[发明专利]一种基于无人机的路面跳车检测装置与方法

权利要求书

1.一种基于无人机的路面跳车检测方法，所述路面跳车检测方法中涉及的路面跳车检测装置包括点激光器(1)、直流电源(2)、工控机(3)、无线数据传输模块(4)、横杆(5)、数据线(6)、无人机(7)和计算机(8)；所述无人机(7)中部搭载直流电源(2)和工控机(3)，所述无人机(7)下方搭载一根横杆(5)，所述横杆(5)下方挂载点激光器(1)；

所述点激光器(1)采集路面信息；所述直流电源(2)通过电源线分别与点激光器(1)、工控机(3)连接；所述工控机(3)通过数据线(6)与点激光器(1)连接，实时记录点激光器(1)采集的数据信息；所述无线数据传输模块(4)安装在工控机(3)上；所述计算机(8)设于地面端，通过无线数据传输模块(4)给工控机(3)发送指令，控制点激光器(1)的开机和关闭；

其特征在于，包括如下步骤：

(s1)制定无人机(7)挂载点激光器(1)的巡检方案；

(s2)利用无人机(7)挂载点激光器(1)对道路进行实际检测；

(s3)对点激光器采集的数据进行处理；

(s4)对路面跳车情况进行判断，通过被测路段最大高程与最小高程的差值，得到最终检测结果；

所述步骤(s1)中包括如下步骤：

(s11)设定路面跳车检测区域位于道路轮迹带处，采用一次飞行同时检测一条车道的两条轮迹带，实测车道主要轮迹带分布情况，并设定检测采用单侧轮迹带宽度；

(s12)根据轮迹带分布宽度，选用一横杆(5)来挂载点激光器(1)，采用四个点激光器(1)来进行检测，横杆(5)两侧各放置两个点激光器(1)，调整每侧点激光器(1)之间的距离，确保单侧点激光器覆盖轮迹带宽度；

(s13)对待检路段车流量、障碍物分布以及高度进行调查，根据障碍物高度和路线走向，制定无人机航线使无人机(7)在车道上方飞行，同时在非机动车道上选择合适的起飞、降落位置；

(s14)无人机(7)的巡检速度需要与点激光器(1)的扫描频率进行配合，无人机飞行速度v的计算如下：

v＝s*γ*ρ

其中，s为无人机飞行距离；γ为点激光器的最大扫描频率；ρ为实际路面材料的反射率。

2.根据权利要求1所述的基于无人机的路面跳车检测方法，其特征在于，所述步骤(s2)包括如下步骤：

(s21)将点激光器(1)按照步骤(s12)中要求利用绑带固定在横杆下面，将点激光器(1)、直流电源(2)、工控机(3)和横杆(5)挂载在无人机(7)下方，连接点激光器(1)、直流电源(2)和工控机(3)，路面跳车检测装置的重心，避免出现某个方向上的无人机旋翼负载过大；

(s22)将无人机(7)放置在非机动车道上，连接检测装置，对检测装置进行测试，检验数据的有效性；

(s23)读取无人机GPS模块数据，将GPS坐标数据与点激光器(1)测得的距离信息进行坐标匹配，通过飞行控制系统调整无人机(7)起飞至15m高度，移动无人机至路面上方；在无人机(7)保持15m恒定高度后，地面控制端远程遥控工控机(3)开启点激光器(1)进行距离测量，控制无人机(7)飞行速度与点激光器(1)的扫描频率相对应，记录距离数据；

(s24)利用GPS和气压计分别进行路面点绝对高程H的计算，计算公式为：

H＝H_abs-D_gro-d

H′＝H_rel-D_gro+H_giv-d′

其中，H为通过无人机绝对高度计算的路面点绝对高度；H_abs为无人机的绝对高度；D_gro为点激光器距离地面的高度；d为点激光器的激光发射点距离无人机GPS模块的垂直向距离；H′为通过无人机相对高度计算的路面点绝对高度；H_rel为无人机相对于初始起飞平面的相对高度；H_giv为无人机起飞点的绝对高度；d′为点激光器的激光发射点距离无人机气压计模块的垂直向距离；

(s25)对路面高程进行校正，当|H-H′|1cm时，调整无人机位置及姿态重新进行测量；否则，|H-H′|≤1cm时，取步骤(s24)中两种高度计算结果的算术平均值作为路面点的绝对高度H_i，计算公式为：

(s26)无人机(7)挂载点激光器(1)沿道路纵向飞行，在无人机(7)飞行途中点激光器(1)自动进行路面点高程测量；

(s27)结束测量阶段，无人机(7)在15m高度悬停，地面控制端操作工控机(3)停止数据采集，观察周边障碍物情况，将无人机(7)降落至非机动车道上的指定地点。

3.根据权利要求1所述的基于无人机的路面跳车检测方法，其特征在于：所述步骤(s3)包括如下步骤：

(s31)计算点激光器测得的路面高程点沿道路纵向的距离，无人机(7)从悬停状态至稳定飞行阶段，点激光器测得的路面点沿道路纵向的距离逐渐增大至10cm并保持恒定，无人机(7)减速阶段激光点间距从10cm逐渐减小至0，根据距离分布只保留纵向间距恒定阶段的激光点数据；

(s32)通过数据预处理，剔除桥梁伸缩缝等处可能存在的异常高程值、消除路面纵坡对路面纵断面高差计算的影响；

(s33)对数据有效情况进行判断，单侧两个点激光器测得的路面高差值大于等于2cm时，判断为无效数据；单侧两个点激光器测得的路面高差值小于2cm时，取检测数据的平均值作为该处路面的高程值；在出现无效数据时，需要对该10m路段重新进行检测。