CN109002054A - 一种无人机排水管道测绘巡线***及其巡线方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机排水管道测绘巡线***，包括室内定位***、无人机和检查井安装基站，所述室内定位***的下方设置有管道，所述管道远离室内定位***的一侧设置有检查井安装基站，所述室内定位***的左侧设置有无人机，所述无人机的一侧设置有摄像头，且无人机的另一侧设置有探测装置；本发明公开了一种无人机排水管道测绘巡线***的巡线方法，本发明所采用的激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等；本发明可实现利用室内无线通讯技术和无人机卫星定位模块实现无线通讯，数据传输方便快捷。

Description

一种无人机排水管道测绘巡线***及其巡线方法

技术领域

本发明属于管道测绘技术领域，具体涉及一种无人机排水管道测绘巡线***及其巡线方法。

背景技术

排水管道是汇集和排放污水、废水和雨水的管渠及其附属设施所组成的***。排水管道是城市排水***的重要组成部分，在市政建设和环境治理工程建设中，排水***常占有较大的投资比例。排水管道的质量优劣不仅影响自身功能及使用年限，而且对道路完好、住宅给排水、环保要求等都有直接的影响造成质量事故。因此排水管道的安全运行问题应当引起我们的重视，其安装和养护检测就显得尤其重要。

目前一般的管道测绘采用经纬仪和水准仪，对检查井定位很准确，但是却缺乏准确的管道连通情况的分析。管道连通情况通常采用机器人爬行cctv来确定，一旦管道管径较小或者淤积严重，走向不明的时候，这些方法就无法发挥作用。

发明内容

为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种无人机排水管道测绘巡线***，具有使用方便、测绘速度较快且测量精度较高的特点。

本发明另一目的在于提供一种无人机排水管道测绘巡线***的巡线方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种无人机排水管道测绘巡线***，包括室内定位***、无人机和检查井安装基站，所述室内定位***的下方设置有管道，所述管道远离室内定位***的一侧设置有检查井安装基站，所述室内定位***的左侧设置有无人机，所述无人机的一侧设置有摄像头，且无人机的另一侧设置有探测装置，所述摄像头靠近探测装置的一侧设置有激光传感器，所述激光传感器远离摄像头的一侧设置有超声波避障***。

在本发明中进一步的，所述无人机的起飞重量只有300-500g，所述无人机的对角线距离170-200mm。

在本发明中进一步的，所述摄像头的有效像素1000-1200万，所述摄像头的电子快门速度2/8000-1/8000秒。

在本发明中进一步的，所述无人机悬停精度垂直方向±0.1-0.5m，所述无人机悬停精度水平方向±0.3-1.5m。

在本发明中进一步的，所述超声波避障***的障碍物感知范围为0.2-0.5m。

在本发明中进一步的，所述无人机与摄像头、无人机与激光传感器、无人机与超声波避障***以及无人机与探测装置之间均通过固定件可拆卸连接。

在本发明中进一步的，所述的一种无人机排水管道测绘巡线***的巡线方法，主要包括以下步骤：

(1)寻找无人机：找到目前最袖珍的无人机，起飞重量只有300-500g，对角线距离170-200mm；

(2)设备配置：无人机上分别安装摄像头、激光传感器、超声波避障***和探测装置，并且在管道的检查井中安装基站，摄像头的有效像素1000-1200万，电子快门速度2/8000-1/8000秒，激光传感器由激光器、激光检测器和测量电路组成，探测装置由液压传感器和控制器等组成；

(3)无人机放置：把无人机放到管道中；

(4)超声波避障：在管道内运行过程中，利用超声波投射技术判断障碍物的位置，障碍物感知范围为0.2-0.5m，自动飞行，可避开障碍物，遇到管道淤积可以自动返航；

(5)管道信息测绘：利用无人机上的摄像头采集管道破损和淤积图像，激光传感器采用激光技术对管道的尺寸进行测量，利用定位***测定管道的坐标，从而实现管道信息的测绘；

(6)管道信息巡线：由于无人机悬停精度垂直方向±0.1-0.5m，水平方向±0.3-1.5m，利用探测装置和遗传优化算法自动搜索所有管道，就能探测出哪些管道是相通的，自动得出管网的拓扑结构并生成三维管网，从而避免目前的测绘技术，对于走向不明、存在淤积的管道无法采用爬行机器人进行探测的问题；

(7)无线通讯：利用室内定位***，采用无线通讯技术进行定位，检查井安装基站实现无线通讯，利用无人机卫星定位模块对无人机定位，追踪路线，从而实现排水管道测绘和巡线；

