一种无人机倾斜摄影相机结合的飞机机身上表面检查方法与流程

本发明涉及民航客机维修维护领域，特别涉及一种无人机倾斜摄影相机结合的飞机机身上表面检查方法。

背景技术：

随着航空业和飞机制造技术的不断发展，越来越多的大型喷气式客机投入民航运行，相应的，对飞机的维修，特别是机翼的维修，提出了更多的要求，有大量的设备被相继研发出来，用以提高机翼的维修检测效率。在机翼维修方面，专利编号cn201820470984，提供了一种飞机维修中的机翼检测装置，以及专利编号cn201520886926，提供了一种飞机维修中的机翼检测机构。这些专利保护的是专门的飞机机翼检测设备，用专门的检测设备来代替人工检测飞机机翼是否需要维修，提高了检测的效率。

但不难看出，这样的检测方法虽然检测效率与人工检测相比有所提升，但还是需要将飞机机翼拆卸下来，放入专门的检测设备进行检测，这样的拆卸工作，仍然比较消耗人力和时间，在进行定期例行检测时，那些原本不需要维修的机翼，为了确定其表面是否破损，仍然需要拆卸、进行全面扫描、安装，不仅耽误时间和人力，而且会因为这样的拆卸、测试、安装而产生破损，给维修带来更大的工作量。

另外，不同飞机机翼构型不同，面对航空公司运行的庞大机队，需要十几种专用检测设备才能满足机务维修人员的需求，通用性不强。

再次，一架飞机从投入飞行到最后退役，只有十几年时间，频繁的拆卸机身机翼进行检修，减少了机身机翼材料使用寿命，增加了运营成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种无人机倾斜摄影相机结合的飞机上表面检查方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种无人机倾斜摄影相机结合的飞机机身上表面检查方法，步骤包括：

s1，根据飞机的机型选择无人机机型，确定倾斜摄影云台相机参数；

s2，在已知受损点的情况下，无人机机型执行受损点检查作业流程；在受损点未知的情况下，无人机机型执行关键点无人机检查作业流程，受损点检查作业流程或关键点无人机检查作业流程中，无人机机型按照预先设定的飞行路径飞行，倾斜摄影云台相机同时采集数据；

s3，根据倾斜摄影云台相机获得的采集数据建立三维模型，对可疑受损点或受损点进行标记；

s4，根据标记，评估损伤情况。

根据飞机的机型选择无人机机型，确定倾斜摄影云台相机参数的步骤包括：

根据飞机机型对应的机翼长度和飞机长度，预估无人机飞行距离和电池容量；

根据飞机机型对应的翼展和飞机高度，确定倾斜摄影云台相机夹角和无人机飞行高度。

设定飞行路径步骤包括：依据飞机机身、机翼和尾翼上表面布局，采用二维水平航迹规划方法，设置voronoi图中多边形的权重；建立目标函数，进行收敛计算，求出代价最小的无人机飞行路径。

设定飞行路径步骤包括：采用图像处理的方法，提取安全预期拓扑结构，利用二维a*算法求解最短的无人机飞行路径。

受损点检查作业流程中的飞行路径为：

当受损点位置位于机翼两段连线靠近机身前部时，无人机从机身前部起飞，以直线轨迹飞向受损点位置，以受损位置为中心，以预先设定的飞行半径值，在无人机飞行高度，绕圆形路径飞行，受损点检测完毕后，无人机按原路径返回；

当受损点位置位于机翼两段连线靠近尾翼后部时，无人机从机身后部起飞，以直线轨迹飞向受损点位置，以受损位置为中心，以预先设定的飞行半径值，在无人机飞行高度，绕圆形路径飞行，受损点检测完毕后，无人机按原路径返回。

