一种桥梁检测无人机路径规划的方法.pdf

(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CN107450576A(43)申请公布日2017.12.08(21)申请号201710608138.3(22)申请日2017.07.24(71)申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室(72)发明人莫宏伟曲贺(51)Int.Cl.G05D1/08(2006.01)G05D1/10(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图5页(54)发明名称一种桥梁检测无人机路径规划的方法(57)摘要本发明公开了一种桥梁检测无人机路径规划的方法，属于无人机路径规划技术领域。它具体包括以下主要过程：利用沿边飞行的方法获取桥梁的轮廓信息，基于栅格法的环境模型构建，目标区域分解，相邻子区域的衔接，子区域最优路径的遍历，桥底面的全覆盖遍历。本发明算法理论上重复率低，覆盖率高，不存在检测盲区；算法简单，容易实现。本发明算法能够较好的满足无人机对桥底面进行全覆盖遍历路径规划的任务。CN107450576ACN107450576A权利要求书1/2页1.一种桥梁检测无人机路径规划的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：信息获取、记录桥梁边界，根据无人机沿桥梁底面边界飞行，获取桥梁轮廓信息；步骤二：信息获取是否结束，如果信息获取结束则进行步骤三，否则返回步骤一；步骤三：基于栅格法的环境建模，对步骤一获取的信息进行标记，得到数字地图；步骤四：目标区域分解，应用矩形分解法将桥底面分解为若干个矩形子区域；步骤五：相邻子区域的衔接，根据目标区域分解的结果，选择相邻子区域衔接的方法；步骤六：子区域的迂回遍历，结合无人机转弯次数的能量分析，采用横向迂回模板依次对各个子区域进行遍历；步骤七：如果子区域遍历结束进行步骤八，否则返回步骤六；步骤八：相邻子区域迂回遍历，当前子区域遍历结束后对相邻子区域进行遍历；步骤九：相邻子区域遍历是否结束，如果结束进行步骤十，否则返回步骤八；步骤十：所有子区域遍历是否结束，如果所有子区域遍历结束则该算法结束，否则进行遗漏区域补充遍历并返回步骤十。2.根据权利要求1所述的一种桥梁检测无人机路径规划的方法，其特征在于，所述的步骤一信息获取采用的规则为：通过四旋翼上的四个超声波传感器对边缘进行检测(超声波发射端竖直向上)，通过加速度计和陀螺仪记录了无人机自身位置的变化，无人机在沿边飞行的过程中只进行90°转弯。3.根据权利要求1，2所述的一种桥梁检测无人机路径规划的方法，其特征在于，所述的步骤三中栅格法为：每个栅格对应一个三维状态量(i,j,k)来描述，其中(i,j)表示栅格在数字地图中所处的位置；k为栅格的属性，为1时表示该栅格被无人机遍历过，如图3阴影部分所示，为0时则表示未被无人机遍历过；根据无人机机载摄像头与桥底面之间的高度h按照如下公式计算栅格的长和宽：W＝2h*tan(α/2)L＝2h*tan(β/2)其中W为栅格的宽，L为栅格的长，α和β分别为对应夹角。4.根据权利要求1，3所述的一种桥梁检测无人机路径规划的方法，其特征在于，所述的步骤四中还包括：根据实际桥长进行区域分解时分两种情况：一是桥长过长，二是桥长不足以导致无人机偏离预设路线，若桥长大于设定阈值，则采用横纵结合的方式分解，若小于等于阈值，则采用横向分解。5.根据权利要求1，4所述的一种桥梁检测无人机路径规划的方法，其特征在于，所述的步骤五中若采用横纵结合方式分解的子区域，则采用首位相连的形式将子区域依次衔接，若采用横向分解的子区域，则采用“蛇形”迂回的方式将子区域依次衔接。6.根据权利要求1所述的一种桥梁检测无人机路径规划的方法，其特征在于，所述的步骤六中迂回遍历为：无人机以相对短的距离进行侧移，以合适的较长距离向相邻区域扩展清扫，其中，较短距离称作侧移距离，较长距离称作清扫距离。7.根据权利要求1，5所述的一种桥梁检测无人机路径规划的方法，其特征在于，所述的2CN107450576A权利要求书2/2页步骤六中在确定飞行方向之前，对无人机运动过程的能量消耗的分析方法为：总能量消耗：E＝Es+Ex转弯时的能量消耗：Ex＝NE0直线飞行的能量消耗：无人机消耗的总能量为：E＝FsS+NE0其中，N为转弯次数，F为驱动力，为一次转弯所消耗的能量，S为直线飞行距离。3CN107450576A说明书1/6页一种桥梁检测无人机路径规划的方法技术领域[0001]本发明属于无人机路径规划技术领域，具体涉及一种桥梁检测无人机路径规划的方法。背景技术[0002]随着当今社会经济的高速发展，越来越多的高危工作从事者将被人工智能所取代。近年来，随着航拍技术的不断发展，无人机应用更多地渗透到各行各业。无人飞行器可分许多类别，其中无人多旋翼飞行器因结构简单、价格