桥梁边栏巡检航线规划方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910290125.5 (22)申请日 2019.04.11 (71)申请人 株洲时代电子技术有限公司 地址 412007 湖南省株洲市天元区黄河南 路199号 (72)发明人 颜琼李华伟王文昆罗梓河 王贤朱义明 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 罗满 (51)Int.Cl. G05D 1/10(2006.01) G01N 21/95(2006.01) (54)发明名称 一种桥梁边栏巡检航线规划方法 (57)摘要 本发明公开了一种桥梁。

2、边栏巡检航线规划 方法， 操作无人机对桥梁单侧边栏巡检， 通过云 台相机对桥梁边栏进行图像采集。 在对桥梁单侧 边栏进行巡检的同时将无人机飞行航线与云台 相机包括姿态角、 拍摄角度、 帧率、 焦距及曝光时 间在内的信息进行融合， 生成桥梁单侧边栏巡检 航线。 操作无人机对桥梁另一侧边栏进行巡检， 通过云台相机对桥梁边栏进行图像采集， 生成另 一侧边栏巡检航线。 在桥梁两侧巡检航线的末端 手动飞行一条跨越桥梁底面的航线， 再将三条航 线融合成一条完整的桥梁边栏巡检航线。 本发明 能够解决现有巡检方式主要依靠人工操作无人 机采集桥梁表面数据， 自动化程度低、 工作量大、 获取数据稳定性差、 安全性。

3、低的技术问题。 权利要求书2页 说明书17页 附图16页 CN 109885098 A 2019.06.14 CN 109885098 A 1.一种桥梁边栏巡检航线规划方法， 其特征在于， 包括以下步骤： 操作无人机(10)对桥梁沿线路长度方向一侧的边栏进行巡检， 通过云台相机(12)对桥 梁单侧的边栏进行图像采集； 在对桥梁单侧边栏进行巡检的同时将无人机(10)的飞行航线 与云台相机(12)包括姿态角、 拍摄角度、 帧率、 焦距及曝光时间在内的信息进行融合， 生成 桥梁的单侧边栏巡检航线； 操作无人机(10)对桥梁沿线路长度方向另一侧的边栏进行巡 检， 通过云台相机(12)对桥梁边栏进行图像。

4、采集； 在对桥梁另一侧边栏进行巡检的同时将 无人机(10)的飞行航线与云台相机(12)包括姿态角、 拍摄角度、 帧率、 焦距及曝光时间在内 的信息进行融合， 生成桥梁另一侧边栏的巡检航线； 在桥梁两侧巡检航线的末端手动飞行 一条跨越桥梁底面的航线， 再将三条航线融合成一条完整的桥梁边栏巡检航线。 2.根据权利要求1所述的桥梁边栏巡检航线规划方法， 其特征在于， 所述方法进一步包 括： 基于被检测桥梁的三维电子地图， 根据桥梁边缘的三维坐标， 再结合无人机(10)巡检 距离桥梁边栏最佳的位置进行解算， 得到整个边栏的巡检航线坐标， 在巡检航线的起始位 置设置悬停时间， 并将巡检航线加载至飞控模块。

5、(16)。 3.根据权利要求1或2所述的桥梁边栏巡检航线规划方法， 其特征在于， 所述方法进一 步包括： 操作无人机(10)起飞， 当所述无人机(10)到达桥梁边栏巡检海拔高度后， 将飞行模式 由手动模式切换至航线模式； 无人机(10)根据加载的巡检航线自动进行飞行， 当无人机 (10)飞行至巡检航线的起始点时， 人工调整无人机(10)与桥梁边栏之间保持安全距离， 并 调整云台相机(12)的姿态、 拍摄角度及焦距值， 云台相机(12)朝向并对准边栏， 使成像达到 最佳状态。 4.根据权利要求3所述的桥梁边栏巡检航线规划方法， 其特征在于， 所述方法进一步包 括： 当巡检航线规划完成后， 将无人。

6、机(10)的飞行模式由航线模式切换至手动模式， 然后 将无人机(10)降落至起飞点。 5.根据权利要求1、 2或4所述的桥梁边栏无人机巡检航线规划方法， 其特征在于， 所述 方法进一步包括： 查看整个巡检航线规划过程采集的数据是否满足要求， 对于出现拍摄图像不清晰或拍 摄角度不正确的位置再次飞行进行微调。 6.根据权利要求5所述的桥梁边栏巡检航线规划方法， 其特征在于， 所述方法进一步包 括： 当调整整个巡检航线及云台相机(12)的作业达到最佳状态， 记录整个巡检作业过程中 无人机(10)的航线坐标和云台相机(12)的动作， 保存为永久的巡检航线， 则桥梁一侧的边 栏巡检航线规划完成， 按照相。

