一种适用于工程现场的无人机及工程现场位移监测方法与流程

1.本发明涉及自动化工程监测技术领域，尤其涉及一种适用于工程现场的无人机及工程现场位移监测方法。


背景技术：

2.目前，随着工程技术的极速发展，工程施工的速度与效率大幅提高，对于高频次、全天候的巡视与测量工作要求也越来越迫切。在工程管理向着信息化、数字化高速发展的今天，传统人工监测与测量已经不能够满足工程建设的客观要求。因此，需要一种数字化全自动的监测方案。
3.近些年来，多旋翼无人机设备由于其灵活性高、视野广泛、机动性强等特点，被越来越广泛地应用于工程现场的巡视与摄影测量工作中。
4.但同时传统多旋翼无人机有许多亟待解决的问题：
5.传统无人机设备由于受起飞重量的考虑，通常携带电池容量有限，在进行大范围的巡视与建模时，需要反复起降，效率极低；
6.另外工程现场的临时性道路与平台通常坑洼不平，没有自调平功能的传统无人机很容易在起飞降落时发生倾覆，造成设备的损坏。


技术实现要素：

7.(一)要解决的技术问题
8.鉴于现有技术的上述缺点和不足，本发明提供一种适用于工程现场的无人机及工程现场位移监测方法，其解决了低空巡视时旋翼容易受损以及起飞降落时容易发生倾覆的技术问题。
9.(二)技术方案
10.为了达到上述目的，本发明的适用于工程现场的无人机包括：
11.控制器、机身、测量云台、摄像头、激光扫描头、起落架、多个电池组以及多个防碰撞旋翼；
12.所述机身的主体为桁架结构，且所述机身为正棱柱，所述电池组与所述机身可拆卸连接，所述控制器设置于所述机身内部，所述测量云台与所述机身的底面连接，所述摄像头和所述激光扫描头均设置于所述测量云台上；
13.多个所述防碰撞旋翼分别与所述机身的多个侧面一一对应连接；
14.所述起落架包括支撑框架和多个减震装置，所述支撑框架的第一端与所述机身的底面连接，多个所述减震装置均设置于所述支撑架的第二端，多个所述减震装置能够与工程现场的地面相抵接；
15.所述测量云台、所述摄像头、所述激光扫描头以及多个所述防碰撞旋翼均与所述控制器导线连接。
16.可选地，所述机身包括设备舱、外壳体以及多个支撑桁架；
17.所述设备舱和所述外壳体均为正棱柱，所述设备舱和所述外壳体的棱数相同；所述设备舱设置于所述外壳体内，所述设备舱的多个侧面分别与所述外壳体的多个侧面一一对应且相互平行；所述控制器设置于所述设备舱内；所述设备舱与所述外壳体之间形成有容置空间；
18.所述设备舱与所述外壳体相对的两根棱通过所述支撑桁架连接，多个所述支撑桁架将所述容置空间均分为多个电池舱，多个所述电池组分别与多个所述电池舱一一对应可拆卸连接。
19.可选地，所述设备舱的每一个侧面上均设置有第一充电口，所述支撑桁架上设置有多个第一扣环；
20.所述电池组上设置有第二扣环和第二充电口，多个所述第二扣环分别与多个所述第一扣环一一对应可拆卸连接；
21.所述第二充电口与所述第一充电口连接，所述电池组通过所述第一充电口和所述第二充电口给所述控制器供电。
22.可选地，所述电池组的顶面开设有收纳槽，所述收纳槽内铰接提手。
23.可选地，所述支撑框架包括安装框架、一对横梁以及多根连接杆；
24.所述安装框架设置于所述机身的底面上，一对所述横梁均通过所述连接杆连接所述安装框架，一对所述横梁相互平行且均与所述机身的底面平行；
25.所述横梁上均沿长度方向间隔设置有多个所述减震装置。
26.可选地，所述减震装置包括减震主体、底板、弹性垫以及多个弹簧；
27.所述减震主体的第一端与所述横梁连接，所述减震主体的中轴线与所述机身的底面垂直；
28.所述减震主体的第二端设置有圆形凸台，所述减震主体的第二端的端面上沿所述圆形凸台的外圆周开设环形槽，多个所述弹簧的第一端均设置于所述环形槽内，多个所述弹簧的第二端均与所述底板连接；
29.所述弹性垫叠置于所述底板与所述圆形凸台之间。
30.可选地，所述防碰撞旋翼包括螺旋翼、安装壳体、电机、连接线管、辅助桁架以及防护装置；
31.所述安装壳体通过所述辅助桁架连接所述机身，所述连接线管的第一端与所述机身可拆卸连接，所述连接线管的第二端与所述安装壳体可拆卸连接，所述连接线管与所述机身的侧面垂直；
32.所述电机设置于所述安装壳体内，所述螺旋翼与所述电机的转轴连接，所述电机通过套设在所述连接线管内的导线连接所述控制器；
33.所述防护装置包括防护套筒、第一防护隔板以及第二防护隔板，所述防护套筒为两端开口的中空圆柱体，所述第一防护隔板设置于所述防护套筒的第一端，所述第二防护隔板设置于所述防护套筒的第二端；
34.所述第一防护隔板上开设有安装孔，所述安装壳体套设于所述安装孔内，所述螺旋翼位于所述防护套筒内。
