[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

说明书

本发明公开了一种大跨度桥梁检测无人机全覆盖路径规划方法，首先确定目标区域、任务起始点与结束点，无人机距离拍摄平面距离等参数；然后计算栅格大小，进行目标区域栅格化；再进行遍历路径搜索，生成路径点；最后连接路径点生成飞行路径，选取最优飞行路径，结束路径规划。本发明方法具有智能性，较高的自主性。相对于其他的路径规划方法，实现简单，消耗资源低，在实际的工程应用中具有较高的价值。并且能够满足大跨度桥梁检测无人机对于目标区域进行全覆盖遍历的检测任务。

技术领域

本发明属于最优路径规划技术领域，具体涉及一种无人机全覆盖路径规划方法。

背景技术

随着机器人技术的发展，传统行业中很多人工为主的项目都被机器人所替代。近年来，随着无人机相关研究的进一步发展，无人机在各个行业都开始得到更广泛的应用。其中旋翼式无人机由于具有机动性强，结构简单，造价相对低廉的特点，被广泛应用于公路桥梁检测、电网线路巡检等领域。

目前的桥梁检测方式大多为桥梁养护部门定期采用传统检测手段进行桥梁安全检测，依靠桥梁检测车或者望远镜等外部辅助设备，通过肉眼进行观测，不仅效率低下，且多于桥梁底部许多难以到达的区域存在检查盲区，并且使用人力检测，难度大，安全系数低，存在危险等问题，使用无人机进行自主的桥梁检测可以在很大程度上解决这些问题。

然而无人机的自主桥梁检测的实现需要解决的首要问题就是无人机的自主路径规划问题。自主路径规划的实现，关系着最终桥梁检测任务覆盖率的高低，如果规划的结果不理想，可能会导致在检测区域内作业过程中，漏检率升高，重复率增加等缺点，这对于整体检测任务的进行都是不利的。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种大跨度桥梁检测无人机全覆盖路径规划方法，首先确定目标区域、任务起始点与结束点，无人机距离拍摄平面距离等参数；然后计算栅格大小，进行目标区域栅格化；再进行遍历路径搜索，生成路径点；最后连接路径点生成飞行路径，选取最优飞行路径，结束路径规划。本发明方法具有智能性，较高的自主性。相对于其他的路径规划方法，实现简单，消耗资源低，在实际的工程应用中具有较高的价值。并且能够满足大跨度桥梁检测无人机对于目标区域进行全覆盖遍历的检测任务。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

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；