本发明涉及无人机，特别是一种基于无人机的信号遮挡桥梁健康状态检测的中继系统。
背景技术：
1、现有技术中，cn 115981355 a公布了一种可快速精准降落的无人机自动巡航系统，包括无人机、无人机遥控设备、gps定位设备、无人机起降平台、视觉识别标识和巡航控制设备；cn 109445454 a提供一种用于桥梁检测的无人机绕梁巡航检测方法，可对桥梁立柱进行全自动精准检测，消除检测盲区，保证检测数据的全面和准确；cn 113821044 a提供一种基于强化学习的桥梁检测无人机自主导航与稳定控制方法，以解决针对无人机桥梁检测技术存在的桥下定位信号缺失、强风干扰下无法稳定飞行控制的问题；cn 114778551 a提供一种基于激光和机器视觉融合的无人机桥梁表观病害检测方法；cn 106645205 a提供一种无人机桥梁底面裂纹检测方法及系统。
2、然而上述专利所涉及的无人机中继系统在实际应用中还存在很多的不足：
3、上述专利中无人机系统依赖gps进行定位和导航，然而在桥底、隧道等复杂环境中，gps信号容易受到桥梁结构的遮挡或干扰，导致信号不稳定甚至完全丢失。这使得无人机在这些区域无法精确定位，导致无法自主完成飞行任务。现有的基于gps的无人机系统在桥底环境中存在严重局限性，容易导致检测任务的中断或失败。现有的基于单一传感器的定位技术在视觉特征不足、环境光照不稳定或存在动态障碍物的情况下，容易出现定位漂移、数据失真或信号噪声问题，导致飞行轨迹不稳定，进而影响检测精度。
4、在桥底检测环境中，无人机不仅要进行精确的导航定位，还需要实时感知周围的障碍物(如桥梁支撑、缆索等)并进行自主避让。现有无人机的避障技术在复杂环境中表现出较大局限性，尤其在空间狭小、障碍物密集或飞行速度较快的情况下，容易发生碰撞或姿态失稳。在桥底等信号遮挡环境中，无人机与地面控制站之间的通信链路也会受到严重影响。现有系统大多依赖传统无线电通信，当无人机进入桥底等区域时，信号容易受到遮挡或干扰，造成数据传输不稳定甚至中断。这种情况下，检测数据无法及时回传至地面控制站，无法实时对检测结果进行分析和处理，影响了检测效率和效果。
技术实现思路
1、鉴于现有技术存在的问题，提出了本发明。
2、因此，本发明所要解决的问题在于如何解决无人机在桥底、隧道这些区域无法精确定位，桥底环境下无人机定位与飞行稳定性，无人机自主避障与飞行稳定性，通信链路不稳定问题。
3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
4、第一方面，本发明实施例提供了一种基于无人机的信号遮挡桥梁健康状态检测的中继系统，其包括构建中继系统，包括部署地面终端、无人机载中继单元、桥梁结构信息收集单元、桥梁表面病害信息收集单元、数据存储单元及无人机地面站；
5、地面终端固定安装于桥梁侧面，通过多传感器融合模块持续采集桥梁振动信号；无人机搭载相机和激光雷达，采集桥梁表面病害信息；
6、无人机进入信号遮挡区域时，中继系统自动切换通信模式：
7、a)地面终端作为中继节点，接收无人机数据并转发至基站；
8、b)无人机编队模式下，主机无人机作为中继节点，接收从机无人机数据并转发；
9、地面终端或基站将采集的数据上传至云平台，通过模态分析方法提取桥梁健康状态关键参数，生成评估报告；
10、中继系统实时监测信号强度，当所有通信路径均不满足要求时，触发异常处理机制，暂存数据并在信号恢复后重新上传。
11、作为本发明所述基于无人机的信号遮挡桥梁健康状态检测的中继系统的一种优选方案，其中：所述地面终端单元为桥梁健康监测的核心控制与通信中继节点，用于桥梁振动信号的采集、无人机通信中继及数据管理与传输；
12、所述地面终端单元在无人机执行巡检任务时，且在信号遮挡环境下，通过中继功能保障数据传输的完整与准确，所述地面终端根据实际通信环境在wi-fi、lora及公共通信网络之间切换，所述地面终端对采集的桥梁振动信号及巡检数据进行处理和暂存，确保数据的连续和完整。
