[发明专利]一种基于无人机的直线度测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于无人机的直线度测量系统及方法，属于非接触式测量领域。一种基于无人机的直线度测量系统，包括图像采集系统、无人机和地面站系统；一种基于无人机的直线度测量方法包括相机标定算法、边缘检测算法、语义分割算法和直线度计算算法。本发明通过无人机搭载图像采集系统，利用被测物体的单张图片对被测物体进行直线度测量，提高测量精度和测量效率，降低劳动强度，改善工作环境。

技术领域

本发明涉及一种基于无人机的直线度测量系统及方法，属于非接触式测量领域。

背景技术

在铁路领域中，接触网是电气化铁路牵引供电系统的重要组成部分，被称作电气化铁路的“动脉”。接触网运行状态的可靠性和稳定性直接关系到高速铁路的运行秩序。铁路接触网导线是接触网系统的关键和主体，电力机车的受电弓通过与导线滑动接触获取电能，两者之间的接触质量是衡量接触网质量的关键技术指标。而导线的平滑程度——即直线度，则是其中重要的一环，它不仅直接反映了弓网关系，而且还决定着受电弓的取流水平，保证导线与受电弓接触的不间断性以及平稳性；一旦导线发生弯曲以及扭面等情况，列车运行过程中就会产生离线拉弧，甚至造成导线烧坏，列车不能正常运行。因此铁路接触网导线施工质量直接决定电气化铁路的运营安全和运输能力。

直线度测量是作为对其进行甄别、判断，采取的一种应急检测判别手段，主要有两种方法：一种是在网上直接检测；另一种是在室内卧式拉力试验机上检测。这两种测量方法的测量结果都可以在一定程度上描述导线的直线度。上述检测方法虽然可以对导线是否平直作出直接的判断，但测量结果的精确性受许多其他因素影响，难以给定某个准确的数值作为判据，主要有两个原因：(1)取样操作和试样拉直过程中难以避免人为作用力造成的硬弯点，若是从网上取样导线还受施工架线操作的影响；(2)在一定长度内不同测量起点的测量结果重复性较差。

除上述测量方式和测量精度存在的问题之外，传统测量方式还存在以下几点问题:

测量效率较低。目前采用人工测量的方式，测量时需要工程车将测量人员提升到高处，三人配合完成测量工作，人工读取、记录测量数据，然后进行下一点的测量。测量过程耗时较长，而且受人为因素影响较大。

作业环境复杂。铁路建设经常在高温、高湿、高海拔、大风等恶劣环境中进行，因此接触网导线的测量工作也经常在艰苦的作业环境中进行。工作环境恶劣、劳动强度大，对劳动工人是一种严酷的考验。

数字化、智能化水平较低。目前“人工测量+手动录入”的测量方式与当前电气化铁路建设的数字化、智能化的理念相去甚远，不仅无法实现测量数据的实时记录与共享，更无法对检测数据进行统计分析等二次使用。

除铁路领域中接触网导线直线度测量外，在石油化工领域中长距离输送管路、工业生产现场中的各类管路等均有直线度测量的需求场景，因此需要一种高精度、高效率、非接触式的直线度测量系统。

发明内容

以铁路接触网导线直线度测量为例，传统测量采用“人工测量+手动录入”的方式，这种方式存在效率低下、精度较差、劳动强度大、工作条件艰苦等弊端。针对上述直线度测量存在的问题，本发明的目的是设计一种基于无人机的直线度测量系统及方法。本发明的系统硬件稳定可靠，软件算法鲁棒性高，能够解决当前测量效率低、精度差、劳动强度大等缺点，具有良好的实用性。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

所述的一种基于无人机的直线度测量系统及方法，系统包括图像采集系统、无人机和地面站系统；方法包括相机标定算法、边缘检测算法、语义分割算法和直线度计算算法。具体实施过程为以下步骤：