基于无人机的高耸结构物自动养护系统及方法与流程

1.本发明涉及高耸结构物养护技术领域，尤其涉及一种基于无人机的高耸结构物自动养护系统及方法。


背景技术：

2.现有的高耸结构物养护主要有以下方式：
3.1)利用吊车将装有养护水的养护桶吊运至高耸结构物的顶部，养护期间，养护水不断消耗，需要施工人员爬梯观察养护桶内的水量，当水量用完或降低至一定程度后，由吊车将养护桶取下，人工补充养护水，待补充完毕后，再次将养护桶吊运至高耸结构物的顶部，待高耸结构物养护完毕后，再利用吊车将养护桶取下。
4.2)施工人员沿高耸结构物的边缘布设养护水管，待布设完毕后，利用水泵往上泵送养护水，待高耸结构物养护完毕后，再由施工人员爬梯至顶部拆除养护水管。
5.上述现有的高耸结构物养护方式，主要有以下缺陷：
6.1、存在登高作业风险；
7.2、需对工程机械进行合理调配，但是存在机械无法及时调配使用的情况；
8.3、受人/物因素影响较大，养护成本高，质量不可控。


技术实现要素：

9.为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于无人机的高耸结构物自动养护系统及方法，用于实现养护过程的自动化，使养护具有便捷性、及时性，便于把握施工质量，降低养护成本，且无需施工人员登高作业，降低安全风险。
10.本发明的基于无人机的高耸结构物自动养护系统采用如下技术方案实现：
11.一种基于无人机的高耸结构物自动养护系统，包括：
12.养护桶，用于向高耸结构物释放养护水，并且设置有信号发送系统；所述信号发送系统包括有水位监控装置和信号发射装置，所述水位监控装置用于监控养护桶内的养护水是否到达预警水位，所述信号发射装置用于在养护水到达预警水位时发送补水信号，所述补水信号携带有位置信息；
13.补水箱，用于向养护桶补充养护水；
14.无人机，用于运送养护桶和补水箱，并且设置有信号接收装置和定位系统；所述信号接收装置用于接收养护启动指令和补水信号，所述养护启动指令携带有位置信息，所述定位系统用于根据位置信息定位目标地点。
15.进一步地，所述水位监控装置为水位感应器，所述水位感应器和所述信号发射装置处于第一工作电路上，当养护桶内养护水未到达预警水位时，第一工作电路处于断路状态，当养护桶内养护水到达预警水位时，第一工作电路处于闭路状态，此时信号发射装置发送补水信号。
16.进一步地，所述信号发送系统还包括有养护定时装置，所述养护定时装置用于设
置养护结束时间，所述信号发射装置还用于在养护结束时间到达时发送回收信号，所述回收信号携带有位置信息；
17.所述信号接收装置还用于接收回收信号。
18.进一步地，所述养护定时装置为延时开关，用于设置延时时间，所述延时开关与所述信号发射装置处于第二工作电路上，延时时间到达之前，第二工作电路处于断路状态，延时时间到达时，第二工作电路处理闭路状态，此时信号发射装置发送回收信号。
19.进一步地，所述养护桶还设置有放水控制系统，所述放水控制系统包括有底部监控装置以及湿度监测装置，所述底部监控装置用于监控养护桶是否处于稳固放置状态，所述湿度监测装置用于监测养护桶周边湿度；
20.其中，当养护桶处于稳固放置状态并且其周边湿度处于预设值以下时，则养护桶释放养护水；当养护桶未处于稳固放置状态，或者，其周边湿度处于预设值以上时，则养护桶暂停释放养护水。
21.进一步地，所述养护桶还设置有电磁阀，所述电磁阀包括有电感器和阀芯，所述阀芯处于养护桶的出水口处，所述湿度监测装置为湿度感应器，所述底部监控装置包括有可调电阻、传动杆、复位弹簧和压钮，所述传动杆与压钮连接，所述可调电阻的活动触片与传动杆连接，所述复位弹簧的两端分别与养护桶桶底和传动杆连接，所述压钮伸出至养护桶的底部以下；
22.其中，所述电感器、所述湿度感应器和所述可调电阻处于第三工作电路上；当所述压钮被往上推压时，所述传动杆带动可调电阻的活动触片移动，使可调电阻的阻值变小。