7、同的步骤完成桥梁另一侧的边栏巡检航线规划。 7.根据权利要求1、 2、 4或6所述的桥梁边栏巡检航线规划方法， 其特征在于， 在靠近桥 梁两侧的两条巡检航线结束的位置且空旷无障碍物的区域手动操作无人机(10)飞行一次 跨桥梁底面的巡检航线， 该过程进一步包括以下步骤： 操作无人机(10)从桥梁一侧巡检航线结束位置的原地起飞至飞行高度与桥梁边栏巡 检海拔高度一致， 然后朝向桥梁底面方向飞行设定距离， 下降至桥梁底面以下设定距离， 继 权利要求书 1/2 页 2 CN 109885098 A 2 续飞越桥梁底面设定距离后直至飞出桥梁底面， 再将无人机(10)拉升至桥梁另一侧边栏巡 检海拔高度， 向。

8、桥梁外侧飞行设定距离后， 寻找合适的地点降落。 8.根据权利要求所述的桥梁边栏巡检航线规划方法， 其特征在于， 所述方法进一步包 括： 将桥梁沿线路长度方向两侧的边栏巡检航线以及跨越桥梁底面的航线进行融合操作， 并将跨越桥梁底面的起飞及降落航线删除； 对桥梁一侧边栏巡检的结束点与跨越桥梁底面 航线的起始点进行坐标插值融合操作， 并对桥梁另一侧边栏的起始点与跨越桥梁底面航线 的结束点进行坐标插值融合操作， 最终成一条完整的桥梁边栏巡检航线。 9.根据权利要求1、 2、 4、 6或8所述的桥梁边栏巡检航线规划方法， 其特征在于， 所述方 法进一步包括： 在垂直于桥梁线路长度的两侧设置安全起降点， 。

9、并在垂直于桥梁线路长度的两侧设定 范围内设置安全返航网； 安全返航网的海拔高度低于桥梁的桥面高度， 并高于地面障碍物 的高度， 以确保无人机(10)在返航过程中安全返回至安全返航网上； 安全返航网设置完成 后， 与巡检航线一起加载至飞控模块(16)； 在每个墩身垂直于桥梁线路长度的两侧设置返 航起始点， 当无人机(10)在巡检作业过程中出现信号丢失、 低电量或紧急一键返航情况时， 飞行至邻近的返航起始点， 并通过安全返航网返回至起飞点。 10.根据权利要求9所述的桥梁边栏巡检航线规划方法， 其特征在于： 无人机(10)的桥 梁边栏巡检海拔高度处于桥梁外沿面沿垂直方向的中部以上至桥梁的桥面以下位。

10、置， 将云 台相机(12)安装于无人机(10)的顶部或前部。 权利要求书 2/2 页 3 CN 109885098 A 3 一种桥梁边栏巡检航线规划方法 技术领域 0001 本发明涉及工程检测技术领域， 尤其是涉及一种利用无人飞行器实现铁路、 公路 等桥梁巡检的桥梁边栏巡检航线规划方法。 背景技术 0002 到2017年底， 全国铁路营业里程达到12.7万公里， 其中高铁2.5万公里， 按桥梁占 线路52的比例计算， 我国高铁桥梁约有一万余公里。 像京津城际桥梁累计长度占全线正 线总长的比例为86.6， 京沪高铁为80.5， 广珠城际为94.0， 武广客专为48.5， 哈大 客专为74.3。 。

11、桥梁检测作为工程领域一项的常规作业类型， 其检测范围通常包括桥面系、 上部结构和下部结构。 桥梁检测的种类分为经常性检测、 定期检测和特殊检测三种。 经常性 检测由路段检测人或桥梁养护人员进行巡视检测。 定期检测是对桥梁结构的质量状况进行 定期跟踪的全面检测。 特殊检测是因各种特殊原因由专家们依据一定的物理、 化学无破损 检验手段对桥梁进行的全面察看、 测强和测缺， 旨在找出损坏的明确原因、 程度和范围， 分 析损坏所造成的后果以及潜在缺陷可能给结构带来的危险。 桥梁检测的意义主要体现在如 下几个方面： 0003 第一， 通过对桥梁进行定期的检测， 可以建立和健全桥梁技术状况的相关档案； 00。

12、04 第二， 通过对桥梁进行定期的检测， 可以检测桥梁的健康状况， 进而及时发现病害 或控制病害的发展； 0005 第三， 通过对桥梁进行定期的检测， 可以对桥梁进行技术状况评价， 形成客观详实 的统计资料， 从而可以为桥梁的维修、 加固和技术改造等提供重要的参考资料； 0006 第四， 通过对桥梁进行定期的检测， 可以及时的发现桥梁的安全隐患， 从而可以有 效防止安全事故的发生。 0007 通常， 桥梁检测的具体部位主要包括： 桥梁底面、 外沿面、 底座、 人行道、 墩身、 边栏 等区域， 如附图1和附图2所示。 如附图2中所示， G为桥梁的人行道， H为轨道。 长期以来， 桥梁 检测主要采。

