中存在的數據傳輸問題，時延問題等，實現無人機巡檢橋梁的自動化體系。其包括無人機平臺、多功能地面站兩部分。無人機平臺包括無人機主體和無人機上所搭載模塊群。搭載模塊群包括圖像采集模塊、存儲模塊、飛行狀態處理模塊、5G網絡通信模塊。多功能地面站包括3D坐標建模子系統，無人機航線子系統、飛行控制子系統、橋梁缺陷檢測子系統、橋梁缺陷報告子系統、VR子系統。該發明實現橋梁巡檢過程的全自動化，節約了人力資源和時間成本，大幅度提高橋梁巡檢效率，提高巡檢質量。

技術領域

本發明涉及一種基于5G技術的無人機快速巡檢橋梁系統，涉及橋梁檢測技術領域。

背景技術

近年來，隨著我國土木工程領域的快速發展，大量的基礎設施建設并投入使用，也由此推動了基礎設施維護領域的飛速發展。而在橋梁方面，據中國交通運輸部數據顯示，我國現役橋梁總數超過百萬，按照使用年限劃分，屬于“危橋”的比例已達到10％，40％的橋梁已進入“老齡化階段”，需要投入大量的時間和精力用于橋梁后期的檢測與維修加固。

傳統橋梁常規檢測有人工檢測和檢測車檢測兩種方式，人工檢測包括肉眼觀察以及望遠鏡檢測，肉眼觀察的方式檢測人員安全性難以保障，效率低，人力投入大；望遠鏡檢測的方式存在檢測盲區，難度系數大，效率低，精度低的問題。對于檢測車檢測，存在資金投入大，存在檢測盲區，效率低，適用性較為局限。

較之于傳統的橋梁常規檢測方法，現有的無人機檢測橋梁的方式是通過人工控制無人機，規劃無人機航線，拍攝橋梁經常性檢測點的細節，并將拍攝的照片數據實時傳輸至地面站的監控屏幕，由檢測人員判斷是否存在橋梁缺陷。

該方式大大地提高了安全性和檢測效率，節約人力，極大地節省了開支，但仍然存在以下問題：第一，現有無人機橋梁檢測僅僅局限于橋梁局部細節，缺乏對橋梁整體結構的判斷，造成對橋梁的誤判斷；第二，現有的無人機檢測橋梁的方式太過于依賴無人機的控制人員的能力，很容易發生墜機事件，增加成本；第三，無人機所拍攝的橋梁細部數據會受到周圍環境的影響，存在數據傳輸缺失問題以及時延問題。

發明內容

根據以上現有技術的不足，本發明提供一種基于5G技術的無人機快速巡檢橋梁系統，實現自動化的無人機巡檢橋梁體系，減少檢測過程中可能出現的盲區，實現對橋梁結構的整體判斷，并解決數據傳輸問題和時延問題。

本發明所述的一種基于5G技術的無人機快速巡檢橋梁系統，包括無人機平臺和多功能地面站。其中，無人機平臺包括無人機主體和搭載模塊群；多功能地面站包括3D坐標建模子系統，無人機航線子系統、飛行控制子系統、橋梁缺陷檢測子系統、橋梁缺陷報告子系統和VR子系統。無人機平臺數量根據橋梁結構實際情況進行選用，這里擬采用四架，分別是無人機A、無人機B、無人機C、無人機D，這四架無人機搭載同樣的模塊群。無人機A、B 分別用于被檢測橋梁的左側、右側及周邊地形數據的采集；無人機B、C分別用于橋梁左側、右側的結構檢測。

本發明所述的搭載模塊群由圖像采集模塊、存儲模塊、飛行狀態處理模塊、5G網絡通信模塊組成；圖像采集模塊由長焦鏡頭、短焦鏡頭和紅外鏡頭組成，長焦鏡頭、短焦鏡頭、紅外鏡頭相互獨立，三種相機可通過多功能地面站分別控制，采用傾斜攝影的方式采集橋梁結構數據，分別傳輸至存儲模塊；存儲模塊與搭載模塊群的圖像采集模塊、飛行狀態處理模塊、 5G網絡通信模塊有線連接，存儲傾斜攝影得到的橋梁數據和無人機飛行狀態數據；飛行狀態處理模塊包括傳感器模塊和GPS定位導航模塊，其中，傳感器模塊采集距離數據，確保無人機與橋梁保持至少0.5m的安全距離，GPS定位導航模塊確定無人機的航向，位置等信息，并將無人機的飛行狀態數據傳輸至存儲模塊；5G網絡通信模塊包括前置導頻和新型幀結構，5G 網絡通信模塊與存儲模塊相連，傳輸存儲模塊存儲的數據并接收多功能地面站發送的信號。