23.进一步地，所述高耸结构物自动养护系统还包括：
24.停机坪，设置有用于停放无人机的停放区、用于存放养护桶的存放区以及用于储存养护水的水池。
25.进一步地，所述无人机还设置有用于识别养护桶的摄像装置以及用于抓取养护桶的抓取机构，所述抓取机构包括电液推杆和机械爪，所述机械爪与所述电液推杆传动连接。
26.本发明的基于无人机的高耸结构物自动养护方法采用如下技术方案实现：
27.一种基于无人机的高耸结构物自动养护方法，包括：
28.养护启动流程：
29.无人机接收养护启动指令，其携带有位置信息；
30.无人机根据位置信息定位目标地点；
31.无人机运送养护桶至目标地点，并在该目标地点放下养护桶；
32.养护期间流程：
33.养护桶向高耸结构物释放养护水；
34.当养护桶内养护水到达预警水位时，养护桶发送补水信号，其携带有位置信息；
35.无人机接收补水信号，根据其位置信息定位目标地点；
36.无人机运送补水箱至养护桶的上方，通过补水箱向养护桶补充养护水；
37.养护结束流程：
38.当养护结束时间到达时，养护桶发送回收信号，其携带有位置信息；
39.无人机接收回收信号，根据其位置信息定位目标地点；
40.无人机飞往目标地点将养护桶取走。
41.进一步地，养护桶向高耸结构物释放养护水时，其执行的步骤包括：
42.当养护桶处于稳固放置状态并且其周边湿度处于预设值以下时，则养护桶释放养护水；当养护桶未处于稳固放置状态，或者，其周边湿度处于预设值以上时，则养护桶暂停释放养护水。
43.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
44.本发明所提供的基于无人机的高耸结构物自动养护系统及方法，用于实现养护过程的自动化，使养护具有便捷性、及时性，便于把握施工质量，降低养护成本，且无需施工人员登高作业，降低安全风险。
附图说明
45.图1为本发明实施例的基于无人机的高耸结构物自动养护系统中养护桶的组成原理图一；
46.图2为本发明实施例的基于无人机的高耸结构物自动养护系统中养护桶的组成原理图二；
47.图3为本发明实施例的基于无人机的高耸结构物自动养护系统中无人机的结构示意图；
48.图4为本发明实施例的基于无人机的高耸结构物自动养护系统中停机坪的结构示意图；
49.图5为本发明实施例的基于无人机的高耸结构物自动养护方法中无人机所执行步骤的流程图；
50.图6为本发明实施例的基于无人机的高耸结构物自动养护方法中养护桶所执行步骤的流程图。
具体实施方式
51.下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
52.参考图1-图6，本发明实施例提供了一种基于无人机的高耸结构物自动养护系统及方法。
53.本发明实施例的基于无人机的高耸结构物自动养护系统，其包括以下四个部分：
54.(1)养护桶，用于向高耸结构物释放养护水，并且设置有信号发送系统和放水控制系统；
55.信号发送系统包括有水位监控装置、养护定时装置和信号发射装置；水位监控装置用于监控养护桶内的养护水是否到达预警水位，信号发射装置用于在养护水到达预警水位时发送补水信号，所述补水信号携带有位置信息；养护定时装置用于设置养护结束时间，信号发射装置还用于在养护结束时间到达时发送回收信号，所述回收信号携带有位置信息；
56.放水控制系统包括有底部监控装置以及湿度监测装置，底部监控装置用于监控养护桶是否处于稳固放置状态，湿度监测装置用于监测养护桶周边湿度；
57.其中，当养护桶处于稳固放置状态并且其周边湿度处于预设值以下时，则养护桶释放养护水；当养护桶未处于稳固放置状态，或者，其周边湿度处于预设值以上时，则养护桶暂停释放养护水。
58.(2)补水箱，用于向养护桶补充养护水。
59.(3)无人机，用于运送养护桶和补水箱，并且设置有信号接收装置、定位系统、摄像装置和抓取机构，无人机本身应当配置有自动化控制系统；
