本發(fā)明屬于雪場索道巡檢，尤其涉及一種基于無人機(jī)的雪場索道自主巡檢系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，中國的冰雪產(chǎn)業(yè)迎來了發(fā)展的黃金期，帶動了冰雪旅游、冰雪賽事等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展。然而，冰雪周邊產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，冰雪運(yùn)動安全事故頻發(fā)，雪場設(shè)施和裝備的安全檢測問題仍有待解決。隨著越來越多的游客參與到冰雪運(yùn)動中，雪場索道面臨新的挑戰(zhàn)。長時間的工作不僅加快了設(shè)備的磨損與老化，而且惡劣的低溫和大風(fēng)天氣增加了索道檢測的難度。

2、目前，雪場索道的檢測主要依賴于人工巡檢，即運(yùn)維人員乘坐纜車對索道各部件進(jìn)行故障檢測與診斷。然而，人工檢測耗費(fèi)大量人力，巡檢的準(zhǔn)確率和效率依賴于運(yùn)維人員的經(jīng)驗(yàn)，并且人工檢測存在一定的安全隱患。此外，人工巡檢具有一定的滯后性，不能及時有效地檢測出索道運(yùn)行中出現(xiàn)的故障。

3、隨著無人機(jī)技術(shù)和機(jī)器視覺技術(shù)在過去二十年中的飛速進(jìn)步，將兩者相結(jié)合應(yīng)用于雪場索道的巡檢成為了一種潛在解決方案。無人機(jī)通過搭載攝像頭采集目標(biāo)區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)，機(jī)器視覺技術(shù)則對采集到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測和識別。兩者的結(jié)合可以有效解決類似的低空巡檢問題。無人機(jī)巡檢技術(shù)已經(jīng)在電力巡檢、風(fēng)力巡檢等領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大潛力和應(yīng)用前景。然而，在索道巡檢領(lǐng)域，相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用仍處于空白階段。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，開發(fā)一種基于無人機(jī)的雪場索道自主巡檢系統(tǒng)顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于無人機(jī)的雪場索道自主巡檢系統(tǒng)及方法，旨在解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于無人機(jī)的雪場索道自主巡檢方法，包括以下步驟：

4、步驟一、氣象監(jiān)測單元監(jiān)測當(dāng)前雪場索道所處環(huán)境的氣象條件，并判斷當(dāng)前氣象條件是否適合執(zhí)行巡檢任務(wù)；若適合執(zhí)行巡檢任務(wù)，則無人機(jī)機(jī)巢單元打開機(jī)巢艙門，發(fā)送本次巡檢任務(wù)；若不適合執(zhí)行巡檢任務(wù)，則暫停本次巡檢任務(wù)，等待合適天氣；

5、步驟二、無人機(jī)開始巡檢后，利用搭載的高分辨率攝像頭和紅外攝像頭采集索道圖像數(shù)據(jù)，利用搭載的紅外測距傳感器測量無人機(jī)與索道支架之間的距離；

6、步驟三、航路控制單元接收無人機(jī)的實(shí)時位置信息，判定無人機(jī)與索道支架之間的距離是否大于兩米；若距離大于或等于兩米，則執(zhí)行整體巡檢航路；若距離小于兩米，則執(zhí)行局部巡檢航路；

7、在執(zhí)行局部巡檢航路時，判斷索道支架是否為易損支架；若索道支架為低易損支架，則無人機(jī)執(zhí)行低易損航路；若索道支架為高易損支架，則無人機(jī)執(zhí)行高易損航路；

8、步驟四、根據(jù)航路中各索道支架編號確定圖像數(shù)據(jù)位置信息；

9、步驟五、在完成本次巡檢任務(wù)后，無人機(jī)返回機(jī)巢；

10、步驟六、故障分析模塊對采集到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到索道圖像數(shù)據(jù)集，并針對不同部位執(zhí)行不同的故障檢測方法；

11、針對支架輪組，采用輪組磨損故障檢測；

12、針對支架螺栓組連接情況，采用螺栓連接故障檢測；

13、針對索道纜繩，采用纜繩異物檢測；

14、步驟七、故障分析模塊將檢測結(jié)果發(fā)送給故障總結(jié)單元，故障總結(jié)單元顯示本次巡檢故障，總結(jié)故障報(bào)告，并發(fā)送給運(yùn)維人員；

