一种自主飞行四旋翼无人机路桥施工巡检系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无人机巡检技术领域，适用于路桥施工现场，为路桥施工现场不规范作业及安全隐患的快速智能诊断提供技术支持，具体涉及一种自主飞行四旋翼无人机路桥施工巡检系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着经济和技术发展，无人机飞行平台得到越来越多的应用，在无人机巡检技术领域主要是利用高分辨CCD相机系统获取遥感影像，并通过空中和地面控制系统实现影像的自动拍摄和获取，实现航迹的规划和监控、信息数据的压缩和自动传输、影像预处理等功能，可广泛应用于国家生态环境保护、航空摄影、测绘、矿产资源勘探、灾情监视、路桥施工、交通巡逻、电力巡线、治安监控、应急减灾、应急指挥、人工降雨、国防安全、国土资源勘探、城镇规划、地震调查、环境监测、森林防火、农作物估产、保护区野生动物监测、大气取样、海事侦察、边境巡视、禁毒侦察、消防侦察、生态环境保护、海洋环境监测、土地利用调查、水资源开发、农作物长势监测与估产、农业作业、自然灾害监测与评估、城市规划与市政管理、森林病虫害防护与监测、数字城市等领域。
[0003]近年兴起的多旋翼无人飞行器凭借其机动性强、易操控、无污染、易维护和方便运输等特点，已逐渐取代了传统的单旋翼无人直升机；多旋翼无人机稳定性更强，可以悬浮于空中，通过调整姿势，对线路进行细致观察，人眼在地面巡视看不到的死角，它都可以轻松搞定，实现“零死角”巡视；通过高清的照片分析，更容易发现工人施工作业的不规范、道路上的细微缺陷；因此急需一种自主飞行四旋翼无人机路桥施工巡检系统，以无人飞行器为巡检载体、地面监控设备为支撑的路桥巡检系统，利用其广覆盖、高效率、高可靠、低风险和低成本的优势。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种易操作、速度快、零死角、效率高、监控范围广、低风险、低成本的自主飞行四旋翼无人机路桥施工巡检系统。
[0005]本发明的目的是这样实现的:一种自主飞行四旋翼无人机路桥施工巡检系统，它包括自主飞行四旋翼无人机和处理器，所述的自主飞行四旋翼无人机上设置有飞行控制器，所述的飞行控制器的主体由处理器、若干无刷电机、北斗模块、数传电台、气压高度计、AHRS模块、避障传感器组成，所述的处理器连接有若干无刷电机、电源、云台、摄像机、北斗模块、数传电台、气压高度计、AHRS模块、避障传感器、图传模块，所述的云台连接有摄像机和处理器，所述的摄像机连接有云台和处理器，所述的无刷电机均连接处理器，所述的电源、北斗模块、数传电台、气压高度计、AHRS模块、避障传感器、图传模块均连接处理器；所述的AHRS模块为飞行控制器的航向姿态参考系统，AHRS模块内设置有三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁阻计；所述的北斗模块无线连接有卫星导航系统。
[0006]所述的无刷电机至少为I个。
[0007]所述的摄像机为数码摄像机。
[0008]所述的处理器为嵌入式处理器。
[0009]所述的处理器为ARM Cortex_M4嵌入式处理器。
[0010]所述的卫星导航系统为北斗卫星导航系统。
[0011]一种自主飞行四旋翼无人机路桥施工巡检方法，它包含以下步骤:
步骤(I):地面站上位机输入需要巡检的区域，上位机航迹优化与图像分析软件计算出无人机的航迹，并通过串口导入飞行控制器；
步骤(2 ):无人机北斗导航模块接收导航信息并根据航迹自主飞行，通过避障传感器避开障碍物，到达需要巡检区域的中心位置；
步骤(3):无人机悬停，下方的云台带动摄像机做360度旋转扫描待巡检区域；
步骤(4):巡检区域半径大于5m时无人机按照设定的等速螺线极坐标方程:r ( Θ )=a+ b ( Θ )展开轨迹对边缘区域继续巡检；