(8)所述遗传优化算法主要是用于指导无人机搜索所有没有飞过的管道。

本发明中进一步的，所述无人机的起飞重量只有300-500g，所述无人机的对角线距离170-200mm；所述摄像头的有效像素1000-1200万，所述摄像头的电子快门速度2/8000-1/8000秒；所述无人机悬停精度垂直方向±0.1-0.5m，所述无人机悬停精度水平方向±0.3-1.5m；所述超声波避障***的障碍物感知范围为0.2-0.5m；所述无人机与摄像头、无人机与激光传感器、无人机与超声波避障***以及无人机与探测装置之间均通过固定件可拆卸连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明所采用的激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。

2、本发明可实现利用室内无线通讯技术和无人机卫星定位模块实现无线通讯，数据传输方便快捷。

3、本发明所采用的无人机装置结构简单，体积较小，可灵活地应用于管道安装及检验现场。

4、本发明可精确获得管道上各目标点的精确位置并通过室内定位***实现巡线，测量结果快速而准确。

附图说明

图1为本发明工作流程的结构示意图；

图中：1、室内定位***；2、无人机；3、摄像头；4、激光传感器；5、超声波避障***；6、探测装置；7、检查井安装基站；8、管道。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1，本发明提供以下技术方案：一种无人机排水管道测绘巡线***，包括室内定位***1、无人机2和检查井安装基站7，室内定位***1的下方设置有管道8，管道8远离室内定位***1的一侧设置有检查井安装基站7，室内定位***1的左侧设置有无人机2，无人机2的一侧设置有摄像头3，且无人机2的另一侧设置有探测装置6，摄像头3靠近探测装置6的一侧设置有激光传感器4，激光传感器4远离摄像头3的一侧设置有超声波避障***5。

在本实施例中，无人机2的起飞重量为300g，无人机2的对角线距离170mm。

在本实施例中，摄像头3的有效像素1000万，摄像头3的电子快门速度1/8000秒。

在本实施例中，无人机2悬停精度垂直方向±0.1m，无人机2悬停精度水平方向±0.3m。

在本实施例中，超声波避障***5的障碍物感知范围为0.5m。

在本实施例中，无人机2与摄像头3、无人机2与激光传感器4、无人机2与超声波避障***5以及无人机2与探测装置6之间均通过固定件可拆卸连接。

在本实施例中，所述一种无人机排水管道测绘巡线***的巡线方法，主要包括以下步骤：

(1)寻找无人机：找到目前最袖珍的无人机2，起飞重量为300g，对角线距离170mm；

(2)设备配置：无人机2上分别安装摄像头3、激光传感器4、超声波避障***5和探测装置6，并且在管道8的检查井中安装基站，摄像头3的有效像素1000万，电子快门速度1/8000秒，激光传感器4由激光器、激光检测器和测量电路组成，探测装置6由液压传感器和控制器等组成；

(3)无人机放置：把无人机2放到管道8中；

(4)超声波避障：在管道8内运行过程中，利用超声波投射技术判断障碍物的位置，障碍物感知范围为0.5m，自动飞行，可避开障碍物，遇到管道8淤积可以自动返航；

(5)管道信息测绘：利用无人机2上的摄像头3采集管道8破损和淤积图像，激光传感器4采用激光技术对管道8的尺寸进行测量，利用定位***测定管道8的坐标，从而实现管道8信息的测绘；

(6)管道信息巡线：由于无人机2悬停精度垂直方向±0.1m，水平方向±0.3m，利用探测装置6和遗传优化算法自动搜索所有管道8，就能探测出哪些管道8是相通的，自动得出管网的拓扑结构并生成三维管网，从而避免目前的测绘技术，对于走向不明、存在淤积的管道8无法采用爬行机器人进行探测的问题；

(7)无线通讯：利用室内定位***1，采用无线通讯技术进行定位，检查井安装基站7实现无线通讯，利用无人机卫星定位模块对无人机2定位，追踪路线，从而实现排水管道8测绘和巡线；

(8)遗传优化算法主要是用于指导无人机2搜索所有没有飞过的管道8。遗传优化算法是通过模拟无人机飞行的轨迹搜索最优解的方法。

本发明中无人机2为已经公开的广泛运用与日常生活的已知技术，它的工作原理：是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。

本发明中激光传感器4为已经公开的广泛运用与日常生活的已知技术，它的工作原理：工作时先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲，经目标反射后激光向各方向散射，部分散射光返回到传感器接收器，被光学***接收后成像到雪崩光电二极管上。

