一种城市管网无人机巡检方法及巡检系统与流程

本发明涉及城市管网监测技术领域，尤其是涉及一种城市管网无人机巡检方法及巡检系统。

背景技术：

随着我国城市的快速发展，管线建设里程日益增加，城市管网事故的数量也逐年增加。为了预防城市管线事故、保证城市安全，对城市管网的日常巡检愈发重要。目前，管网巡检工作主要由工人采用人工观察对现有设备设施进行巡查，存在作业强度大、作业周期长，数据不直观、再利用程度不高以及地形复杂地区难以工作等缺点。为了更加高效地监测大范围的管网信息，亟需寻找一种行之有效的城市管网巡检手段。

为更好的加强管网巡检，并解决上述问题，推出以无人机巡检代替人员车辆巡检的方式。使用无人机进行城市管网巡检，具有部署方式灵活、巡检范围广、不受地面地形环境影响等独特优势，从更广阔的视角获取大面积管网的周边环境信息，对城市管网的运行状态监管不再是“只见树木、不见森林”。

在管网无人机巡检系统中，通过移动终端与无人机之间的通讯，可以对城市管线进行监控，控制无人机合理完成管网巡检任务。目前，管网无人机巡检还存在一些不足，如缺乏路线规划功能或路线规划效率低、从无人机拍摄的图像中提取到的信息有限、信息化集成水平低等问题，无法保证城市管线巡检的效率与安全性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种路线规划效率高、可靠的城市管网无人机巡检方法及巡检系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种城市管网无人机巡检方法，包括以下步骤：

1)获取巡检区域面积和无人机飞行参数；

2)基于所述无人机飞行参数获得无人机定点拍摄参数，根据所述无人机定点拍摄参数将巡检区域面积等分，获得若干巡检区域等分面；

3)判断各等分面上各点位拍摄的图像是否包含巡检区域，若是，则保留该点位，若否，则放弃该点位；

4)将保留的所有点位相连，构建获得无人机巡检路线；

5)基于所述无人机巡检路线完成城市管网巡检，且巡检过程中自动避障。

进一步地，所述获取巡检区域面积时，巡检区域边界点通过地图打点方式获得。

进一步地，所述无人机飞行参数包括飞行高度、返航高度、飞行半径、飞行速度和相机视角。

进一步地，所述无人机定点拍摄参数包括航向点位间隔和旁向点位间隔。

进一步地，进行所述巡检区域面积等分时，将巡检区域构建为规则区域。

进一步地，步骤3)中，若当前点位位于路线转弯位置，则保留该点位。

进一步地，在步骤5)的城市管网巡检过程中，记录无人机实时航拍轨迹，将该实时航拍轨迹与无人机巡检路线进行比对，基于比对结果判断无人机巡检过程是否合格。

进一步地，所述比对结果包括航线弯曲度、图像旋角、图像航向重叠率和图像旁向重叠率。

进一步地，完成所述城市管网巡检后，无人机自动返回巡检起航位置。

本发明还提供一种城市管网无人机巡检系统，包括无人机和控制终端，所述控制终端包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器调用所述计算机程序执行如所述的城市管网无人机巡检方法的步骤1)-步骤4)，获得无人机巡检路线，所述无人机基于所述无人机巡检路线执行步骤5)。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明综合了无人机飞行高度、速度、相机角度等数据进行巡检航线分析，可以最优的城市管网巡检路线，提高管网无人机巡检的效率，加强管网巡检精细化管理的建设，解决了原有研究方法存在的无人机路线规划效率低、信息化集成水平低等问题，保证城市管网巡检的效率与安全性。

2)本发明采用无人机进行城市管网巡检，方便实现巡检过程的自动避障，提高巡检效率。

3)对于面状区域巡检，传统的路线规划存在适用性缺陷，路径节点搜索效率低、收敛时间长的问题，本发明在巡检路线规划过程中，通过把巡检区域划分成矩形格网，将格网简化成二维数组，判断数组是否选取作为拍摄点并作出标记，进而生成巡检路线，优化了传统方法中搜索效率低、收敛时间长等问题，有效提升了管网巡检应用的适用性与信息化水平。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图；

图2为本发明巡检区域的划分示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供一种城市管网无人机巡检方法，基于无人机路线规划模型综合无人机飞行高度、速度、相机角度等数据进行巡检航线分析，寻求最优的管网巡检路线，以提高管网无人机巡检的效率，加强管网巡检精细化管理的建设。

如图1所示，该巡检方法包括以下步骤：

步骤01、获取巡检区域面积s。获取巡检区域面积时，巡检区域边界点通过地图打点方式获得。

步骤02、设置并获取无人机飞行参数。无人机飞行参数包括飞行高度、返航高度、飞行半径、飞行速度和相机视角等。

步骤03、基于所述无人机飞行参数，根据巡检路线规划模型计算定点拍摄点位坐标(xi,yi)，计算拍摄图像面积。

步骤04、基于所述无人机飞行参数获得无人机定点拍摄参数，无人机定点拍摄参数包括航向点位间隔和旁向点位间隔。

根据飞行高度h、相机视角α，可计算得出飞行中单次拍摄像片所对应的地面面积为结合像片航向重叠率px、像片旁向重叠率sx，可计算得出定点拍摄航向点位间隔δx和旁向点位间隔δy。

步骤05、根据所述无人机定点拍摄参数将巡检区域面积等分，获得若干巡检区域等分面，如图2所示。进行所述巡检区域面积等分时，将巡检区域构建为规则区域。

步骤06、判断各等分面上各点位拍摄的图像是否包含巡检区域，若是，则保留该点位，若否，则执行步骤07。

步骤07、为了提高精度，需要进一步判断点位是否满足垂直转向规则，若满足，则当前点位位于路线转弯位置，执行步骤09，若否，则执行步骤08。

步骤08、舍弃当前点位。

步骤09、基于步骤06-08获得所选取的所有点位。

步骤10、将保留的所有点位相连，构建获得无人机巡检路线。

步骤11、基于所述无人机巡检路线完成城市管网巡检，定点拍摄图像，且巡检过程中自动避障。

步骤12、完成所述城市管网巡检后，无人机自动返回巡检起航位置。

步骤13、记录无人机实时航拍轨迹，将该实时航拍轨迹与无人机巡检路线进行拟合，判断航迹拟合是否合格，航迹拟合所判定的参数包括航线弯曲度和图像旋角。其中，航线弯曲度以最大弯曲的矢距δ与航线长度l之比来表示，通常要求不超过3％。图像旋角为相邻图像的主点连线与像幅沿航线方向两框标连线间的夹角，，以k表示，一般要求k角不超过6°，最大不超过8°。

步骤14、对飞行成果是否符合要求进行判断。飞行成果判断参数包括图像航向重叠率和图像旁向重叠率。其中，根据航空摄影测量作业的需要，航向重叠度一般规定为60％，旁向重叠率为35～15％，最小不少于13％。

在某一实施例中，上述巡检方法可由一种城市管网无人机巡检系统，包括无人机和控制终端，所述控制终端包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器调用所述计算机程序执行如所述的城市管网无人机巡检方法的步骤01-步骤10和步骤13-步骤14，获得无人机巡检路线，所述无人机基于所述无人机巡检路线执行步骤11-步骤12。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由本发明所确定的保护范围内。