[发明专利]一种基于无人机灾区道路快速跟踪巡检系统

说明书

本发明公开了一种基于无人机的灾区道路快速跟踪巡检系统，属于无人机技术领域。无人机因其较高的便携性，机动性，常用于执行跟踪巡检任务。发明针对自然灾害发生后，灾区道路损毁信息不明确，严重影响应急救援工作开展的问题，拟设计基于无人机的灾区道路跟踪巡检系统。研究复杂地形环境和恶劣气候条件下，具有强稳定性，强机动性，强鲁棒性的无人机控制算法、自主避障策略和灾区道路的快速识别提取、无人机快速巡检道路以及道路损毁程度的评估等问题。

技术领域

本发明设计一种基于无人机灾区道路快速跟踪巡检系统，可以应用于地质灾害发生后的救灾抢险工作，属于无人机技术领域。

背景技术

我国山区分布广，公路建设中形成了复杂的山区道路。近年来，地震、暴雨、泥石流等自然灾害频发，造成了严重的人员伤亡和巨大的经济损失。灾害发生之后，灾区地面交通瘫痪，通信不畅，无法准确掌握灾情，严重影响了救援工作的开展。尤其不能及时掌握灾后道路损毁位置和损毁程度等信息，严重阻碍了救援队伍和救援物资进入灾区。因此，在自然灾害发生后快速准确的获得灾区道路损毁信息，对道路抢通、人员搜救等救援工作具有重大意义。

在阴雨天气，由于卫星遥感受到云层遮挡的影响，分辨率不是很高，不能精确地反应灾区道路损毁情况。而无人机作为一种操控简便、机动灵活，便于携带的航空器，可在云下低空作业，降低了对天气条件的依赖，弥补了卫星遥感和普通航空摄影的缺陷，能够快速获取灾后道路图像和评估灾后道路损毁情况。而快速有效的获取道路信息对道路损毁判定有着重要的作用，也直接决定了道路抢通过程中抢险人员、机械的安排，道路损毁情报的准确性、时效性直接影响着道路抢通的效率和救援工作的进展。

发明内容

本发明的目的在于设计一种基于无人机灾区道路快速跟踪巡检系统，旨在高效的实现无人机对灾区道路的快速跟踪巡检。

本发明的技术方案为：将基于无人机的灾区道路快速跟踪巡检系统分为两个子系统，分别是视觉计算子系统和飞行控制子系统。视觉计算子系统包括用于获取视觉信息的视觉摄像头，用于处理视觉信息的视觉计算机，飞行控制子系统包括用于控制无人机位置和姿态的飞行控制器，用于测量无人机状态信息的气压计、加速度计、陀螺仪、全球卫星定位系统、磁力计等传感器。两个子系统上运行有处理数据的程序，并通过通信协议进行通信，具体过程如下：

步骤1：灾区道路视频拍摄，利用搭载在无人机上的高清摄像头对灾区道路进行跟踪拍摄；

步骤2：视觉信息传输，将拍摄的道路视频传输到无人机机载的视觉处理系统中；

步骤3：道路损毁的确定，无人机视觉处理系统对视频进行分析和处理，确定道路是否损毁；

步骤4：计算道路的损毁信息，如果道路存在损毁，则计算损毁道路的地理位置，损毁面积，损毁程度；

步骤5：将计算出的损毁数据发送到地面抢险救灾人员，进行相应的救灾工作安排。

具体实施方式

本发明设计的一种基于无人机的灾区道路快速跟踪巡检系统，具体实现过程如下：

步骤1：系统结构设计。将系统分为两个子系统，分别是视觉计算子系统和飞行控制子系统。视觉计算子系统主要包括机载相机和视觉计算机。视觉计算机主要设计的功能是读取机载相机拍摄的视频、在视频流中识别和提取灾区道路、计算道路的损毁信息。飞行控制子系统主要包括飞行控制器和测量传感器。飞行控制器设计的主要功能是控制无人机的姿态和位置、测量无人机的飞行状态信息。视觉子系统和控制子系统之间通过一定的通信协议进行通信。

步骤2：系统的硬件选型。飞行控制子系统主控板选择目前较为成熟的飞行自驾仪Pixhawk，视觉计算子系统中的视觉计算选择英伟达TX2，机载摄像头选择罗技C920；