60.其中，信号接收装置用于接收养护启动指令、补水信号和回收信号，养护启动指令携带有位置信息，定位系统用于根据位置信息定位目标地点，摄像装置用于识别养护桶，抓取机构用于抓取养护桶。
61.(4)停机坪，设置有用于停放无人机的停放区、用于存放养护桶的存放区、用于储存养护水的水池，以及还设置有充电桩；该停机坪的具体结构可参考图4。
62.具体地，养护启动指令是由操作人员在无人机操作app上发出，操作人员结合北斗系统，将需要养护的高耸结构物位置转化为平面及高程坐标，并且在app上标注该坐标；即养护启动指令中的位置信息指的是高耸结构物(即养护目标)的平面及高程坐标；无人机本身设置有定位系统(北斗导航系统)，因此可自行定位并飞往至目标地点。同理，在补水信号和回收信号中，其位置信息指的是养护桶或高耸结构物的平面及高程坐标。
63.具体地，参考图1和图2，养护桶是一种便于让机械爪抓取的提桶结构，由机械爪抓取运输，无人机的摄像装置用于识别出这种提桶结构的养护桶，以方便进行抓取动作。如图3所示，补水箱固定于无人机下部，为无人机自带的配件；为了便于实现自动补水，补水箱上应当设置有出水口，出水口可以由电磁阀或者水泵控制是否出水，而补水箱的电磁阀或水泵由无人机进行控制。
64.在本实施例的高耸结构物自动养护系统中，参考图1，水位监控装置为水位感应器，水位感应器和信号发射装置处于第一工作电路上(即图1中电路1)，当养护桶内养护水未到达预警水位时，第一工作电路处于断路状态，当养护桶内养护水到达预警水位时，第一工作电路处于闭路状态，此时信号发射装置发送补水信号。
65.在本实施例的高耸结构物自动养护系统中，养护定时装置为延时开关，用于设置延时时间，延时开关与信号发射装置处于第二工作电路上(即图1中电路2)，延时时间到达之前，第二工作电路处于断路状态，延时时间到达时，第二工作电路处理闭路状态，此时信号发射装置发送回收信号。
66.在本实施例的高耸结构物自动养护系统中，参考图2，养护桶还设置有电磁阀，电磁阀包括有电感器和阀芯(钢球结构)，阀芯处于养护桶的出水口处，湿度监测装置为湿度感应器，底部监控装置包括有可调电阻、传动杆、复位弹簧和压钮，传动杆与压钮连接，可调电阻的活动触片与传动杆连接，复位弹簧的两端分别与养护桶桶底和传动杆连接，压钮伸出至养护桶的底部以下；
67.其中，电感器、湿度感应器和可调电阻处于第三工作电路上(即电路3)；当压钮被往上推压时，传动杆带动可调电阻的活动触片移动，使可调电阻的阻值变小，此时可调电阻对第三工作电路起到导通作用；当压钮不再受到向上的压力时，传动杆会在复位弹簧下复位，并带动可调电阻的活动触片移动，使可调电阻的阻值变大，此时可调电阻对第三工作电路起断路作用；当养护桶周边湿度处于预设值以下时，湿度感应器对第三工作电路起导通
作用，当湿度处于预设值以上时，湿度感应器对第三工作电路起断路作用。因此，只有当湿度感应器和可调电阻均导通时，电感器才会通电产生磁场，从而吸附阀芯，使得出水口打开释放养护水。
68.简而言之，因为设置有底部监控装置，所以当养护桶被平稳地放置在高耸结构物顶部时，压钮会被往上压，使得可调电阻导通，当养护桶底部悬空时，可调电阻阻值非常大，使得第三工作电路断开，此时出水口会被钢球阀芯关闭，以保证不会释放养护水。
69.在本实施例的高耸结构物自动养护系统中，参考图3，抓取机构包括电液推杆和机械爪，机械爪与电液推杆传动连接，电液推杆与无人机预留的设备接口连接；其中，电液推杆收缩时，可带动机械爪合拢，电液推杆放松时，可带动机械爪张开。
70.本发明还提供一种基于无人机的高耸结构物自动养护方法，该养护方法可采用各种不同的软硬件实现，在本实施例中，该自动养护方法以上述高耸结构物自动养护系统为基础实现。
71.参考图5和图6，首先由操作人员在app发出养护启动指令，接下来就是由养护桶和无人机共同实现的自动化养护方法。该高耸结构物自动养护方法包括以下三个流程：