15、步驟八、將本次巡檢圖像保存至歷史數(shù)據(jù)存儲單元中，將故障圖像保存至故障數(shù)據(jù)存儲單元中；

16、步驟九、數(shù)據(jù)存儲模塊利用支架易損等級的判定公式對本次巡檢的支架進(jìn)行易損性判定；

17、步驟十、無人機(jī)機(jī)巢單元對無人機(jī)進(jìn)行充電和維護(hù)操作；

18、所述支架易損等級的判定公式為：

19、s＝0.5×p+0.3×m+0.2×h；

20、其中，s表示易損等級評分，滿分為10分；0-6分為低易損等級，7-10分為高易損等級；p表示支架一年內(nèi)的故障次數(shù)，滿分為10分，故障次數(shù)越多，分值越高；m表示支架在出現(xiàn)故障時的使用時間，滿分為10分，使用時間越長，分值越高；h表示支架所處的環(huán)境條件，包括溫度和濕度，滿分為10分，環(huán)境越惡劣，分值越高。

21、進(jìn)一步的，所述根據(jù)航路中各索道支架編號確定圖像數(shù)據(jù)位置信息步驟的具體過程如下：

22、以索道支架為節(jié)點(diǎn)，將整個航路劃分為多個區(qū)段；

23、根據(jù)兩個相鄰支架的現(xiàn)有編號，對兩個相鄰支架之間的纜繩進(jìn)行分段編號；

24、通過無人機(jī)搭載的高分辨率攝像頭獲取支架編號，并將支架的位置與編號對應(yīng)；

25、在當(dāng)前支架的圖像數(shù)據(jù)采集完畢后，無人機(jī)沿纜繩飛向下一個支架并獲取其編號，根據(jù)兩個相鄰支架編號確定該段纜繩的編號；并依次將無人機(jī)拍攝的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字順序標(biāo)記；

26、將位置標(biāo)記結(jié)合序列號形成各個圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的位置信息。

27、進(jìn)一步的，所述故障分析模塊對采集到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的過程如下：

28、使用圖像哈希算法刪除相似圖片；

29、采用高斯濾波器對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理；

30、采用直方圖均衡化對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行增強(qiáng)處理，以提高圖像的對比度和亮度；

31、對因無人機(jī)飛行姿態(tài)導(dǎo)致的圖像畸變進(jìn)行校正；

32、將預(yù)處理完成后的圖像數(shù)據(jù)構(gòu)建成索道圖像數(shù)據(jù)集；

33、對索道圖像數(shù)據(jù)集采用閾值分割技術(shù)，將支架從背景中分離出來，計(jì)算支架的像素?cái)?shù)占圖像總像素的比例；若比例大于或等于70％，則該圖片歸類于支架子集合，若比例小于70％，則該圖片歸類為纜繩子集合；支架子集合用于檢測輪組磨損故障和螺栓連接故障，纜繩子集合用于檢測纜繩異物故障。

34、進(jìn)一步的，所述輪組磨損故障檢測的步驟如下：

35、將輪組紅外圖像的像素值通過預(yù)設(shè)的溫度轉(zhuǎn)換公式轉(zhuǎn)換為實(shí)際溫度值，得到輪組的實(shí)際溫度；

36、計(jì)算輪組區(qū)域內(nèi)所有像素的平均溫度值，得到所有輪組的平均溫度；

37、根據(jù)輪組正常運(yùn)行的溫度范圍，預(yù)先設(shè)定一個溫度閾值，用于判斷輪組的磨損情況；

38、計(jì)算所有輪組溫度的標(biāo)準(zhǔn)差，用于判斷溫度分布情況；

39、結(jié)合輪組平均溫度、標(biāo)準(zhǔn)差和設(shè)定的溫度閾值，對每個輪組的溫度進(jìn)行比較：

40、若某個輪組的溫度超過設(shè)定的溫度閾值，或高于輪組平均溫度加上一個標(biāo)準(zhǔn)差，則判定輪組存在磨損異常；

41、若某個輪組的溫度在一周的日常巡檢中存在五天及以上的磨損異常，則進(jìn)行輪組的維修或更換；

42、將檢測結(jié)果及圖像數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)存儲模塊中，包括輪組磨損的位置和檢測時間。

