1.一种道路检测无人机,包括机架和动力系统,所述动力系统固定在机架上,其特征在于,还包括视觉系统、飞控系统、道路检测系统和地面站系统;
所述的视觉系统、道路检测系统分别与飞控系统相连接;
所述的视觉系统包括广角摄像机和视觉检测模块,所述的广角摄像机与视觉检测模块相连接,该系统用于获取道路路线相对无人机竖直方向的偏角;
所述的道路检测系统包括变焦摄像机、道路检测模块和存储模块,所述的变焦摄像机与道路检测模块、存储模块分别连接,该系统用于通过道路检测模块检测变焦摄像机拍摄的道路路面图像,判断该路面图像是否为车辆覆盖路面或者问题路面,并对问题路面进行详细检测,将车辆覆盖的路面或者问题路面的路面信息和位置信息保存在存储模块中,道路检测过程中拍摄的所有道路路面图像及其对应的位置信息也保存在存储模块中;
所述的飞控系统包括高度计、陀螺仪、磁力计、加速度计、定位模块和飞控板,其中高度计、陀螺仪、磁力计、加速度计、定位模块分别与以微控制单元为核心的飞控板相连接,该系统用于调整无人机的飞行姿态,矫正飞行偏差;同时用于根据视觉系统的探测结果,调整道路检测系统中变焦摄像机的横向拍摄角度;该系统还用于当道路检测系统判断出车辆覆盖路面或者问题路面时,调整无人机进入悬停状态,待车辆离开待检测路面或问题路面详细检测结束后,调整无人机继续飞行;
所述的地面站系统包括PC机和安装在PC机上的地面站软件,用于绘制无人机的预设航线;
所述的视觉系统、飞控系统和道路检测系统均固定在机架上;
所述的视觉系统利用下式获取道路路线相对无人机竖直方向的偏角:
其中, 为道路路线相对无人机竖直方向的偏角,dri为广角摄像机获取的每帧图像中道路中心位置与图像中心位置之间的横向距离; 为广角摄像机的横向视角;wi为广角摄像机每帧图像的横向宽度;ψ为无人机的横滚角,向右侧倾斜为正,向左侧倾斜为负。
2.如权利要求1所述的道路检测无人机,其特征在于,所述飞控系统调整无人机的飞行姿态,矫正飞行偏差是指:如果无人机实际飞行位置与预设航线的偏差小于阈值D时,若 则调整无人机飞行姿态向右飞行,若 则调整无人机飞行姿态向左飞行;
如果无人机实际飞行位置与预设航线的偏差大于或等于阈值D时,调整无人机按照初始设定的航线飞行;
其中,无人机实际飞行位置与预设航线偏差L的计算公式为:
其中,(x0,y0)为无人机实际飞行位置的经纬度坐标;slat为单位纬度代表的长度值;slon为单位经度代表的长度值;A、B、C是由初始设定航线中的当前位置坐标(x1slat,y1slon)和下一位置坐标(x2slat,y2slon)确定的直线方程Ax+By+C=0的系数。
3.如权利要求1所述的道路检测无人机,其特征在于,所述的道路检测系统通过道路检测模块检测变焦摄像机拍摄的道路路面图像,判断该路面图像是否为车辆覆盖路面或者问题路面,并对问题路面进行详细检测是指实现以下功能:首先,飞控系统根据视觉系统的探测结果,调整道路检测系统中变焦摄像机的横向拍摄角度来拍摄道路路面图像,其中变焦摄像机的横向拍摄角度的计算公式为:其中,dri为广角摄像机获取的每帧图像中道路中心位置与图像中心位置之间的横向距离,道路中心位置在图像中心位置的右侧为正,道路中心位置在图像中心位置的左侧为负; 为广角摄像机的横向视角;wi为广角摄像机每帧图像的横向宽度;
其次,若道路检测系统判断出变焦摄像机拍摄的道路路面图像为车辆覆盖路面时,飞控系统调整无人机进入悬停状态;
若道路检测系统判断出变焦摄像机拍摄的道路路面图像为问题路面时,飞控系统调整无人机进入悬停状态,将道路检测系统中变焦摄像机的镜头焦距调大,变焦摄像机进行自动对焦,获取道路的高分辨率图像,道路检测模块通过分析该高分辨率图像实现问题路面的详细检测,将变焦摄像机调回至原来的状态结束问题路面详细检测;