72.(1)养护启动流程：
73.无人机接收养护启动指令，其携带有位置信息(此处为高耸结构物平面及高程坐标)；
74.无人机飞往存放区识别养护桶，收缩电液推杆抓取养护桶；
75.无人机根据位置信息定位目标地点；
76.无人机运送养护桶至目标地点，并在该目标地点(即高耸结构物顶部)放松电液推杆放下养护桶，之后，无人机返回停放区。
77.(2)养护期间流程：
78.养护桶向高耸结构物释放养护水；
79.当养护桶内养护水到达预警水位时，养护桶发送补水信号，其携带有位置信息；
80.无人机接收补水信号，根据其位置信息定位目标地点(即需要补水的养护桶所在位置)；
81.无人机运送补水箱至养护桶的上方，通过补水箱向养护桶补充养护水，补水完成后无人机离开并返回停放区；
82.养护结束流程：
83.当养护结束时间到达时，养护桶发送回收信号，其携带有位置信息；
84.无人机接收回收信号，根据其位置信息定位目标地点(即需要回收的养护桶所在位置)；
85.无人机飞往目标地点识别养护桶，收缩电液推杆抓取养护桶，将养护桶取走后运送至存放区，然后放松电液推杆放下养护桶，之后无人机返回停放区。
86.在本发明实施例的高耸结构物自动养护方法，养护桶向高耸结构物释放养护水时，其执行的步骤包括：
87.当养护桶处于稳固放置状态并且其周边湿度处于预设值以下时，则养护桶释放养护水；当养护桶未处于稳固放置状态，或者，其周边湿度处于预设值以上时，则养护桶暂停释放养护水。
88.本发明实施例的优点如下：
89.本发明实施例所提供的基于无人机的高耸结构物自动养护系统及方法，用于实现养护过程的自动化，使养护具有便捷性、及时性，便于把握施工质量，降低养护成本，且无需施工人员登高作业，降低安全风险。
90.在本实施例的高耸结构物自动养护系统及方法中，除了给无人机输入坐标指令、充电、往补水箱补水等人为操作外，其余均为自动化；并且无人机作为一种科技产品，其使用电能，无需使用吊车，减少燃烧燃料，减少尾气排放，具有很好的环保效能。
91.在本实施例的高耸结构物自动养护系统及方法中：养护桶释放养护水需要同时满足两个前置条件：
92.其一，养护桶处于稳固放置状态时(即压钮被压入时)；设定养护桶处于稳固放置状态时才能释放养护水，意味着养护桶在运输过程中(此时养护桶底部悬空)，出水口自动关闭，不会释放养护水，而当养护桶被平稳地放在高耸结构物顶部时，出水口又能够自动打开，释放养护水，因而实现了养护桶开关的自动化控制，给养护过程以及运输过程带来了便利；
93.其二，养护桶周边湿度较小时；设定养护桶周边湿度较小时才释放养护水，这能够使得养护水的释放更加有效，节约养护水，达到很好的环保效能。
94.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

技术特征：
1.一种基于无人机的高耸结构物自动养护系统，其特征在于，包括：养护桶，用于向高耸结构物释放养护水，并且设置有信号发送系统；所述信号发送系统包括有水位监控装置和信号发射装置，所述水位监控装置用于监控养护桶内的养护水是否到达预警水位，所述信号发射装置用于在养护水到达预警水位时发送补水信号，所述补水信号携带有位置信息；补水箱，用于向养护桶补充养护水；无人机，用于运送养护桶和补水箱，并且设置有信号接收装置和定位系统；所述信号接收装置用于接收养护启动指令和补水信号，所述养护启动指令携带有位置信息，所述定位系统用于根据位置信息定位目标地点。2.如权利要求1所述的高耸结构物自动养护系统，其特征在于，所述水位监控装置为水位感应器，所述水位感应器和所述信号发射装置处于第一工作电路上，当养护桶内养护水未到达预警水位时，第一工作电路处于断路状态，当养护桶内养护水到达预警水位时，第一工作电路处于闭路状态，此时信号发射装置发送补水信号。3.