[發明專利]一種基于無人機的路面跳車檢測裝置與方法

有效

• 申請號: 202110550139.3
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113340239B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 馬濤;崔亮;朱俊清;韓誠嘉
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: G01B11/30;B64C39/02;B64D47/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 施昊

1.一種基于無人機的路面跳車檢測方法，所述路面跳車檢測方法中涉及的路面跳車檢測裝置包括點激光器(1)、直流電源(2)、工控機(3)、無線數據傳輸模塊(4)、橫桿(5)、數據線(6)、無人機(7)和計算機(8)；所述無人機(7)中部搭載直流電源(2)和工控機(3)，所述無人機(7)下方搭載一根橫桿(5)，所述橫桿(5)下方掛載點激光器(1)；

所述點激光器(1)采集路面信息；所述直流電源(2)通過電源線分別與點激光器(1)、工控機(3)連接；所述工控機(3)通過數據線(6)與點激光器(1)連接，實時記錄點激光器(1)采集的數據信息；所述無線數據傳輸模塊(4)安裝在工控機(3)上；所述計算機(8)設于地面端，通過無線數據傳輸模塊(4)給工控機(3)發送指令，控制點激光器(1)的開機和關閉；

其特征在于，包括如下步驟：

(s1)制定無人機(7)掛載點激光器(1)的巡檢方案；

(s2)利用無人機(7)掛載點激光器(1)對道路進行實際檢測；

(s3)對點激光器采集的數據進行處理；

(s4)對路面跳車情況進行判斷，通過被測路段最大高程與最小高程的差值，得到最終檢測結果；

所述步驟(s1)中包括如下步驟：

(s11)設定路面跳車檢測區域位于道路輪跡帶處，采用一次飛行同時檢測一條車道的兩條輪跡帶，實測車道主要輪跡帶分布情況，并設定檢測采用單側輪跡帶寬度；

(s12)根據輪跡帶分布寬度，選用一橫桿(5)來掛載點激光器(1)，采用四個點激光器(1)來進行檢測，橫桿(5)兩側各放置兩個點激光器(1)，調整每側點激光器(1)之間的距離，確保單側點激光器覆蓋輪跡帶寬度；

(s13)對待檢路段車流量、障礙物分布以及高度進行調查，根據障礙物高度和路線走向，制定無人機航線使無人機(7)在車道上方飛行，同時在非機動車道上選擇合適的起飛、降落位置；

(s14)無人機(7)的巡檢速度需要與點激光器(1)的掃描頻率進行配合，無人機飛行速度v的計算如下：

v＝s*γ*ρ

其中，s為無人機飛行距離；γ為點激光器的最大掃描頻率；ρ為實際路面材料的反射率。

2.根據權利要求1所述的基于無人機的路面跳車檢測方法，其特征在于，所述步驟(s2)包括如下步驟：

(s21)將點激光器(1)按照步驟(s12)中要求利用綁帶固定在橫桿下面，將點激光器(1)、直流電源(2)、工控機(3)和橫桿(5)掛載在無人機(7)下方，連接點激光器(1)、直流電源(2)和工控機(3)，路面跳車檢測裝置的重心，避免出現某個方向上的無人機旋翼負載過大；

(s22)將無人機(7)放置在非機動車道上，連接檢測裝置，對檢測裝置進行測試，檢驗數據的有效性；

(s23)讀取無人機GPS模塊數據，將GPS坐標數據與點激光器(1)測得的距離信息進行坐標匹配，通過飛行控制系統調整無人機(7)起飛至15m高度，移動無人機至路面上方；在無人機(7)保持15m恒定高度后，地面控制端遠程遙控工控機(3)開啟點激光器(1)進行距離測量，控制無人機(7)飛行速度與點激光器(1)的掃描頻率相對應，記錄距離數據；

(s24)利用GPS和氣壓計分別進行路面點絕對高程H的計算，計算公式為：

H＝H_abs-D_gro-d

H′＝H_rel-D_gro+H_giv-d′

其中，H為通過無人機絕對高度計算的路面點絕對高度；H_abs為無人機的絕對高度；D_gro為點激光器距離地面的高度；d為點激光器的激光發射點距離無人機GPS模塊的垂直向距離；H′為通過無人機相對高度計算的路面點絕對高度；H_rel為無人機相對于初始起飛平面的相對高度；H_giv為無人機起飛點的絕對高度；d′為點激光器的激光發射點距離無人機氣壓計模塊的垂直向距離；

(s25)對路面高程進行校正，當|H-H′|1cm時，調整無人機位置及姿態重新進行測量；否則，|H-H′|≤1cm時，取步驟(s24)中兩種高度計算結果的算術平均值作為路面點的絕對高度H_i，計算公式為：

(s26)無人機(7)掛載點激光器(1)沿道路縱向飛行，在無人機(7)飛行途中點激光器(1)自動進行路面點高程測量；

(s27)結束測量階段，無人機(7)在15m高度懸停，地面控制端操作工控機(3)停止數據采集，觀察周邊障礙物情況，將無人機(7)降落至非機動車道上的指定地點。

3.根據權利要求1所述的基于無人機的路面跳車檢測方法，其特征在于：所述步驟(s3)包括如下步驟：

(s31)計算點激光器測得的路面高程點沿道路縱向的距離，無人機(7)從懸停狀態至穩定飛行階段，點激光器測得的路面點沿道路縱向的距離逐漸增大至10cm并保持恒定，無人機(7)減速階段激光點間距從10cm逐漸減小至0，根據距離分布只保留縱向間距恒定階段的激光點數據；

(s32)通過數據預處理，剔除橋梁伸縮縫等處可能存在的異常高程值、消除路面縱坡對路面縱斷面高差計算的影響；

(s33)對數據有效情況進行判斷，單側兩個點激光器測得的路面高差值大于等于2cm時，判斷為無效數據；單側兩個點激光器測得的路面高差值小于2cm時，取檢測數據的平均值作為該處路面的高程值；在出現無效數據時，需要對該10m路段重新進行檢測。