13、用目视检测或者借助大型桥梁检测车或小型辅助检测仪器等方法来确定桥梁 是否存在缺陷， 但是这种方式需要人员多、 人工参与比例大、 时间长、 劳动强度大、 效率低、 成本高， 其检测效果与巡查人员的经验和责任心直接相关， 因此无法满足日益增长的桥梁 维护需求。 而随着无人机技术的发展， 无人机作为一种新型设备， 为桥梁检测提供了一种高 效、 安全的方法， 可以替代传统的检测手段在桥梁检测方面得到广泛的应用。 通常在无人机 上搭载高清摄像设备， 操作人员远距离控制无人机对桥梁外表面数据进行采集， 再利用桥 梁数据管理软件对采集数据进行管理、 分析、 处理， 及对缺陷进行自动检测和人工校核， 能 够完。

14、成桥梁各种缺陷的检测。 现阶段无人机巡检桥梁主要依靠工作人员遥控无人机， 存在 以下几个方面的技术问题： 0008 1、 桥梁所在环境复杂， 很多横跨江、 河、 湖泊、 峡谷， 给工作人员操作无人机带来了 诸多不便； 0009 2、 桥梁结构复杂， 需要巡检的部分很多， 包含墩身、 外沿面、 栏杆、 墩台、 桥梁底面 说明书 1/17 页 4 CN 109885098 A 4 等， 工作量大， 造成无人机操作复杂需要很高的技巧； 0010 3、 巡检过程一直需要人工操作无人机， 效率低， 且无人机飞行安全保障全部依赖 操作人员的熟练程度及工作态度， 容易出现安全事故； 0011 4、 桥梁底面。

15、GNSS信号受到遮挡， 无人机在无GNSS信号下飞行， 导航及定位完全依 靠工作人员遥控操作， 无人机巡检桥梁技术难度、 安全隐患会大幅增加， 容易出现无人机坠 毁事故； 0012 5、 工作人员操作无人机带来晃动， 会带来采集的图像数据不清晰、 稳定， 进而影响 后续的数据分析， 缺陷检测； 0013 6、 桥梁底座区域光照被遮挡， 采集到图像数据不够清晰、 明亮， 为后续的图像处理 及缺陷分析检测带来困难。 0014 在现有技术中， 中国发明申请CN105551108A和CN105501248A分别公开了一种铁路 线路巡检方法及系统。 进一步的， CN104762877A、 CN10664。

16、5205A、 CN204833672U、 CN104843176A、 CN105460210A、 CN106054916A、 CN205366074U、 CN106320173A、 CN107748572A、 CN108051450A、 CN108284953A、 CN108177787A、 CN207173986U等文献也都提 出了以无人机为平台， 搭载高清相机采集桥梁数据， 并完成对桥梁检测的技术方案。 然而， 这些技术方案均存在以下明显缺点： 0015 1、 以上申请主要依靠工作人员操作无人机采集桥梁表面数据， 自动化程度低、 工 作量大、 获取数据的稳定性差、 安全性低； 0016 2。

17、、 桥梁结构复杂， 不同部位形状差异很大， 不同部位检测需要专业的方法和手段， 以上申请均未针对桥梁各个部位提出针对性的检测方法； 0017 3、 无人机检测过程中会出现低电量、 通讯丢失等故障， 以上申请均未提出故障情 况下的处理方法； 0018 4、 桥梁底面之下环境复杂， 存在各种障碍物， 需要进行有效规避， 以上申请均未提 出有效的方法。 发明内容 0019 有鉴于此， 本发明的目的在于提供一种桥梁边栏巡检航线规划方法， 以解决现有 巡检方式主要依靠人工操作无人机采集桥梁表面数据， 自动化程度低、 工作量大、 获取数据 的稳定性差、 安全性低的技术问题。 0020 为了实现上述发明目的。

18、， 本发明具体提供了一种桥梁边栏巡检航线规划方法的技 术实现方案， 桥梁边栏巡检航线规划方法， 包括以下步骤： 0021 操作无人机对桥梁沿线路长度方向一侧的边栏进行巡检， 通过云台相机对桥梁单 侧的边栏进行图像采集。 在对桥梁单侧边栏进行巡检的同时将无人机的飞行航线与云台相 机包括姿态角、 拍摄角度、 帧率、 焦距及曝光时间在内的信息进行融合， 生成桥梁的单侧边 栏巡检航线。 操作无人机对桥梁沿线路长度方向另一侧的边栏进行巡检， 通过云台相机对 桥梁边栏进行图像采集。 在对桥梁另一侧边栏进行巡检的同时将无人机的飞行航线与云台 相机包括姿态角、 拍摄角度、 帧率、 焦距及曝光时间在内的信息进行。