13、作为本发明所述基于无人机的信号遮挡桥梁健康状态检测的中继系统的一种优选方案，其中：所述无人机载中继单元用于桥梁健康监测过程中提供的通信中继功能，且在信号受遮挡或通信链路中断的情况下，确保数据传输的连续；
14、所述无人机载中继单元通过集成通信5ghz wi-fi和lora模块，实现与地面终端或其他无人机的可靠通信，在巡检过程中，当无人机与地面终端的直接连接受阻时，中继单元可自动切换为主机角色，作为中继节点，为其他无人机提供通信支持。
15、作为本发明所述基于无人机的信号遮挡桥梁健康状态检测的中继系统的一种优选方案，其中：所述桥梁结构信息收集单元用于在桥梁健康监测过程中采集桥梁结构的动态特性数据，主要包括桥梁的振动信号、位移、倾斜角度及其他结构相关的物理参数，所述桥梁结构信息收集单元集成多种高精度传感器模块，通过实时采集桥梁的结构状态信息，为桥梁健康状态的分析和评估提供重要数据。
16、作为本发明所述基于无人机的信号遮挡桥梁健康状态检测的中继系统的一种优选方案，其中：所述桥梁表面病害信息收集单元用于在桥梁健康监测过程中对桥梁表面的病害信息进行采集，主要包括裂缝、腐蚀、剥落等病害特征的检测与记录；所述桥梁表面病害信息收集单元集成高清摄像头、红外传感器的成像设备，能够在复杂的桥梁环境下采集高分辨率的图像和其他相关数据，为桥梁表面病害的评估提供基础数据。
17、作为本发明所述基于无人机的信号遮挡桥梁健康状态检测的中继系统的一种优选方案，其中：所述数据存储单元用于存储在桥梁健康监测过程中采集的各类数据，包括桥梁结构的振动信号、位移数据、倾斜角度信息以及桥梁表面病害的图像数据；所述数据存储单元通过高速存储设备，能够实时记录来自多传感器模块的数据；
18、所述无人机地面站用于无人机桥梁健康监测系统中的指挥与控制中心，负责无人机的飞行控制、数据管理、任务调度以及通信中继功能；该地面站通过无线通信链路与无人机进行实时通信，接收无人机传输的桥梁检测数据，同时发送控制指令，以确保巡检任务顺利完成。
19、作为本发明所述基于无人机的信号遮挡桥梁健康状态检测的中继系统的一种优选方案，其中：所述无人机进入信号遮挡区域时，中继系统自动切换通信模式：
20、当无人机巡检不进行的情况下，地面终端固定安装在桥梁的侧面，持续采集桥梁的振动信号；地面终端通过多传感器融合模块，将振动信号传输至附近的基站，再由基站将数据上传至云端平台，在云端数据平台上，中继系统通过模态分析方法对桥梁的振动特征进行分析，提取固有频率、阻尼比的参数，评估桥梁的健康状态：具体流程如下：
21、中继系统通过地面终端对桥梁的振动信号进行实时监测，地面终端固定安装在桥梁的结构节点处，通过集成的多传感器融合模块＝进行振动信号的采集；
22、振动数据通过linux控制器进行初步处理，经过预处理的振动数据存储在地面终端的数据存储模块；
23、地面终端通过lora无线通信模块将振动信号上传至云端服务器进行集中存储和管理；当地面终端与基站的通信链路断开时，中继系统将自动遍历周围的其他地面终端，并通过wi-fi或lora建立连接；中继系统通过可连接的地面终端将数据传输至云端，确保数据的及时上传；
24、在数据传输过程中，中继系统会对不同节点的数据进行区分，并标注出哪些节点的通信链路出现断连，确保在后续的数据分析和维护中有清晰的追溯记录；同时，中继系统能够根据节点连接状态动态调整通信路径，保障桥梁健康状态监测的连续性；在云端平台上，数据通过模态分析方法进行深度分析，提取桥梁的固有频率、阻尼比等关键参数。根据这些参数，中继系统生成桥梁健康状态评估报告，并为后续维护提供参考；
25、中继系统设置异常信号的实时检测功能，及时识别振动信号中的显著频率变化或模态异常，当桥梁振动信号中出现异常时，中继系统将自动触发预警，通知相关维护人员进行检查和维护，确保桥梁的安全性。
26、作为本发明所述基于无人机的信号遮挡桥梁健康状态检测的中继系统的一种优选方案，其中：所述当无人机进入桥梁底部等复杂结构区域进行巡检时，由于桥梁底部结构的遮挡，直接与基站或地面终端的无线通信链路可能被阻断，包括地面终端作为中继节点和无人机编队中继模式，具体如下：
