[发明专利]一种大跨度桥梁检测无人机全覆盖路径规划方法

权利要求书

1.一种大跨度桥梁检测无人机全覆盖路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据桥梁三维设计图及桥梁实际位置，确定桥梁检测目标区域、无人机检测任务起始点与结束点、无人机距离拍摄平面距离参数；

步骤2：对桥梁检测目标区域进行栅格化；

步骤2-1：计算无人机和桥梁底部不同距离时无人机单次拍摄的面积，计算公式如下：

其中K表示单次拍摄面积的宽度，即为相机视野宽度，C表示单次拍摄面积长度，即为相机视野长度，h表示无人机上所搭载的相机距离桥底的垂直高度，α表示垂直角度，β表示水平角度；

步骤2-2：根据式(1)计算出的无人机单次拍摄面积，将单次拍摄面积大小作为栅格，将桥梁检测目标区域分成多个栅格，得到栅格化地图；

步骤3：进行遍历路径搜索，生成路径点；

步骤3-1：设定栅格的状态分为以下四种：障碍性、覆盖性、可选性和关联性；设定(x,y)为各个栅格的中心点的坐标，四类状态定义如下：

1)障碍性Obstacle(x,y)：以桥梁底部平面为基准，存在凸起或凹陷的栅格定义为有障碍区域，将栅格赋值为1；不存在凸起或凹陷的栅格定义为有障碍区域，将栅格赋值为0；所述凸起定义为距离桥梁底部平面高度大于等于1m的障碍结构；凹陷定义为距离桥梁底部平面深度大于等于1m的凹槽结构；

2)覆盖性Cover(x,y)：如果栅格已经在路径中，将栅格赋值为1；否则赋值为0；

3)可选性Option(x,y)：如果栅格的值为0，则该栅格可选；如果栅格的值为1，则该栅格不可选；

4)联系性Relation(x,y)：表示栅格地图中的栅格的值为0的栅格数量；

步骤3-2：根据栅格的障碍性对每个栅格赋值，得到桥梁检测目标区域的数字地图；

步骤3-3：路径起始点从数字地图的左上角栅格开始，将该栅格作为无人机作业起始点，终止点选择数字地图中剩余的三个角点任意一个；路径搜索的原则从当前栅格上下左右四个栅格中选择栅格可选性为0的任意一个栅格前进，同时被选中的栅格的栅格覆盖性变为1；当联栅格系性的值为0时完成路径搜索，形成一条无人机检测路径；

步骤3-4：重复步骤3-3，找到所有不重复的无人机检测路径；

步骤4：根据能量消耗最小原则对步骤4找到的所有路径进行验证获得最优检测路径；

无人机在飞行过程中的总能量消耗为：

其中E₀为无人机进行转向的能量消耗，N为转向次数，为无人机直线飞行时的能量消耗，F为无人机的总驱动力，L为直线飞行长度；

选择E值最小的无人机检测路径为最优检测路径。

2.根据权利要求1所述的一种大跨度桥梁检测无人机全覆盖路径规划方法，其特征在于，所述桥梁检测目标区域为50m×50m的方形区域；无人机距离桥底最小距离为2m，最大距离为10m。

3.根据权利要求1所述的一种大跨度桥梁检测无人机全覆盖路径规划方法，其特征在于，所述无人机单次拍摄面积为5m×5m的方形区域。