一种多无人机协同的高速公路智能巡检系统技术方案

本发明专利技术公开一种多无人机协同的高速公路智能巡检系统，以多旋翼无人机为载体，同时结合航拍技术实现对高速公路全方位、零死角巡检，得到高速公路车速、车流量、道路占有率等多个交通状况参数信息，对高速公路违规车辆以及路况进行实时监测。同时采用GPS定位与图像处理相融合导航技术，将感兴趣区域展现在航拍中心。采用机器视觉应用控制理论实现无人机自主飞行，无需人员操作，实现远距离飞行。采用多旋翼无人机协调巡检，通过地面建立中转站，实现无人机全路段巡检。此外采用颜色识别，实现无人机精准降落，采用无线供电，方便便捷，利用太阳能电池板，能源绿色环保。采用无人机中转站保护装置最大程度保护无人机及无线充电等装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高速公路巡检
，适用于高速公路路况以及违规车辆的检测， 具体涉及一种多旋翼无人机协同的高速公路智能巡检系统。
技术介绍
近年来，高速公路建设取得了快速发展，但与此同时高速公路每年会发生一系列 交通安全事故问题。除了道路质量问题、车辆安全问题以外，还存在有车辆超速、车辆非法 变道等许多人为因素。 现有的高速公路巡检多为利用巡逻车辆进行巡检或采用定点摄像头进行数据采 集。采用巡逻车辆巡检需要的人力物力成本高，同时受巡检视野的影响，只能巡检到巡逻车 辆周围的交通状况，存在采集盲区，此外还可能会加大交通堵塞；利用摄像头进行定点数据 采集只能检测到安装摄像头处的道路状况，此外只能采集到单一的车速信息，得到的交通 状况参数较少，不能全面掌握交通状况。多旋翼无人机由于其体积小、结构简单、易于控制等优点在越来越多的领域得到 广泛应用。现有的无人机大部分受到电池电量的限制，只能短时间工作，续航时间都比较 短，另一方面现有的无人机大多采用传统的拆卸电池充电方式，充电过程繁琐。此外，大部 分无人机均采用无线遥控的方式控制飞行，无人机要控制在操控员的视野范围内，飞行范 围受到限制，不能实现自主飞行。
技术实现思路
为解决以上问题，本专利技术提供了一种多无人机协同的高速公路智能巡检系统，存 在无需人员操作、长时间、全方位的智能高速公路监测等优点。 本专利技术多无人机协同的高速公路智能巡检系统，包括地面控制站、地面中转站以 及无人机。 所述地面中转站为η个，η> 1，沿需巡检道路设置，在第1到第n-1个中转站中放 置一个无人机。地面中转站用来为无人机提供着陆平台；且可实现对无人机的充电，以及与 无人机间的无线通信。地面中转站内具有颜色识别区域，作为无人机提供着陆点标识，利用 无人机上安装的摄像头模块对颜色识别区域的颜色进行识别，实现无人机在地面中转站的 精准降落。地面中转站还具有地面中转站保护装置，用来当各个无人机的GPS信号、頂U信 号等状态参数正常后，通过无线通信将自身状态信息发送给地面中转站，此时由地面中转 站启动无人机。 所述无人机上安装有控制箱、摄像头模块。其中，控制箱内载有微处理器、AHRS模 块、GPS模块、超声波避障模块、图传模块、电源管理模块与电机驱动模块。微处理器连接电 机驱动模块、AHRS模块、GPS模块、超声波避障模块。微处理器用来实现对无人机的控制计 算，实现各模块的信息融合。电机驱动模块用来实现对多旋翼无人机螺旋桨电机的驱动，同 时通过接收微处理器的指令实现无人机螺旋桨电机不同的转速控制，从而实现对无人机运 动的控制。AHRS模块用来获取无人机的角速度、加速度与磁数据信息，能够为飞行器提供航 向，横滚和侧翻信息。GPS模块用来实现对无人机的精准定位；超声波避障模块用来在无人 机飞行过程中，遇到障碍物时能自主避障。摄像头模块用来在无人机高速公路巡检的过程 中，实时获取地面道路信息；图传模块用来将摄像头模块获取的地面道路信息传输给地面 控制站。 地面控制站与无人机间采用无线通信，对各个无人机航线信息规划。同时将各个 无人机的航线信息分别发送至各个无人机上的微处理器。无人机利用得到的航线信息作为 飞行的目标轨迹，各个无人机根据目标轨迹进行自主巡航。地面控制站还对无人机传输回 来的道路信息进行实时处理，以及对地面中转站发送无人机着陆指令，由地面中转站控制 无人机着陆。 本专利技术的优点在于： (1)本专利技术巡检系统，以多旋翼无人机为载体，同时结合航拍技术实现对高速公路 全方位、零死角的巡检，得到高速公路车速、车流量、道路占有率等多个交通状况参数信息， 对高速公路违规车辆以及路况进行实时监测。 (2)本专利技术巡检系统，采用GPS定位与图像处理相融合导航技术，极大的将感兴趣 区域展现在航拍中心，GPS定位可确定巡检道路，解决交叉路口等道路分支区域导航，利用 图像处理识别道路的中心得到更为精准的实际飞行路线。 (3)本专利技术巡检系统，采用机器视觉应用控制理论实现无人机自主飞行，无需人员 操作，解决无人机需在操作员视野范围从而限制其飞行区域问题。 (4)本专利技术巡检系统，采用多旋翼无人机协调巡检，通过在地面建立中转站，实现 无人机持续巡检，解决目前无人机巡航时间短的问题。 (5)本专利技术巡检系统，采用高清数字摄像头与高清图传实时将采集信息传输回地 面站，上位机实时处理回传图像，出现交通问题时第一时间发出预警，并得到问题区域信 息。 (6)本专利技术巡检系统，在无人机降落阶段采用颜色识别标识，无人机通过GPS导航 到中转站附近应用颜色识别，检测到特定区域颜色实现精准降落。 (7)本专利技术巡检系统，在地面中转站处装有无线充电装置，实现无线供电，同时装 有太阳能电池板，实现能源可再生。此外，地面中转站设有自动开启与关闭保护装置，在无 人机执行任务或停靠在中转站内的时候，地面中转站均处于关闭状态，极大的保护了无人 机以及中转站内无线供电装置等。【附图说明】 图1为本专利技术一种多无人机协同的高速公路智能巡检系统结构示意图； 图2为本专利技术一种多无人机协同的高速公路智能巡检系统地面中转站结构示意 图； 图3为本专利技术一种多无人机协同的高速公路智能巡检系统多旋翼无人机的结构 示意图； 图4为应用本专利技术一种系统多无人机协同的高速公路智能巡检系统多旋翼无人 机对高速公路进行巡检方法流程图。 图中： 1-地面控制站 2-地面中转站 3-无人机 201-无人机着陆平台202-地面中转站保护装置203-太阳能电池板 204-颜色识别区域 205-无线充电发射装置 206-地面中转站控制器 207-无线通信模块A 301-控制箱 302-增稳云台 303-摄像头模块 304-无线供电接收装置 305-无线通信模块B【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。 本专利技术提供了一种多无人机3协同的高速公路智能巡检系统，包括地面控制站1、 地面中转站2以及无人机3,如图1所示。 所述地面中转站2包括无人机着陆平台201、地面中转站保护装置202、太阳能电 池板203、颜色识别区域204、无线充电发射装置205、地面中转站控制器206以及无线通信 模块A207,如图2所示。其中，无人机着陆平台201用于无人机3的停放；地面中转站保护 装置202,为两片可自动翻转的叶片，通过地面中转站控制器206控制；在无人机3停放与 飞行时，通过控制地面中转站保护装置202中叶片闭合，实现对无人机3与无人机着陆平台 201的保护；在无人机3准备起飞时，通过控制地面中转站保护装置202中叶片打开，为无 人机3提供起飞空间。无线充电发射装置205设置在颜色识别区域204内，用来给无人机 3提供无线充电。太阳能电池板203用来为地面中转站2中的无线充电发射装置205、地面 中转站控制器206、地面中转站保护装置202的供电，可全天接受太阳光照。颜色识别区域 204为无人机着陆平台201上的颜色标记区域，作为无人机3提供着陆点标识，当无人机3 靠近地面中转站2时，利用无人机3上安装的摄像头模块对颜色识别区域204的颜色进行 识别，从而实现无人机3在无人机着陆平台201上的精准降落；同时，在颜色识别区域204 内安装有力传感器，用来实现无人机3是否本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多无人机协同的高速公路智能巡检系统，其特征在于：包括地面控制站、地面中转站以及无人机；所述地面中转站为n个，n＞1，沿需巡检道路设置，在第1到第n‑1个中转站中放置一个无人机；地面中转站用来为无人机提供着陆平台；且可实现对无人机的充电，以及与无人机间的无线通信；地面中转站内具有颜色识别区域，作为无人机提供着陆点标识，利用无人机上安装的摄像头模块对颜色识别区域的颜色进行识别，实现无人机在地面中转站的精准降落；地面中转站还具有地面中转站保护装置，用来当各个无人机的GPS信号、IMU信号等状态参数正常后，通过无线通信将自身状态信息发送给地面中转站，此时由地面中转站启动无人机；所述无人机上安装有控制箱、摄像头模块；其中，控制箱内载有微处理器、AHRS模块、GPS模块、超声波避障模块、图传模块、电源管理模块与电机驱动模块；微处理器连接电机驱动模块、AHRS模块、GPS模块、超声波避障模块；微处理器用来实现对无人机的控制计算，实现各模块的信息融合；电机驱动模块用来实现对多旋翼无人机螺旋桨电机的驱动，同时通过接收微处理器的指令实现无人机螺旋桨电机不同的转速控制，从而实现对无人机运动的控制；AHRS模块用来获取无人机的角速度、加速度与磁数据信息，能够为飞行器提供航向，横滚和侧翻信息；GPS模块用来实现对无人机的精准定位；超声波避障模块用来在无人机飞行过程中，遇到障碍物时能自主避障；摄像头模块用来在无人机高速公路巡检的过程中，实时获取地面道路信息；图传模块用来将摄像头模块获取的地面道路信息传输给地面控制站；地面控制站与无人机间采用无线通信，对各个无人机航线信息规划；同时将各个无人机的航线信息分别发送至各个无人机上的微处理器；无人机利用得到的航线信息作为飞行的目标轨迹，各个无人机根据目标轨迹进行自主巡航；地面控制站还对无人机传输回来的道路信息进行实时处理，以及对地面中转站发送无人机着陆指令，由地面中转站控制无人机着陆。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余贵珍，王章宇，王云鹏，丁川，马亚龙，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11