一种基于无人机蜂群的排水管网和暗涵排查方法与流程

本发明涉及一种基于无人机蜂群的排水管网和暗涵排查方法，属于市政环境工程。

背景技术：

1、随着城市黑臭水体消黑率达到90％以上，城市水环境治理项目逐渐转为污水厂提质增效。在排水系统排查过程中发现，影响污水处理厂进水水质水量的因素主要包括污水溢流进入河道和地下水等清洁水通过污水管进入污水厂。对于雨污分流系统，污水溢流主要是由雨污混错接导致，地下水渗入主要是由管道缺陷导致，其他清洁水主要是通过雨污混错接、偷排漏排等方式进入污水管道。排水管网和暗涵排查的目的之一是定位混错接点、管网破损点、偷排点等污水或清洁水进入排水管网和暗涵的源头。

2、目前排水管网和暗涵排查方法主要分为两种，一是通过手持/车载/船载cctv(closed-circuit television，闭路电视监控系统)、qv(quickvideo，管道潜望镜)等管道探测设备对管道进行全面检测，从而定位管道缺陷的方法；二是利用水质监测检测及水质水量平衡计算来分析管道中来水类型及比例的方法，该方法根据检测的水质指标的不同又分为特征因子法、示踪法、同位素法等。目前的管道检测方法能准确定位缺陷在管道中的具体位置，但需要每隔一段距离(如30米)开凿管道或利用现有的管道检查井放入有线的cctv、qv设备进行检测，这消耗大量的人力、时间；水质水量平衡方法可以通过少数点位的水质检测数据，确定混错接及缺陷的大致范围，可大大减少工作量，但无法准确定位混错接及缺陷的具体位置。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于无人机蜂群的排水管网和暗涵排查方法，利用共同执行某一任务、受统一指挥的多架无人机，通过网络互联构成群组，实现高度智能自主的集合体，从而实现排水管网和暗涵排查。

2、本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种基于无人机蜂群的排水管网和暗涵排查方法，包括以下步骤：

3、s1、组建无人机蜂群；无人机蜂群由一组具有毫米波雷达、基础通信模块和快接口的无人机组成，每架无人机通过快接口搭载一种功能模块，功能模块包括侦查模块、中继通信定位模块、管道摄像模块、水样采集模块和水质水量检测模块，搭载有相应功能模块的无人机分别为侦查无人机、中继通信定位无人机、管道摄像无人机、水样采集无人机和水质水量检测无人机；

4、s2、侦查无人机首先放飞进入管道，对管道中的可燃气体进行监测，对管道管径、水位和淤积情况进行判别，确认管道是否满足无人机飞行要求；若满足无人机飞行要求，则对管道的长度和走向进行探测和估算，以绘制大体的管道走势图，并共享给其他无人机；

5、s3、根据管道走势图向管道放飞中继通信定位无人机，使管道的各分支处悬停有至少一架中继通信定位无人机，组成通信链路，同时各中继通信定位无人机通过毫米波雷达和通信信号的三角定位法，对管道的管径、长度和水位进行测量，结合管道走势图获取管道地图；对于管道中其他各无人机，确定其在管道中的相对位置并反馈给该无人机；

6、s4、向管道内放飞管道摄像无人机，根据管道地图飞行，拍摄超广角照片，将位置信息存储在照片中，通过网络将照片回传至地面电脑中进行管道内部结构的三维重构，并对管道缺陷进行识别；

7、s5、当需要对暗涵内排污管处水质快速检测或流量快速估算时，使用水质水量检测无人机搭载相应水质水量检测探头对该处水样进行现场检测，以初步判别来水水质水量情况；

8、s6、当需要对管道水样进行留样或进一步分析时，使用水样采集无人机采集相应水样至实验室进行检测。

9、侦查模块的主体包括多合一气体检测仪和低像素相机。

10、中继通信定位模块采用具有中继通信功能的4g通信模块。

11、管道摄像模块采用鱼眼相机。

12、水样采集模块的主体包括多水样采集装置和低像素相机。

13、水质水量检测模块的主体包括相应水质水量检测探头和低像素相机。

14、步骤s2至s6的过程中，当无人机反馈信号减弱到一定程度时，放飞中继通信定位无人机进入管道，在管道内组成通信链路。

15、本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：

16、(1)本发明提供的一种基于无人机蜂群的排水管网和暗涵排查方法通过无人机蜂群搭载4g通信模块，以中继通信的形式，将管道外部4g信号引入管网内，实现市政排水管网和暗涵内的通信和数据传输，各无人机仅搭载一个模块，有效降低无人机的起飞重量，达到减少无人机体积的目的，以适用于排水管网(直径一般为0.3～0.6m)和暗涵(尺寸一般在1m*1m以上)排查。

17、(2)本发明提供的一种基于无人机蜂群的排水管网和暗涵排查方法基于管道内部通信的实现，通过无人机蜂群搭载鱼眼相机，拍摄所排查管道的超广角照片，并将相对位置信息存储在照片中，然后通过网络将相片传输到地面上的电脑中进行管道内部的三维重构，可进一步利用人工或ai对混错接及缺陷进行识别，实现在不开挖和不下人情况下，快速、准确定位管道混错接及缺陷的具体位置。

18、(3)本发明提供的一种基于无人机蜂群的排水管网和暗涵排查方法基于管道内部通信的实现，通过无人机蜂群搭载水样采集模块或水质水量检测模块，实现暗涵内排污管处水样采集、水质快速检测和水量快速估算。

技术特征：

1.一种基于无人机蜂群的排水管网和暗涵排查方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于无人机蜂群的排水管网和暗涵排查方法，其特征在于：侦查模块的主体包括多合一气体检测仪和低像素相机。

3.根据权利要求1所述的基于无人机蜂群的排水管网和暗涵排查方法，其特征在于：中继通信定位模块采用具有中继通信功能的4g通信模块。

4.根据权利要求1所述的基于无人机蜂群的排水管网和暗涵排查方法，其特征在于：管道摄像模块采用鱼眼相机。

5.根据权利要求1所述的基于无人机蜂群的排水管网和暗涵排查方法，其特征在于：水样采集模块的主体包括多水样采集装置和低像素相机。

6.根据权利要求1所述的基于无人机蜂群的排水管网和暗涵排查方法，其特征在于：水质水量检测模块的主体包括水质检测探头和低像素相机。

7.根据权利要求1所述的基于无人机蜂群的排水管网和暗涵排查方法，其特征在于：步骤s2至s6的过程中，当无人机反馈信号减弱到一定程度时，放飞中继通信定位无人机进入管道，在管道内组成通信链路。

技术总结
本发明提供了一种基于无人机蜂群的排水管网和暗涵排查方法，侦查无人机首先进入管道确认管道是否满足无人机飞行要求并绘制大体的管道走势图，中继通信定位无人机进入管道，在管道内组成通信链路对管道进行进一步测量，利用管道摄像无人机拍摄所排查管道的超广角照片，利用水质水量检测无人机和水样采集无人机根据需求进行水质现场检测和采样。本发明利用共同执行某一任务、受统一指挥的多架无人机，通过网络互联构成群组，实现高度智能自主的集合体，从而实现排水管网和暗涵排查。

技术研发人员：杨煜曦,姬亚朋,翟德勤,吴平生,王庆,徐瓒,肖楚杭,姚明,刘汉涛,行航
受保护的技术使用者：中电建水环境科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12