[發明專利]一種無人機進行土石堤壩異常滲流區巡測作業的方法

有效

• 申請號: 202011096054.4
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112357078B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 蘇懷智;周仁練;楊孟
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: B64C27/26
• 分類號: B64C27/26;B64C25/24;B64C25/62;B64C39/02;B64D45/00;B64D45/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種土石堤壩異常滲流區無人機空中巡測無人機及方法，所述無人機包含獨立工作的動力系統和旋翼系統，非接觸式充電起落裝置以及安全氣囊，動力系統和旋翼系統均使用熱紅外特性較小且機械效率和安全性較高的涵道風扇，獨立為無人機提供升力和推力，非接觸式充電起落裝置內設與地面充電平臺相適配的電磁互感線圈，自動為無人機快速充電，安全氣囊為高壓氦氣瓶驅動彈出，可重復利用。本發明使得無人機可用于土石堤壩及堰塞體異常滲流區巡測，使無人機兼具垂直起飛、懸停、極速飛行之間的功能，同時可以實現超長續航、大載重和墜機保護。

技術領域

本發明涉及一種無人機巡測作業的方法，尤其涉及一種無人機進行土石堤壩異常滲流區巡測作業的方法

背景技術

水庫大壩和堤防工程絕大部分為土石材質，近年來隨著全球氣候變化的影響，極端天氣頻現，土石堤壩滲漏病害突出，堰塞湖災害多發。在國內，2020年6～7月，全國范圍內多處堤壩出現重大險情；2018年10月，金沙江形成堰塞湖，緊急轉移群眾一萬余名；2018年8月，湖北東方山水庫因滲漏發生重大險情；2016年7月，長江一級支流舉水河局部堤防因滲漏和管涌造成潰決。此類險情將給社會造成嚴重的生命財產威脅，特別是在經濟高度發展，文明成果大量積累的現代社會，土石堤壩一旦失事，將導致難以估量的損失。

土石堤壩滲漏具有時空隨機性、隱蔽性、初始量級較小等特征，及時發現、準確識別隱患是保障土石堤壩安全的關鍵。然而，目前滲漏病害的發現、識別及處置手段，仍以既有經驗、常規設備為主，巡查監測預警裝備存在諸多短板，如：滲流異常巡查盲區大、精度不夠、效率低，滲漏進口、通道難以精準定位等，缺乏完善的險情快速識別、精準定位手段，不能快速發現險情，甚至遺漏險情，極大制約了風險管控能力和搶險救災成效。

利用無人機搭載感測設備進行巡測，具有直觀快速、覆蓋面廣等特點，近年來已在水利工程中有所應用。基于機載機器視覺系統的無人機，有望應用于土石堤壩滲漏病害巡測中。然而，目前主要面臨以下問題：

首先，現有無人機有固定翼和旋翼無人機兩種。其中，旋翼無人機飛行速度較慢，不僅難以滿足汛期土石堤壩應急巡測對無人機快速到達現場的需求，也難以完成長達數十千米的超長堤防工程巡測。固定翼無人機，具有飛行速度快的特點，但其不能垂直起飛，發射升空需要借助地面滑跑或特殊彈射裝置，也難以實現空中定點懸停，操控性較差。而對于土石堤壩滲漏病害巡測，往往需要無人機在任意場地起飛，并且特別要求在巡測過程中接近重點關注部位以及執行懸停成像。

再者，不少堤防工程穿過城區。無人機飛行過程中一旦墜機，一方面將造成無人機自身及其搭載的巡測設備的損壞，另一方面則可能傷人毀物，故需特別考慮無人機墜機保護問題。

此外，現有民用無人機續航能力普遍較低，抗強對流能力和防水功能均較差，難以實現惡劣天氣條件下遠距離長航時飛行和全天候土石堤壩巡測。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術的缺陷，本發明提供一種無人機進行土石堤壩異常滲流區巡測作業的方法，可滿足無人機任意場地隨時起飛，迅速到達作業現場，遠距離長航時飛行的要求。

技術方案：本發明的中所使用的無人機，包含機身、動力系統、旋翼系統、尾翼、非接觸充電起落裝置、墜機保護裝置、數據采集系統和飛行控制導航系統。所述動力系統、旋翼系統、尾翼、非接觸充電起落裝置、墜機保護裝置、飛行控制導航系統和數據采集系統均集成在機身上，其中動力系統提供無人機向前飛行的推力，旋翼系統提供無人機飛行所必須的升力，飛行時動力系統與旋翼系統獨立工作。

所述動力系統為電力動力系統，由前推涵道風扇、鋰聚合物電池和電子調速器組成，三者相互之間電連接。所述前推涵道風扇個數為兩個，水平對稱布置于機尾，與機身水平固定連接，由無刷電動機驅動，專為機身提供水平向前的推力。在飛行過程中始終保持轉速相同，轉向相反。