43、進(jìn)一步的，所述螺栓連接故障檢測的步驟如下：

44、利用包含螺栓組、螺母和螺栓的標(biāo)注圖像數(shù)據(jù)集對yolov8模型進(jìn)行訓(xùn)練；

45、將支架子集合中的圖像數(shù)據(jù)輸入到訓(xùn)練好的yolov8模型中，進(jìn)行目標(biāo)檢測，識別并定位圖像中的螺母和螺栓；

46、對檢測到的螺母和螺栓進(jìn)行標(biāo)注，并輸出檢測結(jié)果，包括螺母和螺栓的數(shù)量、位置及置信度；

47、根據(jù)目標(biāo)檢測算法的檢測結(jié)果，判斷是否存在螺母缺失或螺栓缺失的情況；

48、將檢測到的螺母和螺栓數(shù)量與預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量進(jìn)行比較，若檢測結(jié)果中螺栓或螺母的數(shù)量少于預(yù)定數(shù)量，則判定螺栓組存在連接故障；

49、對檢測到的螺母和螺栓位置進(jìn)行校驗(yàn)，若檢測結(jié)果中的螺母和螺栓位置與預(yù)定的位置不符，則判定為連接故障；

50、對于檢測出存在螺母或螺栓缺失的螺栓組，記錄其具體位置及故障類型，并發(fā)出故障報(bào)警；

51、將檢測結(jié)果及圖像數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)存儲模塊中，包括故障螺栓組的位置、故障類型和檢測時間。

52、進(jìn)一步的，所述纜繩異物檢測的步驟如下：

53、使用edlines算法對纜繩子集合的圖像進(jìn)行邊緣檢測，提取纜繩的邊緣特征，得到第一特征圖；

54、使用lsd算法對第一特征圖進(jìn)行線段檢測，提取纜繩的線段特征，得到第二特征圖；

55、對第二特征圖的線段檢測結(jié)果進(jìn)行擬合，構(gòu)建纜繩模型；

56、基于纜繩模型，將當(dāng)前獲取的纜繩圖像與纜繩模型進(jìn)行差分計(jì)算，得到差分圖像，對差分圖像進(jìn)行閾值分割，提取差異最大的區(qū)域作為前景區(qū)域；

57、提取前景區(qū)域的顏色、形狀和紋理特征，構(gòu)建特征向量；

58、采用支持向量機(jī)，對提取的特征進(jìn)行分類，判斷前景區(qū)域是否為異物；

59、若分類結(jié)果為異物，則判定前景區(qū)域?yàn)槔|繩上的異物；

60、記錄異物的具體位置及檢測時間，并發(fā)出故障報(bào)警；

61、將檢測結(jié)果及圖像數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)存儲模塊中，包括纜繩異物的位置、類型和檢測時間。

62、一種基于無人機(jī)的雪場索道自主巡檢系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)上述所述的基于無人機(jī)的雪場索道自主巡檢方法，包括：

63、巡檢管理系統(tǒng)，用于監(jiān)測雪場環(huán)境和氣象情況；接收并顯示無人機(jī)發(fā)回的巡檢圖像，接收并顯示無人機(jī)的實(shí)時位置信息及其飛行軌跡；判定無人機(jī)當(dāng)前位置與支架的位置關(guān)系，并依據(jù)支架的易損等級執(zhí)行不同的巡檢方式；顯示本次巡檢結(jié)果，包括故障圖像及故障位置信息；在無人機(jī)出發(fā)和返航時，控制機(jī)巢門的開閉；

64、數(shù)據(jù)采集模塊，用于控制無人機(jī)按照指定航路獲取巡檢過程中索道各部件的相關(guān)圖像數(shù)據(jù)及獲取時的位置信息；其中，圖像數(shù)據(jù)的位置信息依據(jù)航路中各索道支架上現(xiàn)有的編號確定；

65、數(shù)據(jù)存儲模塊，用于存儲一個月內(nèi)的歷次巡檢圖像數(shù)據(jù)以及一年內(nèi)的歷次故障圖像數(shù)據(jù)；其中，故障圖像數(shù)據(jù)用于判定支架的易損等級；