本实施例的工作原理：采用无人机2数据采集、激光传感器4和室内定位***1测绘和巡线、利用探测装置6和遗传优化算法自动搜索管道8进行管道8探测、超声波避障***5避开障碍物飞行。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种无人机排水管道测绘巡线***，包括室内定位***(1)、无人机(2)和检查井安装基站(7)，其特征在于：所述室内定位***(1)的下方设置有管道(8)，所述管道(8)远离室内定位***(1)的一侧设置有检查井安装基站(7)，所述室内定位***(1)的左侧设置有无人机(2)，所述无人机(2)的一侧设置有摄像头(3)，且无人机(2)的另一侧设置有探测装置(6)，所述摄像头(3)靠近探测装置(6)的一侧设置有激光传感器(4)，所述激光传感器(4)远离摄像头(3)的一侧设置有超声波避障***(5)。

2.根据权利要求1所述的一种无人机排水管道测绘巡线***，其特征在于：所述无人机(2)的起飞重量为300-500g，所述无人机(2)的对角线距离为170-200mm。

3.根据权利要求1所述的一种无人机排水管道测绘巡线***，其特征在于：所述摄像头(3)的有效像素1000-1200万，所述摄像头(3)的电子快门速度2/8000-1/8000秒。

4.根据权利要求1所述的一种无人机排水管道测绘巡线***，其特征在于：所述无人机(2)悬停精度垂直方向±0.1-0.5m，所述无人机(2)悬停精度水平方向±0.3-1.5m。

5.根据权利要求1所述的一种无人机排水管道测绘巡线***，其特征在于：所述超声波避障***(5)的障碍物感知范围为0.2-0.5m。

6.根据权利要求1所述的一种无人机排水管道测绘巡线***，其特征在于：所述无人机(2)与摄像头(3)、无人机(2)与激光传感器(4)、无人机(2)与超声波避障***(5)以及无人机(2)与探测装置(6)之间均通过固定件可拆卸连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种无人机排水管道测绘巡线***的巡线方法，其特征在于,主要包括以下步骤：

(1)寻找无人机：无人机(2)起飞重量300-500g，对角线距离170-200mm；

(2)设备配置：无人机(2)上分别安装摄像头(3)、激光传感器(4)、超声波避障***(5)和探测装置(6)，并且在管道(8)的检查井中安装基站，摄像头(3)的有效像素1000-1200万，电子快门速度2/8000-1/8000秒，激光传感器(4)由激光器、激光检测器和测量电路组成，探测装置(6)由液压传感器和控制器等组成；

(3)无人机放置：把无人机(2)放到管道(8)中；

(4)超声波避障：在管道(8)内运行过程中，利用超声波投射技术判断障碍物的位置，障碍物感知范围为0.2-0.5m，自动飞行，可避开障碍物，遇到管道(8)淤积可以自动返航；

(5)管道信息测绘：利用无人机(2)上的摄像头(3)采集管道(8)破损和淤积图像，激光传感器(4)采用激光技术对管道(8)的尺寸进行测量，利用定位***测定管道(8)的坐标，从而实现管道(8)信息的测绘；

(6)管道信息巡线：由于无人机(2)悬停精度垂直方向±0.1-0.5m，水平方向±0.3-1.5m，利用探测装置(6)和遗传优化算法自动搜索所有管道(8)，即探测出哪些管道(8)是相通的，自动得出管网的拓扑结构并生成三维管网；

(7)无线通讯：利用室内定位***(1)，采用无线通讯技术进行定位，检查井安装基站(7)实现无线通讯，利用无人机卫星定位模块对无人机(2)定位，追踪路线，从而实现排水管道(8)测绘和巡线。

8.根据权利要求7所述的一种无人机排水管道测绘巡线***的巡线方法，其特征在于,所述遗传优化算法用于指导无人机(2)搜索所有没有飞过的管道(8)。

9.根据权利要求7所述的一种无人机排水管道测绘巡线***的巡线方法，其特征在于,所述无人机(2)的起飞重量300-500g，所述无人机(2)的对角线距离170-200mm；所述摄像头(3)的有效像素1000-1200万，所述摄像头(3)的电子快门速度2/8000-1/8000秒；所述无人机(2)悬停精度垂直方向±0.1-0.5m，所述无人机(2)悬停精度水平方向±0.3-1.5m；所述超声波避障***(5)的障碍物感知范围为0.2-0.5m；所述无人机(2)与摄像头(3)、无人机(2)与激光传感器(4)、无人机(2)与超声波避障***(5)以及无人机(2)与探测装置(6)之间均通过固定件可拆卸连接。