19、融合， 生成桥梁另一侧 边栏的巡检航线。 在桥梁两侧巡检航线的末端手动飞行一条跨越桥梁底面的航线， 再将三 条航线融合成一条完整的桥梁边栏巡检航线。 说明书 2/17 页 5 CN 109885098 A 5 0022 进一步的， 桥梁边栏巡检航线规划方法包括： 0023 基于被检测桥梁的三维电子地图， 根据桥梁边缘的三维坐标， 再结合无人机巡检 距离桥梁边栏最佳的位置进行解算， 得到整个边栏的巡检航线坐标， 在巡检航线的起始位 置设置悬停时间， 并将巡检航线加载至飞控模块。 0024 进一步的， 桥梁边栏巡检航线规划方法包括： 0025 操作无人机起飞， 当所述无人机到达桥梁边栏巡检高度后，。

20、 将飞行模式由手动模 式切换至航线模式。 无人机根据加载的巡检航线自动进行飞行， 当无人机飞行至巡检航线 的起始点时， 人工调整无人机与桥梁边栏之间保持安全距离， 并调整云台相机的姿态、 拍摄 角度及焦距值， 云台相机朝向并对准边栏， 使成像达到最佳状态。 0026 进一步的， 桥梁边栏巡检航线规划方法包括： 0027 当巡检航线规划完成后， 将无人机的飞行模式由航线模式切换至手动模式， 然后 将无人机降落至起飞点。 0028 进一步的， 桥梁边栏巡检航线规划方法包括： 0029 查看整个巡检航线规划过程采集的数据是否满足要求， 对于出现拍摄图像不清晰 或拍摄角度不正确的位置再次飞行进行微调。。

21、 0030 进一步的， 桥梁边栏巡检航线规划方法包括： 0031 当调整整个巡检航线及云台相机的作业达到最佳状态， 记录整个巡检作业过程中 无人机的航线坐标和云台相机的动作， 保存为永久的巡检航线， 则桥梁一侧的边栏巡检航 线规划完成， 按照相同的步骤完成桥梁另一侧的边栏巡检航线规划。 0032 进一步的， 在靠近桥梁两侧的两条巡检航线结束的位置且空旷无障碍物的区域手 动操作无人机飞行一次跨桥梁底面的巡检航线， 该过程进一步包括以下步骤： 0033 操作无人机从桥梁一侧巡检航线结束位置的原地起飞至飞行高度与桥梁边栏巡 检海拔高度一致， 然后朝向桥梁底面方向飞行设定距离， 下降至桥梁底面以下设定。

22、距离， 继 续飞越桥梁底面设定距离后直至飞出桥梁底面， 再将无人机拉升至桥梁另一侧边栏巡检海 拔高度， 向桥梁外侧飞行设定距离后， 寻找合适的地点降落。 0034 进一步的， 桥梁边栏巡检航线规划方法包括： 0035 将桥梁沿线路长度方向两侧的边栏巡检航线以及跨越桥梁底面的航线进行融合 操作， 并将跨越桥梁底面的起飞及降落航线删除。 对桥梁一侧边栏巡检的结束点与跨越桥 梁底面航线的起始点进行坐标插值融合操作， 并对桥梁另一侧边栏的起始点与跨越桥梁底 面航线的结束点进行坐标插值融合操作， 最终成一条完整的桥梁边栏巡检航线。 0036 进一步的， 桥梁边栏巡检航线规划方法包括： 0037 在垂直于。

23、桥梁线路长度的两侧设置安全起降点， 并在垂直于桥梁线路长度的两侧 设定范围内设置安全返航网。 安全返航网的海拔高度低于桥梁的桥面高度， 并高于地面障 碍物的高度， 以确保无人机在返航过程中安全返回至安全返航网上。 安全返航网设置完成 后， 与巡检航线一起加载至飞控模块。 在每个墩身垂直于桥梁线路长度的两侧设置返航起 始点， 当无人机在巡检作业过程中出现信号丢失、 低电量或紧急一键返航情况时， 飞行至邻 近的返航起始点， 并通过安全返航网返回至起飞点。 0038 进一步的， 无人机的桥梁边栏巡检海拔高度处于桥梁外沿面沿垂直方向的中部以 上至桥梁的桥面以下位置， 将云台相机安装于无人机的顶部或前部。

24、。 说明书 3/17 页 6 CN 109885098 A 6 0039 通过实施上述本发明提供的桥梁边栏巡检航线规划方法的技术方案， 具有如下有 益效果： 0040 (1)本发明桥梁边栏巡检航线规划方法， 利用无人机针对被检测桥梁边栏规划相 应的巡检航线， 以控制无人机根据巡检航线进行自动巡检作业， 使得整个巡检作业过程自 动化程度、 稳定性和安全性极高， 且获取的桥梁边栏表面数据质量极高， 非常有利于后续的 图像处理和缺陷检测及定位； 0041 (2)本发明桥梁边栏巡检航线规划方法， 采用无人机分段巡检航线规划， 同时多段 航线融合的方法， 在空旷且GNSS信号强的区域进行航线融合， 降低。

