[发明专利]一种无人机悬索桥主缆巡检路径规划的方法及装置

说明书

本发明公开了一种无人机悬索桥主缆巡检路径规划方法，包括以下步骤：数据图像采集，利用无人机搭载光学相机对桥梁结构以及结构周边的环境信息进行采集；三维模型重建，内业三维模型重建；特征点标记，建立悬索桥的三维模型后，手动选取主缆上部点作为主缆特征点，并引入主缆的半径元素𝑅；生产巡检航线，在特征点间内插航点，并在主缆两侧及上部进行航线拓展，最后生成路径规划kml文件。本发明还公开了一种无人机悬索桥主缆巡检路径规划装置，本发明通过规划巡检路径，能在无人工干预的情况下实现无人机自动飞行与拍摄，无人机能够依据飞行路线进行高精度的作业，完成检测任务，提高悬索桥主缆主缆巡检的自动化程度，有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于桥梁检测技术领域，尤其涉及一种无人机悬索桥主缆巡检路径规划的方法。

背景技术

悬索桥通常由两根或四根主缆将桥面荷载传递到桥塔和主缆锚固端。作为悬索桥的最主要承重构件，其造价昂贵，在桥梁使用期内几乎不可更换，因此，主缆结构的安全状态将直接决定悬索桥的服役寿命。悬索桥主缆大多采用钢丝镀锌、腻子、缠丝、涂装组成的传统四元防护体系。主缆内部腐蚀的一个主要原因是服役期内主缆外层防护体系的表观病害，包括涂装层老化脱落、刮伤破损、索夹环缝密封损坏等。主缆检查主要是基于常规人工巡检，其效率低、危险性大、主观性强，无法做到全覆盖检测，表观病害检查仅限于检查人员可到达的缆索表面区域，缆索底部或侧面的病害定位难度较大。此外，人工巡检无法定量评估因表观病害引起的缆索渗水、积水程度。

近年来，日臻成熟的无人机技术为缆索体系的检测与监测提供了新的契机。虽然无人机在桥梁表观病害方面已有应用，但是常采用人工操作无人机来进行桥梁病害的检测，自动化程度低，且对于主缆的表观病害巡检人工操作难度较大，需要提出一种无人机悬索桥主缆巡检路径规划的方法，以提高无人机主缆巡检的自动化程度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服上述现有技术的不足，提出一种无人机悬索桥主缆巡检路径规划的方法。

本发明为解决以上技术问题而采用以下技术方案：

本发明首先提出一种无人机悬索桥主缆巡检路径规划的方法，具体包括如下步骤：

S1:数据图像采集。在进行无人机主缆巡检路径规划之前需要先建立桥梁的环境模型，利用无人机搭载光学相机对桥梁结构以及结构周边的环境信息进行采集，然后进行数据处理，将实际的物理环境空间抽象成算法可以处理的数学模型空间，实现环境到模型之间的映射。

建立桥梁模型的目的是让无人机的路径规划更可靠并且有据可循，本发明利用无人机对桥梁进行倾斜摄影测量的影像数据建立环境模型作为无人机路径规划的工作空间，在桥梁主缆上手动标记特征点，以特征点为依据进行路径规划。

基于无人机倾斜摄影测量建立桥梁三维模型分为外业倾斜摄影测量图像采集和内业三维模型重建两个步骤。

对于外业倾斜摄影图像采集，为了保证模型重建质量，首先在高于索塔顶部标高20~30米的水平面上采集全桥影像，云台倾斜角设为45°，航线设为环形。对于建筑高度较高的索塔，为保证索塔拍摄完整，在约两倍索塔高度的水平面上上补拍索塔影像，云台倾斜角设为45°，航线设为环形。为保证良好的建模效果，还需要对桥面进行补拍，在桥面两侧分别高于桥面20、30、40和50米折返拍摄桥面，云台倾斜角宜设为30°~45°。