关键点无人机检查作业流程中的飞行路径为：

s11、从机头中间点起飞，沿机身按照直线轨迹飞向机身长度中点；

s12、从机身长度中点按照直线轨迹飞向左翼端点；

s13、从左翼端点按照直线轨迹飞向机尾中点；

s14、从机尾中点沿机身按照直线轨迹飞向机身长度中点；

s15、从机身长度中点按照直线轨迹飞向右翼端点。

采用两个无人机，关键点无人机检查作业流程中的飞行路径为：

第一个无人机在距离飞机机头第一阈值处起飞，沿着与机身平行的直线轨迹，从飞机机头向左机翼中点飞行，然后从左机翼中点以直线轨迹飞向机尾中点；

第二个无人机飞行的路径与第一个无人机的飞行路径以机身为基准，呈镜像分布。

采集数据包括：相机镜头数据、经纬度、航向角、俯仰角、翻滚角。

判断受损点或者可疑受损点的具体步骤包括：

s21、对三维模型进行目视检查，标记疑似受损点；

s22、调取疑似受损点的高清照片，将高清照片与出厂模型或上一次维修备份模型进行对比，将疑似受损点标记为受损点，将疑似受损点标记为受损点需要满足的条件包括：色泽发生明显变化；出现长度大于0.1cm的划痕；出现起泡变形；出现长度大于0.1cm的裂纹；出现半径大于0.3cm的凹坑；机身机翼表面的铆钉发生明显间隙；铆钉周围有黑眼圈或黑色尾迹或者发生卷边翘起现象。

一种无人机倾斜摄影相机结合的飞机机身上表面检查系统，包括无人机和倾斜摄影相机，还包括至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器；存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述任一方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明将无人机与倾斜云台摄影相机进行组合，给出了不同飞机机型的上表面检查策略，无需对飞机的部件进行拆卸，即可全面、高效、准确地对飞机上表面进行检查，为后续维修方案的制定提供了数据支撑，提高了飞机维修的效率。

2、提出了用于飞机上表面机身机翼检测无人机的飞行路线规划方法，避免了检测飞行路线的重复性。

3、形成双无人机协同机制下的双机多关键点检查方案，对飞机机身、机翼、尾翼上表面实景建模，有效的提高了检查维修的效率。

4、本发明维修检查的方法具有较强的通用性，只需要调整参数，就能对不同的飞机机型完成数据的收集、检查，降低了维修的成本，具有显著的经济效益。

附图说明

图1为一种无人机倾斜摄影相机结合的飞机机身上表面检查方法流程图；

图2为实施例1中圆形路径包含的区域示意图；

图3为实施例1中采集数据格式图；

图4为实施例1中单个无人机飞行路径图；

图5为实施例1中双无人机飞行路径图；

图中标记：1-机头，2-机身长度中点，3-左翼端点，4-机尾中点，5-右翼端点，6-左侧位置，7-左机翼中点，8-右侧位置，9-右机翼中点。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

一种无人机倾斜摄影相机结合的飞机机身上表面检查方法，检查的范围涉及机头与机翼中选线与机尾三点连线的上半部分、机翼、尾翼，流程图如图1所示，包含以下步骤：

s1，根据飞机的机型选择无人机机型，确定倾斜摄影云台相机参数。

翼展的长度和飞机的长度会直接影响无人机作业的路径长度，路径长度越长，则所需的无人机的电池容量越大，所以需要根据飞机的机翼长度和飞机的长度预估无人机飞行的距离，从而估算出无人机电池容量的最小值，在考虑成本的情况下，当无人机机型的电池容量大于等于电池容量的最小值，就认定为可用于执行飞机机身上表面检查的任务。

根据飞机机型的翼展和高度，确定倾斜摄影云台相机夹角和无人机飞行高度。倾斜摄影云台相机夹角根据无人机飞行高度，取值范围为大于等于倾斜角度最小值，并且小于等于倾斜角度最大值，超出这个倾斜角度范围，会造成不能完整拍摄出翼展的照片、拍摄照片的精度不能满足三维建模的精度要求等问题。作为本发明的优选方案，无人机飞行高度大于等于飞机上表面2.5米的前提下，倾斜角度最小值的典型取值为30°，倾斜角度最大值的典型取值为45°。

s2，无人机机型按照预先设定的飞行路径飞行，倾斜摄影云台相机同时采集数据。

在已知飞机受损原因的前提下(例如，已经明确知道飞机左机翼与维修仓库大门发生了碰撞)对受损点进行检查，执行受损点检查作业流程。在飞机受损情况未知，进行例行检测时，执行关键点无人机检查作业流程。