25、了人工巡检航线规划的 难度， 提高了无人机巡检航线的精确度， 大幅提升了无人机桥梁巡检的自动化程度； 0042 (3)本发明桥梁边栏巡检航线规划方法， 通过在无人机平台上搭载惯性测量模块、 视觉模块和激光雷达， 实现了无GNSS信号环境下的无人机定位及导航； 0043 (4)本发明桥梁边栏巡检航线规划方法， 针对桥梁巡检设置了安全返航网， 保证无 人机在紧急情况下能够快速安全返航， 确保了桥梁巡检过程中的安全性。 附图说明 0044 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本 发明。

26、的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以 根据这些附图获得其它的实施例。 0045 图1是被检测桥梁的结构示意图； 0046 图2是被检测桥梁在另一视角下的结构示意图； 0047 图3是本发明桥梁边栏巡检航线规划方法一种具体实施例的单侧航线规划示意 图； 0048 图4是本发明桥梁边栏巡检航线规划方法一种具体实施例中跨桥梁底面的航线融 合示意图； 0049 图5是本发明桥梁边栏巡检航线规划方法一种具体实施例的航线规划示意图； 0050 图6是本发明桥梁边栏巡检航线规划方法一种具体实施例中巡检安全返航网的设 置示意图； 0051 图7是本发明桥梁边栏巡检。

27、航线规划方法一种具体实施例中分段航线融合示意 图； 0052 图8是本发明方法基于的桥梁巡检系统中基准站的结构组成示意图； 0053 图9是基于本发明方法的无人机巡检航线规划方法的程序流程图； 0054 图10是本发明方法基于的桥梁巡检系统的系统结构框图； 0055 图11是本发明方法基于的桥梁巡检系统的工作原理示意图； 0056 图12是本发明方法基于的无人机系统的结构组成框图； 0057 图13是本发明方法基于的桥梁巡检系统中图像数据定位方法的原理框图； 0058 图14是本发明方法基于的桥梁巡检系统中检修缺陷定位方法的原理框图； 0059 图15是本发明方法基于的桥梁巡检系统中桥梁数据管。

28、理模块的功能框图； 0060 图16是本发明方法基于的桥梁巡检系统以轨道车为平台的结构示意主视图； 说明书 4/17 页 7 CN 109885098 A 7 0061 图17是本发明方法基于的桥梁巡检系统以轨道车为平台的结构示意俯视图； 0062 图18是本发明方法基于的桥梁巡检系统以机动车为平台的结构示意图； 0063 图19是基于本发明方法的桥梁巡检方法的程序流程图； 0064 图中： 1-无人机系统， 2-地面端系统， 3-手持定位仪， 4-基准站， 5-主机， 6-电台， 7- 发射天线， 8-脚架， 9-电池， 10-无人机， 11-机载数据处理单元， 12-云台相机， 13-第一。

29、数传 电台， 14-第一图传电台， 15-机载存储模块， 16-飞控模块， 17-惯性测量模块， 18-视觉模块， 19-激光雷达， 110-避障模块， 111-定位模块， 112-补光模块， 113-气压计， 20-地面站， 21-第 一显示屏， 22-第二数传电台， 23-第二图传电台， 24-第二显示屏， 100-轨道车， 101-司机室， 102-车厢， 103-伸缩平台， 200-机动车， 201-驾驶室， 202-货箱。 具体实施方式 0065 为使本发明实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合本发明实施例 中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整的描述。。

30、 显然， 所描述的实施例仅 仅是本发明的一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技 术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例， 都属于本发明保护的范 围。 0066 如附图3至附图19所示， 给出了本发明桥梁边栏巡检航线规划方法的具体实施例， 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。 0067 实施例1 0068 桥梁边栏巡检包括人行道边栏巡检， 因边栏处不存在遮挡， GNSS(Global Navigation Satellite System， 全球导航卫星系统的简称)信号良好， 因此可以直接在三 维模型中， 根据桥梁边缘的三维坐标， 再。

31、结合无人机巡检距离桥梁边栏的最佳位置进行解 算， 得到整个边栏的航线坐标， 作业飞行海拔高度与桥面高度一致， 云台相机12上置或前置 并向内拍摄。 0069 如附图3至附图5所示， 一种本发明桥梁边栏巡检航线规划方法的实施例， 具体包 括以下步骤： 0070 操作无人机10对桥梁沿线路长度方向L一侧的边栏进行巡检(巡检方向为桥梁墩 身N1N3方向)， 通过云台相机12对桥梁单侧的边栏进行图像采集。 在对桥梁单侧边栏进行 巡检的同时将无人机10的飞行航线与云台相机12包括姿态角、 拍摄角度、 帧率、 焦距及曝光 时间在内的信息进行融合， 生成桥梁的单侧边栏巡检航线， 如附图3所示。 操作无人机1。