如权利要求1所述的高耸结构物自动养护系统，其特征在于，所述信号发送系统还包括有养护定时装置，所述养护定时装置用于设置养护结束时间，所述信号发射装置还用于在养护结束时间到达时发送回收信号，所述回收信号携带有位置信息；所述信号接收装置还用于接收回收信号。4.如权利要求3所述的高耸结构物自动养护系统，其特征在于，所述养护定时装置为延时开关，用于设置延时时间，所述延时开关与所述信号发射装置处于第二工作电路上，延时时间到达之前，第二工作电路处于断路状态，延时时间到达时，第二工作电路处理闭路状态，此时信号发射装置发送回收信号。5.如权利要求1所述的高耸结构物自动养护系统，其特征在于，所述养护桶还设置有放水控制系统，所述放水控制系统包括有底部监控装置以及湿度监测装置，所述底部监控装置用于监控养护桶是否处于稳固放置状态，所述湿度监测装置用于监测养护桶周边湿度；其中，当养护桶处于稳固放置状态并且其周边湿度处于预设值以下时，则养护桶释放养护水；当养护桶未处于稳固放置状态，或者，其周边湿度处于预设值以上时，则养护桶暂停释放养护水。6.如权利要求5所述的高耸结构物自动养护系统，其特征在于，所述养护桶还设置有电磁阀，所述电磁阀包括有电感器和阀芯，所述阀芯处于养护桶的出水口处，所述湿度监测装置为湿度感应器，所述底部监控装置包括有可调电阻、传动杆、复位弹簧和压钮，所述传动杆与压钮连接，所述可调电阻的活动触片与传动杆连接，所述复位弹簧的两端分别与养护桶桶底和传动杆连接，所述压钮伸出至养护桶的底部以下；其中，所述电感器、所述湿度感应器和所述可调电阻处于第三工作电路上；当所述压钮被往上推压时，所述传动杆带动可调电阻的活动触片移动，使可调电阻的阻值变小。7.如权利要求1所述的高耸结构物自动养护系统，其特征在于，所述高耸结构物自动养护系统还包括：停机坪，设置有用于停放无人机的停放区、用于存放养护桶的存放区以及用于储存养护水的水池。8.如权利要求1所述的高耸结构物自动养护系统，其特征在于，所述无人机还设置有用
于识别养护桶的摄像装置以及用于抓取养护桶的抓取机构，所述抓取机构包括电液推杆和机械爪，所述机械爪与所述电液推杆传动连接。9.一种基于无人机的高耸结构物自动养护方法，其特征在于，包括：养护启动流程：无人机接收养护启动指令，其携带有位置信息；无人机根据位置信息定位目标地点；无人机运送养护桶至目标地点，并在该目标地点放下养护桶；养护期间流程：养护桶向高耸结构物释放养护水；当养护桶内养护水到达预警水位时，养护桶发送补水信号，其携带有位置信息；无人机接收补水信号，根据其位置信息定位目标地点；无人机运送补水箱至养护桶的上方，通过补水箱向养护桶补充养护水；养护结束流程：当养护结束时间到达时，养护桶发送回收信号，其携带有位置信息；无人机接收回收信号，根据其位置信息定位目标地点；无人机飞往目标地点将养护桶取走。10.如权利要求9所述的高耸结构物自动养护方法，其特征在于，养护桶向高耸结构物释放养护水时，其执行的步骤包括：当养护桶处于稳固放置状态并且其周边湿度处于预设值以下时，则养护桶释放养护水；当养护桶未处于稳固放置状态，或者，其周边湿度处于预设值以上时，则养护桶暂停释放养护水。

技术总结
本发明公开了一种基于无人机的高耸结构物自动养护系统及方法，包括：养护桶，用于向高耸结构物释放养护水，并且设置有信号发送系统，信号发送系统包括有水位监控装置和信号发射装置；补水箱，用于向养护桶补充养护水；无人机，用于运送养护桶和补水箱，并且设置有信号接收装置和定位系统。本发明所提供的基于无人机的高耸结构物自动养护系统及方法，用于实现高耸结构物养护过程的自动化，使养护具有便捷性、及时性，便于把握施工质量，降低养护成本，且无需施工人员登高作业，降低安全风险。降低安全风险。降低安全风险。


技术研发人员：庄值政 王晓雷 危志豪 董儒璋 黄景山 刘创创 雷朋程 陈丞志 李雷
受保护的技术使用者：中交一公局集团有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/9/6