最后,待车辆离开待检测路面或者问题路面详细检测结束后,飞控系统调整无人机继续飞行。
4.按照权利要求1所述的道路检测无人机,其特征在于,所述的无人机还包括无线数传模块或者USB接口,所述的无线数传模块包括空中模块和地面模块,所述的空中模块固定在机架上,并与飞控系统连接,所述的地面模块与地面站系统中的PC机连接,所述的USB接口与地面站系统中的PC机可匹配连接。
5.一种道路检测无人机自动巡航方法,包括以下步骤:
步骤1,将预设航线导入无人机中;
步骤2,启动道路检测无人机,设置无人机为自动飞行模式,无人机根据飞控系统中设定的航线数据自动飞行,并在飞行过程中通过视觉系统获取道路路线相对无人机竖直方向的偏角,调整飞行姿态进行航线矫正;同时通过道路检测系统检测变焦摄像机拍摄的道路路面图像,并对问题道路路面进行详细检测,将详细检测问题路面的路面信息和位置信息保存在存储模块中,道路检测过程中拍摄的所有道路路面图像及其对应的位置信息也保存在存储模块中;
步骤3,道路检测完毕后,无人机返航;
所述步骤2中利用下式获取道路路线相对无人机竖直方向的偏角:
其中, 为道路路线相对无人机竖直方向的偏角,dri为广角摄像机获取的每帧图像中道路中心位置与图像中心位置之间的横向距离,道路中心位置在图像中心位置的右侧为正,道路中心位置在图像中心位置的左侧为负; 为广角摄像机的横向视角;wi为广角摄像机每帧图像的横向宽度;ψ为无人机的横滚角,向右侧倾斜为正,向左侧倾斜为负。
6.如权利要求5所述的道路检测无人机自动巡航方法,其特征在于,所述步骤2中调整飞行姿态进行航线矫正是指:如果无人机实际飞行位置与预设航线的偏差小于阈值D时,若 则调整无人机向右飞行,若 则调整无人机向左飞行;
如果无人机实际飞行位置与预设航线的偏差大于或等于阈值D时,调整无人机按照初始设定的航线飞行;
其中,无人机实际飞行位置与预设航线偏差L的计算公式为:
其中,(x0,y0)为无人机实际飞行位置的经纬度坐标;slat为单位纬度代表的长度值;slon为单位经度代表的长度值;A、B、C是由初始设定航线中的当前位置坐标(x1slat,y1slon)和下一位置坐标(x2slat,y2slon)确定的直线方程Ax+By+C=0的系数。
7.按照权利要求5所述的道路检测无人机自动巡航方法,其特征在于,所述步骤2中通过道路检测系统检测变焦摄像机拍摄的道路路面图像,并对问题道路路面进行详细检测是指:步骤21,飞控系统根据视觉系统的探测结果,调整道路检测系统中变焦摄像机的横向拍摄角度来拍摄道路路面图像,其中变焦摄像机的横向拍摄角度的计算公式为:其中,dri为广角摄像机获取的每帧图像中道路中心位置与图像中心位置之间的横向距离,道路中心位置在图像中心位置的右侧为正,道路中心位置在图像中心位置的左侧为负; 为广角摄像机的横向视角;wi为广角摄像机每帧图像的横向宽度;
步骤22,若道路检测系统判断出变焦摄像机拍摄的道路路面图像为车辆覆盖路面时,飞控系统调整无人机进入悬停状态;
若道路检测系统判断出变焦摄像机拍摄的道路路面图像为问题路面时,飞控系统调整无人机进入悬停状态,将道路检测系统中变焦摄像机的镜头焦距调大,变焦摄像机进行自动对焦,获取道路的高分辨率图像,道路检测模块通过分析该高分辨率图像实现问题路面的详细检测,将变焦摄像机调回至原来的状态结束问题路面详细检测;
步骤23,待车辆离开待检测路面或者问题路面详细检测结束后,飞控系统调整无人机继续飞行。