32、0对 桥梁沿线路长度方向L另一侧的边栏进行巡检， 通过云台相机12对桥梁边栏进行图像采集。 在对桥梁另一侧边栏进行巡检的同时将无人机10的飞行航线与云台相机12包括姿态角、 拍 摄角度、 帧率、 焦距及曝光时间在内的信息进行融合， 生成桥梁另一侧边栏的巡检航线。 如 附图4所示， 在两侧巡检航线的末端手动飞行一条跨越桥梁底面的航线， 再将三条航线融合 成一条完整的桥梁边栏巡检航线， 如附图5所示。 0071 1)基于被检测桥梁的三维电子地图， 根据桥梁边缘的三维坐标， 再结合无人机10 巡检距离桥梁边栏最佳的位置(该最佳位置的确定以云台相机12采集的图像能够覆盖整个 桥梁边栏表面数据， 同时云。

33、台相机12的成像效果最佳)进行解算， 得到整个边栏的巡检航线 坐标， 在巡检航线的起始位置设置悬停时间， 并将巡检航线加载至飞控模块16。 如果在边栏 说明书 5/17 页 8 CN 109885098 A 8 巡检之前或之后还要对人行道底面进行巡检， 则在巡检航线的起始位置设置第一悬停时 间， 当巡检航线下降至设定高度时再设置第二悬停时间， 并将巡检航线加载至飞控模块16。 0072 2)将云台相机12安装于无人机10的顶部或前部， 操作无人机10起飞， 当无人机10 到达桥梁边栏巡检海拔高度后， 将飞行模式由手动模式切换至航线模式。 无人机10根据加 载的巡检航线自动进行飞行， 当无人机1。

34、0飞行至巡检航线的起始点时， 人工调整无人机10 与桥梁边栏之间保持安全距离， 并调整云台相机12的姿态、 拍摄角度及焦距值， 云台相机12 朝向并对准边栏， 使成像达到最佳状态。 在无人机10进行桥梁边栏巡检之前或之后， 还可以 下降一定高度以对桥梁的人行道底面进行巡检。 0073 3)当巡检航线规划完成后， 将无人机10的飞行模式由航线模式切换至手动模式， 然后将无人机10降落至起飞点X。 0074 4)查看整个巡检航线规划过程采集的数据是否满足要求， 对于出现拍摄图像不清 晰或拍摄角度不正确的位置再次飞行进行微调。 0075 5)当调整整个巡检航线及云台相机12的作业达到最佳状态， 记录。

35、整个巡检作业过 程中无人机10的航线坐标和云台相机12的动作， 保存为永久的巡检航线， 则桥梁一侧的边 栏巡检航线规划完成， 按照相同的步骤完成桥梁另一侧的边栏巡检航线规划。 0076 6)在靠近桥梁两侧的两条巡检航线结束的位置且空旷无障碍物的区域手动操作 无人机10飞行一次跨桥梁底面的巡检航线， 该过程进一步包括以下步骤： 0077 7)桥梁两侧边栏巡检完成后， 操作无人机10从桥梁一侧巡检航线结束位置的原地 起飞至飞行高度与桥梁边栏巡检海拔高度一致， 然后朝向桥梁底面方向飞行设定距离， 下 降至桥梁底面以下设定距离(如： 3米)， 继续飞越桥梁底面设定距离后直至飞出桥梁底面， 再将无人机1。

36、0拉升至桥梁另一侧边栏巡检海拔高度， 向桥梁外侧飞行设定距离后， 寻找合 适的地点降落。 0078 在分段完成整个桥梁线路的巡检后， 再将所有分段航线在接近重复的地方连接起 来， 将其中的起降航线去除， 融合点为无人机10飞行位置有定位信号且空旷的区域， 以形成 一条完整的巡检航线。 分段航线在有GNSS信号下进行融合是考虑无GNSS信号下无人机靠视 觉及激光进行导航时在一定距离后会出现误差。 因此， 在GNSS信号良好的条件下进行融合 能够保证飞行安全。 航线融合是在地面站20的软件中完成的， 巡检航线加载至无人机系统1 的飞控模块16中。 如附图7所示的两段航线， X为起飞点， Y为降落点。

37、， 两段航线的融合点需要 在GNSS信号好的地方， 将两条航线在接近重复的地方连接起来， 并将中间的起降航线去除， 融合点是无人机10飞行处有良好GNSS信号的地方。 当如附图7所述的两段航线融合时， 航线 1的降落过程和航线2的起飞过程都会去除。 在有GNSS信号的地方航线是由一个个坐标组 成， 一条航线的坐标是由经纬度和高程数据组成。 但是， 在桥梁底面之下的航线坐标不是由 经纬度与高程数据组成， 而是通过视觉里程计也就是惯性测量模块17与视觉模块18及激光 雷达19的融合， 来进行无GNSS信号下的导航。 在无GNSS信号条件下， 无人机系统1通过惯性 测量模块17、 视觉模块18和激光。