27、所述基于地面终端作为中继节点：
28、当无人机巡检时，地面终端通过自动切换机制，根据通信环境的信号强度在wi-fi模块和lora模块之间自动切换，若无人机在桥底部巡检时直接与基站通信受阻，地面终端将作为中继节点，接收无人机传输的数据，并通过地面终端将数据传递至基站，确保桥梁检测数据的实时和完整；具体流程如下：
29、当无人机开始对桥梁底部进行巡检时，首先通过5ghz wi-fi和lora通信模块，与地面终端和基站同时建立通信连接，无人机与基站的通信链路用于接收无人机采集的桥梁病害图像数据，同时无人机与地面终端的通信链路保持静默状态；
30、在无人机巡检的过程中，中继系统会实时监测与基站的通信信号强度，当无人机进入桥梁底部等结构复杂的区域时，由于遮挡或信号衰减，中继系统会自动检测到无人机与基站的通信信号受阻；
31、当检测到无人机无法与基站直接通信时，中继系统自动切换至地面终端作为中继节点的模式，此时，无人机将采集到的桥梁病害图像数据通过wi-fi或lora模块发送至地面终端；
32、地面终端作为中继节点，负责接收无人机传输的数据，该数据包括桥梁表面裂纹、螺纹病害，桥体锈蚀图像的信息。地面终端通过其内部的缓存和数据处理模块，对接收到的数据进行初步的预处理。
33、作为本发明所述基于无人机的信号遮挡桥梁健康状态检测的中继系统的一种优选方案，其中：所述地面终端在收到无人机的数据后，会通过与基站的lora通信链路将这些数据传输至基站，当无线信号环境较差，地面终端具有自动选择最佳信号的能力，确保数据传输的稳定；
34、基站接收到地面终端传输的数据后，将其上传至云端服务器进行集中处理和存储，此时，中继系统通过分析平台对数据进行深度分析，生成桥梁健康状态报告。
35、作为本发明所述基于无人机的信号遮挡桥梁健康状态检测的中继系统的一种优选方案，其中：所述无人机编队中继模式：在某些复杂情况下，地面终端可能无法直接与巡检中的无人机连接，引入了无人机编队协同工作模式；无人机编队分为主机无人机和从机无人机；当地面终端无法与无人机直接通信时，系统中的无人机会自动调整为主从结构：
36、主机无人机作为中继节点：主机无人机负责与地面终端保持连接，并将接收到的巡检数据回传给地面终端或基站；
37、从机无人机：无法直接与地面终端通信的无人机将数据传输给能够与地面终端连接的主机无人机，主机无人机充当中继，将这些数据回传至地面终端或基站。
38、第二方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的基于无人机的信号遮挡桥梁健康状态检测的中继系统的步骤。
39、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的基于无人机的信号遮挡桥梁健康状态检测的中继系统的步骤。
40、本发明有益效果为：本发明提出的中继通信机制有效解决了桥梁底部和其他复杂结构区域内信号遮挡问题。通过地面终端和无人机编队中继模式，无人机能够在复杂环境中保持与地面终端或基站的可靠通信，确保检测数据的实时性和完整性。
41、本发明引入了地面终端作为中继节点和无人机编队协同工作模式。无论是地面终端作为中继，还是无人机之间的主从结构调整，都为系统提供了极大的灵活性，能够适应不同桥梁结构和环境下的巡检需求，保证数据的顺利传输。
42、除了无人机巡检模式，本发明还提供了地面终端持续监测桥梁振动信号的机制。即使无人机不在执行巡检任务，地面终端也能够实时监控桥梁的健康状态，通过多传感器融合技术采集和传输数据，确保桥梁在日常运行中的安全性。
43、系统通过模态分析等方法，对桥梁的振动特征进行深入分析，提取出固有频率、阻尼比等关键参数。这些数据能够精确评估桥梁的健康状态，帮助预判潜在的结构性风险，为桥梁维护提供依据。此外，系统还集成了图像处理和模式识别算法，用于识别桥梁表面病害，如裂缝、锈蚀、剥落等。通过无人机搭载的高分辨率摄像头，获取桥梁表面的高清图像，并结合病害识别算法，对桥梁表面的结构性损伤进行自动检测和分类。