[發明專利]一種大跨度橋梁的無人機定距檢測系統及方法

在審

• 申請號: 202211565673.2
• 申請日: 2022-12-07
• 公開（公告）號: CN115793691A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 張夷齋;楊奇磊;黃攀峰;張帆;劉正雄;姬文鵬;閆雨晨
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10;G01B11/30
• 代理公司: 西安維賽恩專利代理事務所(普通合伙) 61257
• 代理人: 李明全;李雪亞

本發明屬于大跨度橋梁檢測技術領域，特別涉及一種大跨度橋梁的無人機定距檢測系統及方法，解決了現有橋梁檢測無人機系統對于橋梁檢測時，保持近距離定距飛行存在難度，對于橋梁上空間狹小的部位無人機無法抵近，進而拍攝的圖像不清晰，造成裂縫識別準確率降低的問題。該檢測系統包括無人機本體及無人機飛控系統；其特殊在于：還包括可升降云臺、相機、測距設備及機載計算機；可升降云臺包括升降組件和無人機云臺；升降組件的固定端固定安裝在無人機本體的上表面，升降組件的自由端連接無人機云臺；相機安裝在無人機云臺上；測距設備安裝在相機上；機載計算機與升降組件、云臺舵機、相機、測距設備分別連接；機載計算機內部集成有定高控制器。

技術領域

本發明屬于大跨度橋梁檢測技術領域，特別涉及一種大跨度橋梁的無人機定距檢測系統及方法。

背景技術

定期開展全方位橋梁檢測是非常必要的。當人工檢測手段應用于高空、深水、寬幅、結構復雜的橋梁時，面臨著檢測難度大、效率低、盲區大、安全性降低等突出工程難題。橋梁檢測的難點在于橋下不可達區域的檢測，因此目前具有發展前景的方法是采用無人機進行橋梁檢測。

然而傳統橋梁檢測無人機系統的設計并未針對橋梁環境進行特殊考慮。由于環境因素復雜，受拍攝角度變化、光線明暗變化明顯以及結構表面附著物干擾等影響，橋梁裂縫檢測中拍攝圖像時，經常出現拍攝不穩定，得到的圖像清晰度不夠、進而使裂縫識別準確率降低。為了提升圖像檢測系統的魯棒性，一種較好的檢測方式是無人機與橋梁表面結構保持固定且較近的距離開展圖像檢測；無人機以這種方式飛行，進行圖像拍攝，可以很大程度上避免光線明暗變化以及在拍攝圖像過程中帶來抖動，進而拍攝穩定，拍攝的圖像清晰，能夠為后續病害診斷提供較好的圖像數據。然而橋梁下表面往往結構復雜，保持近距離定距飛行存在一定的難度，尤其對于側梁、承臺、橋墩等部位，由于空間狹小，無人機更是無法抵近。

發明內容

本發明的目的是提供一種大跨度橋梁的無人機定距檢測系統及方法，以解決現有橋梁檢測無人機系統對于橋梁檢測時，保持近距離定距飛行存在一定的難度，對于橋梁上一些空間狹小的部位，無人機更是無法抵近，進而拍攝的圖像不清晰，以致造成裂縫識別準確率降低的技術問題。

本發明所采用的技術方案是，一種大跨度橋梁的無人機定距檢測系統，包括無人機本體以及無人機飛控系統；所述無人機飛控系統用于控制無人機本體的飛行；其特殊之處在于：

還包括可升降云臺、相機、測距設備以及機載計算機；

所述可升降云臺包括升降組件和無人機云臺；

所述升降組件的固定端固定安裝在無人機本體的上表面，升降組件的自由端連接所述無人機云臺，所述升降組件用于實現無人機云臺的升降；

所述相機安裝在無人機云臺上；

所述測距設備安裝在相機上，用于實時測量相機到橋梁待檢測表面的距離，并將該距離信息傳入給機載計算機；

所述機載計算機與升降組件、無人機云臺的云臺舵機、相機、測距設備分別連接，用于分別控制升降組件的升降，無人機云臺的位姿，相機的開關、拍攝及保存照片，測距設備的實時測距、接收測距設備傳入的距離信息以及將該距離信息傳輸給無人機飛控系統；所述機載計算機內部集成有定高控制器；所述機載計算機上設置有與無人機飛控系統之間進行通信的通信接口；所述定高控制器用于在確保相機到橋梁待檢測表面之間維持固定距離的前提下，計算無人機本體的控制輸入量，并通過所述通信接口將該控制輸入量傳輸給無人機飛控系統，通過無人機飛控系統控制無人機本體保持定距飛行。

進一步地，為了實現高度的穩定平滑控制，進而使無人機本體保持穩定的定距飛行，所述定高控制器為在假定無人機本體進行定姿飛行，且與橋梁待檢測表面保持平行飛行，僅考慮無人機本體位置的條件下，設計的基于滑模控制的定高控制器。

進一步地，所述基于滑模控制的定高控制器的計算過程包括以下步驟：