38、雷达19获取无人机10距离定位信号丢失点位置的三维坐 标， 并通过高度计113获取高程数据反推航线坐标， 以实现无定位信号环境下的导航。 0079 无人机10的桥梁边栏巡检海拔高度可以处于桥梁外沿面， 以及外沿面以上至边栏 以下的位置， 最好处于外沿面沿垂直方向的中部以上至桥梁的桥面(即桥梁梁体的上表面， 如附图4和6中I所示)以下位置。 桥梁边栏巡检海拔高度位于桥面以下可以大大提高无人机 说明书 6/17 页 9 CN 109885098 A 9 10巡检作业的安全性。 在巡检过程中， 云台相机12的拍摄角度以水平朝向并对准桥梁边栏 为最佳。 0080 为了确保无人机10在巡检作业过程中出现。

39、信号丢失、 低电量、 紧急一键返航时快 速返回到起飞点X， 从而保证无人机10安全作业， 本实施例描述的桥梁边栏巡检航线规划方 法进一步包括巡检安全返航网规划过程， 该过程具体包括以下步骤： 0081 在垂直于桥梁线路长度的两侧设置安全起降点Z， 并在垂直于桥梁线路长度的两 侧设定范围(如： 10米)内设置安全返航网。 安全返航网的海拔高度低于桥梁的桥面高度， 并 高于地面障碍物的高度， 在这一海拔区域不应有地面障碍物。 为保证无人机10返航过程中 安全返回到安全返航网上， 在每个桥梁墩身垂直于桥梁线路长度的两侧设置返航起始点J， 以确保无人机10在返航过程中安全返回至安全返航网上， 如附图6。

40、所示。 紧急返航过程分以 下情况： 0082 当无人机10在桥梁底面之下进行巡检作业， 处于无定位信号环境的过程中出现信 号丢失、 低电量或紧急一键返航情况时， 首先拉高至靠近桥梁底面的位置， 然后飞出桥梁底 面， 接收到定位信号后， 无人机10拉升至安全返航网的海拔高度， 然后直线飞行至安全返航 网返航至安全起降点Z。 0083 当无人机10在巡检作业并处于有定位信号状态的过程中出现信号丢失、 低电量或 紧急一键返航情况时， 无人机10拉升至安全返航网的海拔高度， 然后直线飞行至安全返航 网返航至安全起降点Z。 0084 安全返航网设置完成后， 与巡检航线一起加载至飞控模块16。 当无人机1。

41、0在巡检 作业过程中出现信号丢失、 低电量或紧急一键返航情况时， 飞行至邻近的返航起始点J， 并 通过安全返航网快速返回至安全起降点Z。 0085 实施例2 0086 如附图8所示， 一种基于本发明方法的桥梁巡检航线规划方法的实施例， 具体包括 以下步骤： 0087 S100)架设基准站4； 0088 S200)准备无人机10， 并通过地面站20设置禁止飞行区域； 0089 S300)人工操作无人机10对需要巡检的桥梁包括底面、 边栏、 底座、 墩身及边栏在 内的区域进行首次巡检作业， 并针对桥梁的各个部位分别规划相应的巡检航线； 0090 S400)被检测桥梁各个部位的巡检航线规划完成后， 。

42、向飞控模块16加载相应的巡 检航线， 以控制无人机10进行自动巡检作业。 0091 步骤S100)进一步包括以下过程： 0092 S101)将基准站4的脚架8架设于已知点上并对中整平； 0093 S102)连接好基准站4的电源线和发射天线7； 0094 S103)打开基准站4的主机5和电台6， 主机5开始自动初始化和搜索卫星， 当卫星数 和卫星质量达到要求后， 基准站4的差分信号开始发射， 基准站4开始正常工作。 0095 步骤S200)进一步包括以下过程： 0096 S201)将无人机10放置于空旷区域， 打开地面站20上的软件， 架设并连接好地面站 20的通讯线， 然后为无人机10上电； 。

43、0097 S202)在地面站20的软件内将桥梁桥面边栏以上的区域设置为禁飞区域， 以确保 说明书 7/17 页 10 CN 109885098 A 10 操作人员不会将无人机10飞行至桥梁桥面以上的区域； 0098 S203)测试禁飞区域设置是否有效， 操作无人机10原地起飞， 快速推遥控器升降 舵， 测试无人机10是否能够突破禁飞高度。 0099 步骤S300)进一步包括以下过程： 0100 S301)针对需要进行巡检的桥梁进行三维测量、 建模， 生成桥梁三维地图； 0101 S302)操作无人机10对桥梁包括底面、 边栏、 人行道底面、 底座、 墩身及边栏在内的 区域进行首次巡检作业， 同。