66、故障分析模塊，用于對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，生成索道圖像數(shù)據(jù)集，并根據(jù)索道部件在圖像畫面中的占比將索道圖像數(shù)據(jù)集劃分為支架子集合和纜繩子集合；其中，支架子集合用于檢測輪組磨損故障和螺栓連接故障，纜繩子集合用于檢測纜繩異物故障；所述故障分析模塊執(zhí)行輪組磨損故障檢測、螺栓連接故障檢測和纜繩異物檢測。

67、進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括：

68、無人機(jī)，用于按照指定航路進(jìn)行飛行，并將采集的圖像數(shù)據(jù)、紅外圖像數(shù)據(jù)、位置信息發(fā)送至巡檢管理系統(tǒng)；指定航路分為整體巡檢航路和局部巡檢航路；其中，整體巡檢航路適用于沿索道纜繩飛行，局部巡檢航路適用于檢測索道支架；

69、高分辨率攝像頭，固定在無人機(jī)機(jī)架前方，用于拍攝索道的高清圖像數(shù)據(jù)；

70、紅外攝像頭，固定在無人機(jī)機(jī)架下方，用于拍攝索道的紅外圖像數(shù)據(jù)；

71、紅外測距傳感器，固定在紅外攝像頭下方，用于測量無人機(jī)與索道支架之間的距離。

72、進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)存儲模塊包括：

73、歷史數(shù)據(jù)存儲單元，用于存儲一個月內(nèi)的歷次巡檢圖像數(shù)據(jù)；

74、故障數(shù)據(jù)存儲單元，用于存儲一年內(nèi)的歷次故障圖像數(shù)據(jù)、故障類型、故障位置和故障時間；

75、數(shù)據(jù)檢索單元，用于根據(jù)故障類型、故障位置或故障時間檢索存儲的圖像數(shù)據(jù)。

76、進(jìn)一步的，所述巡檢管理系統(tǒng)包括：

77、氣象監(jiān)測單元，包括溫度傳感器、濕度傳感器和teng風(fēng)速傳感器，用于實(shí)時采集索道所處環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)；

78、巡檢畫面顯示單元，用于接收并顯示無人機(jī)發(fā)回的巡檢圖像；

79、航路控制單元，用于接收并顯示無人機(jī)的實(shí)時位置信息及其飛行航路，判定無人機(jī)當(dāng)前位置與支架的位置關(guān)系；依據(jù)支架的易損等級執(zhí)行不同的巡檢方式；

80、故障總結(jié)單元，用于顯示本次巡檢的故障結(jié)果，包括故障圖像及故障位置信息，并發(fā)送給數(shù)據(jù)存儲模塊；

81、無人機(jī)機(jī)巢單元，用于在無人機(jī)出發(fā)和返航時控制機(jī)巢門的開閉。

82、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

83、1、本發(fā)明通過無人機(jī)實(shí)現(xiàn)了對索道支架和纜繩圖像數(shù)據(jù)的自動化、精確采集，并結(jié)合機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行實(shí)時故障檢測與診斷。這一創(chuàng)新方法顯著提升了巡檢的效率和準(zhǔn)確率，減少了因人工檢測帶來的誤差和遺漏，同時也降低人工成本和安全風(fēng)險。

84、2、本發(fā)明通過故障分析模塊能夠?qū)Λ@取的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和歸類，對索道各部件進(jìn)行詳細(xì)的故障檢測與分析，并將結(jié)果保存在數(shù)據(jù)存儲模塊中，為運(yùn)維人員提供了詳細(xì)的故障信息，并通過歷史數(shù)據(jù)分析，幫助制定更有效的維護(hù)計(jì)劃和策略。

85、3、本發(fā)明通過巡檢管理系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時環(huán)境和氣象數(shù)據(jù)智能地制定和調(diào)整巡檢計(jì)劃，并對無人機(jī)的航路進(jìn)行精準(zhǔn)控制。系統(tǒng)根據(jù)索道支架的易損等級執(zhí)行不同的巡檢方式，確保關(guān)鍵部位得到充分檢查，提升巡檢工作的針對性和有效性。

86、4、本發(fā)明不僅能夠檢測索道支架的輪組磨損和螺栓連接故障，還能識別纜繩上的異物。通過多種檢測手段全面覆蓋索道各部件的故障檢測，提高了索道運(yùn)行的可靠性和安全性。