步骤(5):将拍摄到的高清图片或录像通过5.SGHz图传模块传回地面站的上位机上；步骤(6 ):上位机航迹优化与图像分析软件对传回的图像信息进行分析和处理，发现安全隐患将发出报警。
[0012]本发明的有益效果:本发明以路桥巡检系统采用多旋翼飞行器作为巡检载体，并结合航拍影像的图像处理与识别技术，为路桥施工现场不规范作业及安全隐患的快速智能诊断提供了技术支持；本发明通过北斗卫星、自主飞行四旋翼无人机、地面站、飞行控制器组成一种自主飞行四旋翼无人机路桥施工巡检系统，具有易操作、速度快、零死角、效率高、监控范围广、低风险、低成本的优点；本发明设置的自主飞行四旋翼无人机具有移动灵活、监控范围广、操作方便、运行成本低、低风险的优点；本发明设置的若干无刷电机可以有效控制自主飞行四旋翼无人机的飞行姿势，有利于其沿轨迹准确飞行；本发明设置的处理器为ARM CorteX-M4嵌入式处理器，具有功耗低、处理速度快的优点；本发明设置的摄像机为数码摄像机，具有拍摄速度快、数据存储便捷、拍摄容量大的优点；总的，本发明具有易操作、速度快、零死角、效率高、监控范围广、低风险、低成本的优点。
【附图说明】
[0013]图1是本发明一种自主飞行四旋翼无人机路桥施工巡检系统的结构示意图。
[0014]图2是本发明一种自主飞行四旋翼无人机路桥施工巡检系统的飞行控制器的系统示意图。
[0015]图3是本发明一种自主飞行四旋翼无人机路桥施工巡检系统的飞行控制器的系统应用示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明做进一步的说明。
[0017]实施例1
如图1和图2所示，一种自主飞行四旋翼无人机路桥施工巡检系统，它包括自主飞行四旋翼无人机和处理器，所述的自主飞行四旋翼无人机上设置有飞行控制器，所述的飞行控制器的主体由处理器、若干无刷电机、电源、云台、北斗模块、数传电台、气压高度计、AHRS模块、避障传感器、图传模块、摄像机组成，所述的处理器连接有若干无刷电机、电源、云台、北斗模块、数传电台、气压高度计、AHRS模块、避障传感器、图传模块，所述的云台连接有摄像机；所述的AHRS模块为飞行控制器的航向姿态参考系统，AHRS模块内设置有三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁阻计；所述的北斗模块无线连接有卫星导航系统。
[0018]所述的无刷电机为4个。
[0019]本发明实施时，首先在自主飞行四旋翼无人机设置飞行控制器，飞行控制器采用处理器、若干无刷电机、电源、云台、北斗模块、数传电台、气压高度计、AHRS模块、避障传感器、图传模块、摄像机组成，把处理器连接有若干无刷电机、电源、云台、北斗模块、数传电台、气压高度计、AHRS模块、避障传感器、图传模块，在云台上连接摄像机；完成自主飞行四旋翼无人机路桥施工巡检系统的安装后，可投入使用，飞行控制器接收北斗定位信息并根据预设的航迹自主飞行，通过避障传感器避开障碍物，到达预设点上空以顺时针螺旋状展开方式对路桥施工现场实施巡检，可采用录像或拍摄高清图片形式将现场情况通过图像传输模块传回地面站，地面站上位机处理软件对传回信息进行图像分析，提前发现存在的安全隐患，具体的说自主飞行四旋翼无人机路桥施工巡检系统按以下步骤进行巡检工作。
[0020]步骤(I):地面站上位机输入需要巡检的区域，上位机航迹优化与图像分析软件计算出无人机的航迹，并通过串口导入飞行控制器。
[0021]步骤(2):无人机北斗导航模块接收导航信息并根据航迹自主飞行，通过避障传感器避开障碍物，到达需要巡检区域的中心位置。
[0022]步骤(3):无人机悬停，下方的云台带动摄像机做360度旋转扫描待巡检区域。
[0023]步骤(4):巡检区域半径大于5m时无人机按照设定的等速螺线极坐标方程:r( Θ )=a+ b ( θ )展开轨迹对边缘区域继续巡检。
[0024]步骤(5):将拍摄到的高清图片或录像通过5.SGHz图传模块传回地面站的上位机上。
[0025]步骤(6):上位机航迹优化与图像分析软件对传回的图像信息进