[发明专利]基于BIM技术的无人机隧道巡检系统

摘要

本发明涉及一种基于BIM技术的无人机隧道巡检系统。系统包括对应关系建立模块、姿态位置信息获取模块、运动状态获取模块。对应关系建立模块获得无人机导航坐标系与三维引擎漫游相机坐标系之间关系。姿态位置信息获取模块在三维引擎中设置相机按巡检线路进行漫游，将获得的运动轨迹参数和三维引擎漫游相机之间的对应关系转换为无人机运动轨迹参数，并得到无人机巡检线路中位姿参数。运动状态获取模块获取三维引擎漫游相机、基于RGB‑D相机、MEMS惯性测量单元以及隧道管片上安装标签对应的信息，将四者信息融合获得其在隧道中运动状态。本发明可以加快隧道巡检的工作效率。

主权项

1.一种基于BIM技术的无人机隧道巡检系统，其特征在于，机载控制与融合处理系统(1)连接管片标签(41)、机载传感器系统(2)、通讯系统(3)和地面工作站系统(5)；/n1)所述管片标签，用于定位隧道内管片位置；/n2)地面工作站系统(5)，用于控制与导航无人机在隧道内巡检线路；其中，地面工作站系统(5)进一步包括：/n对应关系建立子单元(51)，用于获得无人机与基于BIM技术建立隧道模型中三维展示中的三维引擎漫游相机之间的对应关系；/n巡检线路三维模型生成子单元(52)，用于获得无人机在隧道巡检线路中的真实三维模型；/n3)所述机载传感器系统(2)，用于获得无人机在隧道巡检线路中隧道病害图像、无人机在隧道巡检线路中姿态、无人机在隧道巡检线路中高度、无人机在隧道巡检线路中位置；其进一步包括：/nRGB-D相机(21)，用于获得无人机在隧道巡检线路中隧道病害及无人机与隧道内管片位置；/n标签识别器(22)，用于识别无人机在隧道巡检线路中隧道管片标签；/nMEMS惯性测量单元(23)，用于获得无人机在隧道巡检线路中自身的状态；/n高度传感器(24)，用于获得无人机在隧道巡检线路中自身的高度；/n4)所述机载控制与融合处理系统(1)，用于接收地面工作站系统的导航指令以及机载传感器系统的信息，控制无人机在隧道巡检中的姿态位置和运动状态，其进一步包括：/n机载控制子单元(12)，用于融合机载传感器系统(2)在无人机巡检线路中RGB-D相机(21)信息、MEMS惯性测量单元(23)信息以及高度传感器(24)信息，然后通过机载传感器系统(2)中的飞行控制算法控制无人机在隧道内巡检线路；/n机载处理子单元(11)，用于处理通过RGB-D相机(21)拍摄获得RGB-D相机的运动状态以及获得地面工作站系统中三维引擎漫游相机产生的实时路径规划；/n5)所述通讯系统(3)，用于无人机上机载传感器系统(2)与地面工作站系统(5)之间通信；/n所述机载控制子单元(12)中，利用RGB-D相机(21)获取隧道内部环境的二维彩色图像和三维深度数据，然后通过极限学习算法获得无人机的姿态和位置参数估计值；利用MEMS惯性测量单元(23)获得惯性测量值，将所述RGB-D相机(21)获得的姿态和位置参数估计值与惯性测量单元(23)获得的测量值通过滤波算法进行信息融合，再利用三维引擎漫游相机获得的运动轨迹参数进行无人机运动状态一次修正，然后通过标签识别器获得的标签信息进行无人机运动状态二次修正，从而得到更为精确的无人机运动状态来自主控制无人机按巡检线路自主飞行；/n所述机载控制子单元(12)中，其信息融合算法如下：/n无人机对三维引擎漫游相机、RGB-D相机(21)、MEMS惯性测量单元(23)以及隧道管片上安装的管片标签(41)四者信息进行处理，并采用基于信任度的DS证据理论算法计算得到的融合信息在隧道中运动状态准确性，计算过程如下：/nS31.设三维引擎漫游相机、RGB-D相机(21)、MEMS惯性测量单元(23)以及隧道管片上安装的管片标签(41)信息四者信任度为W＝{ω₁，ω₂，ω₃，ω₄}，其中ω_i(i＝1，2，3，4)为单个数据的属性绝对差；/nS32.计算任两组数据之间的冲突/n其中，m(F_p)、m(F_q)为单组数据的置信度，p，q＝1，2，3，4；/nS33.计算任两组数据之间的相似性/nS34.计算比例冲突因子/nS35.计算平均冲突系数/nS36.计算总体权重因子ω^*＝n×(k^*)^α×min(ω_i|i＝1，2，3，4)，n＝4；/n其中，α为调节因子；/nS37.对总体信任度进行更新调节/nS38.重复上述S32到S37操作，直到总体信任度W′大于设定阈值时，无人机在隧道中的运动状态即为安全的运行状态。/n