44、时调整云台相机12的拍摄角度， 使成像达到最佳效果； 0102 S303)将无人机10的飞行航线与云台相机12包括姿态角、 拍摄角度、 帧率、 焦距及 曝光时间在内的信息保存下来进行融合， 生成巡检航线。 0103 实施例3 0104 如附图9所示， 一种本发明桥梁巡检系统的实施例， 具体包括： 无人机系统1和地面 端系统2。 无人机系统1进一步包括无人机10， 及搭载在无人机10上的机载数据处理单元11、 云台相机12、 飞控模块16、 避障模块110和定位模块111， 地面端系统2进一步包括地面站20。 无人机10在人工操作下对需要检测的桥梁进行首次巡检作业， 通过云台相机12进行桥梁表 。

45、面数据采集， 并根据定位模块111获取的定位信号(如： 采用GNSS信号， Global Navigation Satellite System， 全球导航卫星系统的简称， 如GPS、 Glonass、 Galileo、 北斗卫星导航系 统等都是其中一种全球导航卫星系统)生成巡检航线。 无人机10根据写入飞控模块16的巡 检航线进行自动巡检作业， 机载数据处理单元11根据避障模块110发送的数据进行处理， 并 通过飞控模块16控制无人机10进行自动避障应急处理。 桥梁巡检系统根据被检测桥梁的外 形结构， 针对每个部位设计精准的无人机巡检航线和数据采集方法， 以及安全故障处理机 制。 云台相机1。

46、2在自动巡检作业过程中根据设定的参数进行视频采集和图像抓拍， 云台相 机12采集的视频发送至地面端系统2进行显示， 地面站20根据自动巡检作业过程中抓拍的 图像进行缺陷检测和定位， 如附图10所示。 其中， 云台相机12可以采用一体化结构， 也可以 是采用将相机安装在云台上的分体式结构。 云台相机12以等间距或者等时间间隔采集数 据， 保证桥梁表面数据采集的全覆盖。 0105 如附图11所示， 无人机10上还搭载有惯性测量模块17、 视觉模块18、 激光雷达19及 补光模块112， 惯性测量模块17、 视觉模块18、 激光雷达19和补光模块112均与机载数据处理 单元11相连。 惯性测量模块1。

47、7、 视觉模块18和激光雷达19为无人机10提供无定位信号环境 下的导航信息， 机载数据处理单元11通过对惯性测量模块17、 视觉模块18和激光雷达19的 数据进行采集和计算， 生成对无人机10自身所处位置的定位、 姿态及场景地图信息， 从而实 现无人机10在无定位信号环境下完成自主定位及导航。 补光模块112在低照度环境下为云 台相机12提供光源。 0106 地面站20实时接收由定位模块111发送的定位坐标数据， 以及由避障模块110发送 的障碍物数据， 并结合被检测桥梁的三维电子地图数据， 实时显示无人机10所处的位置。 地 面站20基于被检测桥梁的三维地图环境， 对生成的巡检航线进行仿真。

48、飞行， 以验证巡检航 线是否满足设定的巡检要求， 如果满足巡检要求， 则保存经过验证合格的巡检航线， 并将验 证合格的巡检航线写入飞控模块16中， 以实现无人机10的自动巡检作业。 0107 无人机10上还搭载有机载存储模块15， 机载数据处理单元11完成对云台相机12、 惯性测量模块17、 视觉模块18、 激光雷达19、 避障模块110及定位模块111的数据采集和处 说明书 8/17 页 11 CN 109885098 A 11 理。 机载数据处理单元11控制云台相机12的姿态及拍摄， 云台相机12抓拍的图像数据通过 机载数据处理单元11存储至机载存储设备15中， 当无人机10完成自动巡检作。

49、业后， 图像数 据再通过机载存储模块15转存至地面站20。 地面端系统2还包括与地面站20相连的第二显 示屏24， 由机载存储模块15(如： 可采用SD卡， 即Secure Digital Memory Card， 安全数字存 储卡)转存的图像数据通过第二显示屏24进行显示。 在自动巡检作业过程中， 云台相机12根 据设定的参数进行视频采集和图像抓拍， 抓拍图像融合拍摄时无人机10所处位置的定位坐 标、 云台相机12的姿态角、 航线、 桥梁及拍摄时间信息存储至机载存储设备15中。 航线信息 主要包含桥梁名称、 该航线巡检桥梁的位置(如： 桥梁底面、 外沿面、 底座、 墩身、 边栏等)。 010。

50、8 当整座桥梁自动巡检作业完成后， 机载存储设备15中的数据转存至地面站20中。 无人机10在人工操作过程中对需要检测的桥梁包括底面A、 外沿面B、 人行道底面C、 底座D、 墩身E及边栏F在内的区域进行首次巡检作业， 同时机载数据处理单元11控制云台相机12调 整拍摄角度， 使成像达到最佳效果。 地面站20将云台相机12包括姿态角、 拍摄角度、 帧率、 焦 距及曝光时间在内的信息进行融合入无人机10的飞行航线中， 生成巡检航线。 无人机10上 还搭载有高度计113， 当无人机10位于无定位信号区域时， 无人机系统1通过惯性测量模块 17、 视觉模块18和激光雷达19获取无人机10距离定位信号。