受损点检查作业流程步骤包括：

第一步：受损情况登记，记录受损原因、日期、受损位置等。

第二步：依据第一步确定的受损位置，设定无人机飞行路径。

依据二维航迹规划方法，采用水平航迹规划方式，设置voronoi图中多边形设置权重，建立目标函数求代价最小飞行路径。另外可以采用图像处理的方法，提取安全预期拓扑结构，从而利用二维a*算法求解最短路径。一种典型的无人机飞行路径设定的主要步骤包括：(1)确定受损点位置；(2)受损点位置位于机翼两段连线靠近机身前部时候，无人机从机身前部起飞，直飞受损位置，并以受损位置为中心，半径值为r的圆形路径飞行；(3)受损点位置位于机翼两段连线靠近尾翼后部时候，无人机从机身前部起飞，直飞受损位置，并以受损位置为中心，半径值为r的圆形路径飞行；(4)受损点检测完毕后，无人机按起飞路径返回。

半径值为r的圆形路径包含的区域示意图如图2所示，圆形路径的半径值r的取值为r1、r2或r3。受损点为严重受损时，圆形路径的半径值为第一半径值r1，受损点为轻微受损时，圆形路径的半径值为第二半径值r2，已知飞机受损部位，但是不清楚受损情况时，圆形路径的半径值为第三半径值r3，其中r1＜r2＜r3。

第三步：对受损位置进行数据采集。

采集数据包括：相机镜头数据、经纬度、航向角、俯仰角、翻滚角等。采集数据格式如图3所示。

关键点无人机检查作业流程步骤包括：

第一步：受损情况登记。记录受损原因、日期、上一次维修日期、维修原因。

第二步：设定关键点检查无人机飞行路径。依据二维航迹规划方法，采用水平航迹规划方式，设置voronoi图中多边形设置权重，建立目标函数求代价最小飞行路径。另外可以采用图像处理的方法，提取安全预期拓扑结构，从而利用二维a*算法求解最短路径。其中的单个无人机飞行路径如图4所示，无人机从机翼两段连线机身前部机头1起飞，通过机身长度中点2后，飞向点左翼端点3，然后飞向点机尾中点4，最后沿机身向机头1方向飞向机身长度中点2，最后飞向右翼端点5。

还可采用双无人机对飞机上表面数据进行采集，双无人机飞行路径如图5所示，两个无人机从与机头中点距离为k(此时k为第一阈值)的左侧位置6和右侧位置8同时起飞，左侧的无人机为第一个无人机，其沿着平行于机身方向的直线轨迹飞行到左机翼中点7，右侧的无人机为第二个无人机，其沿着平行于机身方向的直线轨迹飞行到右机翼中点9，最后第一个无人机和第二个无人机同时飞向机尾中点4。

第三步：飞行过程中倾斜摄影云台相机对飞机表面采集数据。

采集的数据包括：相机镜头数据、经纬度、航向角、俯仰角、翻滚角等。采集数据格式如图3所示。

s3，根据倾斜摄影云台相机获得的采集数据建立三维模型，对受损点或者可疑受损点进行标记。

建立三维模型的步骤包括：综合相机镜头数据、pos数据和像控点数据；检测筛选数据；空三加密，联合平差；瓦片分割；三维重建。

由于模糊的或变形的相机镜头数据会影响三维建模的质量，所以在检测筛选数据过程中去掉模糊或变形的照片。

在受损点已知的情况下，输出受损区域模型后，将受损区域模型与出厂模型或上一次维修备份模型进行对比，标记出受损点、并获取受损点的尺寸信息。

在受损点未知的情况下，对三维模型进行目视检查，标记疑似受损点；调取疑似受损点的高清照片，将高清照片与出厂模型或上一次维修备份模型进行对比，将疑似受损点标记为受损点，将疑似受损点标记为受损点的条件包括：色泽发生明显变化；出现长度大于0.1cm的划痕；出现起泡变形；出现长度大于0.1cm的裂纹；出现半径大于0.3cm的凹坑；机身机翼表面的铆钉发生明显间隙；铆钉周围有黑眼圈或黑色尾迹或者发生卷边翘起现象等。

s4，根据标记，评估损伤情况。

损伤程度的判断依据如表1所示，损伤等级的判断如表2所示，根据损伤程度和损伤等级，判断是拆卸维修还是原状态维修。从三维模型中可以精确测量受损部位的尺寸信息，在制定维修方案时，可以精确描述受损部位的尺寸以及所需备用材料的尺寸信息。

表1损伤程度的判断依据

表2损伤等级的界定

一种无人机倾斜摄影相机结合的飞机上表面检查系统，包括无人机和倾斜摄影相机，还包括至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器；存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述任何一项方法。