无人机在高速公路边坡日常养护巡查的应用研究

发布时间：2020-11-08 18:16

　　 边坡作为山区高速的重要组成部分,其养护巡查一直是道路巡查工作的重点和难点。目前边坡日常养护巡查主要依靠人工巡查,危险性高、劳动强度大、耗时费力,且部分边坡由于地形、工具等限制容易存在巡查盲点。针对此问题,本文提出并研究利用无人机进行边坡养护巡查,制定满足巡查要求的无人机边坡巡查方案。论文的主要研究内容如下:首先,明确了高速公路边坡养护巡查的内容和要求,分析了高速公路边坡所处环境、巡查存在的问题、无人机特性,选取了适合边坡巡查的无人机,并从无人机自身性能、外界环境特点、巡查任务需求等方面考虑,确定了无人机边坡巡查的约束条件。其次,基于目前人工分析图像的工作模式,从拍摄和飞行两方面控制巡查任务的质量,以满足巡查人员对边坡状态的判读要求,根据巡查需要将边坡分为台阶状和非台阶状,分析其特点并采用不同的航摄方式,制定了无人机边坡养护巡查方案。同时,以陕西省汉宁高速的边坡为对象,对文中提出的巡查方案进行了可行性验证。结果表明,该方案切实可行,能提高工作效率。最后,根据初次巡查的结果和需求,将病害点或病害嫌疑点选为二次巡查的采集点,并用邻接矩阵描述各点之间的关系,分别采用蚁群、模拟退火和遗传算法求解无人机遍历采集点的最短路径,运用MATLAB软件进行了计算、仿真,对比巡查路径长度、算法运行时间,确定了模拟退火法为二次巡查路径规划的最优算法。本文综合考虑了无人机特性和不同类型边坡的特点,制定了符合边坡养护巡查工作模式的无人机巡查方案,并选取了适用于边坡二次巡查路径规划的算法。研究成果对实现无人机在边坡养护巡查的应用具有一定的现实意义和参考价值。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U418.5
【部分图文】：

长安大学硕士学位论文高速公路边坡环境分析次调研的对象是陕西省汉宁高速公路的边坡和日常养护巡查的工作人员。汉宁全长 199.23km，包含金水至龙亭、勉县至棋盘关段的山岭重丘区高速公路和龙段的平原微丘高速公路，共有 296 处道路边坡且地形条件复杂多样。根据实地坡所处的环境具有以下特点。1）GPS 信号难以保证。许多边坡位于山区地带，由于山的遮挡，GPS 信号通比较弱甚至没有，或出现信号不稳定的情况。2）边坡上空环境复杂。不少边坡周围设有供电设施，输电导线横跨于边坡上空线会根据不同的用电需求被分成不同的等级，而架设不同等级电线的对地高度，部分边坡上空甚至有不同等级的电线相互交错，如图 2.2 所示。

图 2.3 边坡周边基站4）高速公路边坡位于高速公路的两侧，且边坡的坡脚一般距离道路较近。高速不定时地经过高速行驶的车辆，而在日常的养护巡查中是不会对道路进行管控路交通安全法》第五节高速公路特别规定可知，除了行人、非机动车拖拉机、机械车、铰接式客车、全挂拖斗车以及其他设计最高时速低于 70 公里的机动入高速以外，其他机动车辆若满足相关要求，均可以进入高速公路。由此可路上的车辆类型多、尺寸大小不一。常巡查重、难点分析1）巡查重点坡一般是在坡体内部存在的潜在变形、滑动面（带）和外部触发因素的共同作变形破坏。诱发路堑边坡变形破坏的因素主要为大气降雨等。降雨期间的地表会导致水毁；同时，地表水会深入转化为地下水并对岩土介质产生软化作用大

① 危险系数高高速公路边坡高几十米，部分边坡甚至是山体高至上百米，且多处于人迹罕至的山道路崎岖难行，稍有不慎就容易失足跌倒而受伤。路上杂草丛生，夏季经常会有蛇匿其中，会对巡查人员的生命安全构成威胁。② 工作量大道路边坡只是高速公路的基础工程之一，所以对边坡的巡查只是巡查人员日常养护内容的一部分。如汉宁高速全线 199.23 公里，共 296 处边坡，平均每隔 0.7 公里就处边坡；而且 10 米以上的边坡共 240 处，其中 30 米以上的高边坡有 96 处，接近总数的三分之一。根据调研，对于图 2.4 中无检修道的边坡，坡高 34 米、长 724每次巡查需要绕行，花费时长近 2 个小时；图 2.5 所示设有检修道的边坡，依山体的防护长 120 米，每次巡查花费时长近 1 个半小时。类似于图 2.4 无检修道需要绕达的情况，根据绕行道路的长远花费时长会不同，一般来说至少花费 1 小时；类似 2.5 有检修道的边坡，根据边坡的大小所需时长会不同，一般需要花费约 40 分钟。
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本文编号：2875154