桥梁检测无人机路径规划算法研究

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桥梁的安全运行是关系国计民生的大事,桥梁的定期检测和维护保养是延长桥梁生命周期的有效保障。传统桥梁检测主要依靠桥梁检测车和操作人员的配合,不仅成本高,检测周期长,严重影响道路交通的畅通,而且操作人员在检测时存在很大的安全隐患。  近年来,无人机(UAV)凭借其结构简单、操作灵活、携带方便等优点,被广泛应用于军事和民用等领域。其搭载云台和微型摄像机等硬件设备,可以轻易实现传统桥梁检测难以完成甚至不能完成的检测任务。然而,由于无人机的续航能力等硬件条件的客观原因,导致目前利用无人机检测桥梁存在局限性,因此,如何高效的利用无人机执行桥梁检测任务,提高桥梁检测无人机安全飞行系数是目前需要攻克的问题,解决这一问题的主要方法就是合理规划桥梁检测无人机的飞行路径。  本文的应用背景是桥梁检测领域,因此,主要研究了桥梁检测无人机的路径规划问题,具体内容如下:  首先,以桥梁检测无人机为对象,对影响其路径规划的关键因素分别从内、外两个方面进行了约束分析。其中内因主要包括无人机续航能力、摄像机的识别率以及航拍速度等;外因主要包括无人机执行任务时周围的环境因素,本文主要对桥梁模型及其周围的风场进行了分析。  其次,本文提出了一种基于单元分解的全覆盖路径规划算法,结合环境获取过程以栅格法进行环境建模,然后通过单元分解法将搜索空间分解为多个子区域,再以两点法和二叉树搜索策略对子区域进行遍历,从而达到对桥底面的全覆盖遍历。  最后,桥梁检测无人机在桥下执行检测任务时,风速对其飞行影响是最大的,因此本文通过FLUENT软件对风场进行了模拟仿真,然后在此基础上对桥梁周围的风场进行了数值分析,得到了桥梁检测无人机能够在桥下安全执行任务的风场条件。最后以MATLAB对桥梁检测无人机路径规划进行了仿真,针对混凝土结构的连续刚构桥下常见的两种桥底面:平滑桥底面和带有小箱梁桥底面分别研究了其路径规划。
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