無人機橋梁檢測航跡規(guī)劃方法研究及其應用論文設計

1、無人機橋梁檢測航跡規(guī)劃方法研究及其應用論文設計 無人機橋梁檢測的航跡規(guī)劃方法研究及其應用 目 錄 摘 要. 3 abstract . 4 第一章 緒論 . 5 1.1 研究背景與意義 . 5 1.2 橋梁檢測發(fā)展現狀 . 8 1.3 無人飛行器的發(fā)展 . 9 1.3.1 無人飛行器概述 . 9 1.3.2 多旋翼無人機國內外發(fā)展現狀 . 10 1.3.3 常用的無人機導航定位系統(tǒng) . 12 1.4 無人機在橋梁檢測領域的應用研究 . 14 1.4.1 無人機航跡規(guī)劃研究現狀 . 14 1.4.2 無人機在橋梁檢測領域的應用研究 . 15 1.5 本文的主要研究內容 . 17 第二章 無人機航跡

2、規(guī)劃影響因素分析 . 18 2.1 橋梁模型 . 19 2.2 風場分析 . 19 2.2.1 基本控制方程 . 20 2.2.2 fluent 軟件介紹 . 21 2.2.3 網格劃分 . 22 2.2.4 邊界條件 . 22 2.2.5 用 fluent 軟件分析風場的主要步驟 . 23 2.3 約束分析 . 23 2.4 航跡規(guī)劃系統(tǒng) . 24 2.4.1 航跡規(guī)劃目標點 . 24 2.4.2 航跡規(guī)劃算法 . 24 2.4.3 飛行航路表達 . 25 2.5 本章小結 . 25 第三章 無人機橋梁檢測航跡規(guī)劃算法設計 . 25 3.1 算法概述 . 25 3.1.1 遺傳算法 . 26

3、 3.1.2 改進蟻群算法 . 26 3.1.3 改進 a* 算法 . 27 3.1.4 人工勢場算法 . 27 3.2 傳統(tǒng)的人工勢場法 . 27 3.2.1 引力場 . 28 3.2.2 斥力場 . 28 3.3 人工勢場法的優(yōu)缺點 . 29 3.4 改進人工勢場算法 . 31 3.5 航跡規(guī)劃模擬流程 . 33 3.6 本章小結 . 34 第四章 中曹司大橋橋梁檢測航跡規(guī)劃模擬 . 35 4.1 橋梁概況 . 35 4.1.1 上部構造 . 36 4.1.2 下部結構 . 37 4.1.3 橋面鋪裝 . 37 4.2 橋梁風場的數值模擬 . 37 4.2.1 幾何建模 . 37 4.2.

4、2 網格劃分 . 38 4.2.3 計算工況 . 39 4.2.4 數值模擬結果 . 39 4.3 預應力混凝土連續(xù)剛構橋梁病害匯總 . 53 4.4 無人機航跡規(guī)劃 . 54 4.5 規(guī)劃航跡可行性分析 . 55 4.6 本章小結 . 56 第五章 結論與展望 . 57 5.1 總結 . 57 5.2 展望 . 58 致 謝 . 60 摘 要 傳統(tǒng)的橋梁檢測方法是利用橋檢車、高倍望遠鏡等設備對橋梁的病害進行觀測，由于橋檢車體型較大、移動速度慢，常常在橋梁檢測時需要占用車道甚至阻斷交通，再加上一些橋梁地理環(huán)境的約束，導致了傳統(tǒng)的橋梁檢測方法存在成本高、效率低下等問題，特別是在許多跨越山谷和江河

5、的大橋中尤為明顯。 無人機（unmanned aerial vehicle）較橋檢車相比具有體積小、重量輕、移動靈活，且上升高度更高等優(yōu)點，搭載一個云臺就能完成對橋梁的檢測任務。但無人機也有其缺點：例如其飛行時間較短，通常一塊電池的飛行時間在三十分鐘左右；其次是在風場作用下穩(wěn)定性較差，容易碰撞到橋梁或者其他障礙物而受損墜毀。因此，如何提高無人機的檢測效率，同時又能保障飛行安全，是當下急需解決的問題，也是未來行業(yè)的發(fā)展趨勢。關鍵技術之一就是要對無人機的航行規(guī)跡做出優(yōu)化，使其在有限航程里規(guī)劃出一條最高效的航跡來高效的完成檢測任務。 本文先是分析了航跡規(guī)劃的影響因素，其中包括了橋梁地理環(huán)境、無人機自身約束條件、風場信息等，再分別介紹了幾種不同的航跡規(guī)劃算法，闡述了各自的優(yōu)缺點后說明了本文選擇改進后人工勢場