35.可选地，所述测量云台包括连接盖板、第一旋转装置、第二旋转装置以及第三旋转装置；
36.所述连接盖板设置于所述机身的底面，位于所述支撑框架内；
37.所述第一旋转装置与所述连接盖板连接，所述第一旋转装置能够在第一平面内360
°
旋转，所述第一平面与所述机身的底面平行；
38.所述第二旋转装置和所述第三旋转装置均与所述第一旋转装置连接，所述第二旋转装置和所述第三旋转装置均能够在第二平面内180
°
旋转，所述第二平面与所述第一平面垂直；
39.所述摄像头与所述第二旋转装置连接，所述激光扫描头与所述第三旋转装置连接，所述摄像头和所述激光扫描头上均设置有透明防护板。
40.可选地，所述适用于工程现场的无人机还包括多个红外感应器，多个所述红外感应器均设置于所述机身的顶面。
41.进一步地，本发明还提供了一种工程现场位移监测方法，其应用于如上所述的适用于工程现场的无人机中，所述工程现场位移监测方法包括：
42.s1、在被测量区域内设置多个预埋基准点；
43.s2、检查无人机设备完整性，将多个电池组安装到机身上，选择现场较为平坦的区域，启动无人机的电源；
44.s3、开启防碰撞旋翼，使设备完成起飞程序，运用地面控制站将无人机引导至被测量区域周围，对被测量区域进行激光扫描与摄影测量作业；
45.其中，拍摄测量作业时，使用摄像头对被测量区域进行图像获取，摄影测量图像的覆盖比高于70％，飞行高度保持在设定范围，并依照规划飞行路线依次进行线性连续作业，保证测量预埋基准点至少同时出现在4幅图像中，从而获得被测量区域的图像数据；在摄影测量作业的同时采用激光扫描头对被测量区域进行激光扫描，扫描收集至少三次反射的回波数据，并保存回波数据；
46.s4、完成全部被测量区域数据获取流程后，地面控制系统发出信号，引导无人机飞回出发点位；将图像数据与回波数据输入到计算机系统，进行图像数据与回波数据联合解算，通过二次回波与三次回波比较，消除地表植被与其他构筑物的影响，生成被测量区域的三维激光扫描点云模型；
47.s5、按设定周期对被测量区域进行测量作业，运用基于icp对准法的点云模型加减算法对不同测量周期的点云模型的变化进行分析，得到被测量区域的位移变化量与变化趋势三维云图，分析被测量区域的时空演化过程与危险性系数。
48.(三)有益效果
49.机身的主体采用桁架结构，优选为钢桁架结构，有效提高机身的强度的同时减轻机身重量，从而提高了机身的承载能力和防护能力。机身整体为正棱柱，进一步提高了机身的强度；
50.机身以正六棱柱为例进行说明，则包括六个防碰撞旋翼，六个防碰撞旋翼分别对应正六棱柱的六个侧面进行对称安装，确保结构各个方向的刚度与强度都能达到较高水平，提高了无人机的起飞重量，有利于安装大容量的电池组，进而进行大范围的巡视与建模，提高了工作效率；
51.多个减震装置均设置于支撑架的第二端，减震装置直接与工程现场的地面相抵接，避免支撑框架与地面刚性接触，并且每个减震装置均能根据地面的平整度进行被动独
立运动，使无人机可以在不平整的地面进行起降，极大地扩展了该型无人机的适用条件与适用范围。
附图说明
52.图1为本发明的适用于工程现场的无人机的顶面的结构示意图；
53.图2为本发明的适用于工程现场的无人机的底面的结构示意图；
54.图3为本发明的适用于工程现场的无人机的起落架的结构示意图；
55.图4为本发明的适用于工程现场的无人机的机身的分解图；
56.图5为本发明的适用于工程现场的无人机的电池组的结构示意图；
57.图6为本发明的适用于工程现场的无人机的减震装置的内部结构示意图；
58.图7为本发明的适用于工程现场的无人机的防碰撞旋翼的分解图；
59.图8为本发明的适用于工程现场的无人机的摄像头和激光扫描头安装示意图；
60.图9为本发明的适用于工程现场的无人机的摄像头和激光扫描头的工作状态的结构示意图；
61.图10为本发明的适用于工程现场的无人机的摄像头和激光扫描头的关闭状态的结构示意图；
62.图11为本发明的工程现场位移监测方法的流程图；
63.图12为本发明的工程现场位移监测方法的工作流程示意图。
64.图13为本发明的工程现场位移监测方法的标靶板的结构示意图。
65.【附图标记说明】
66.1：机身；11：辅助桁架；12：支撑桁架；13：外壳体；14：底面；15：连接线管；16：设备舱；17：红外感应器；
67.2：电池组；21：提手；211：连接件；22：第一充电口；221：第二扣环；222：第一扣环；23：第二充电口；231：触点；232：磁力环；24：卡槽；
68.3：防碰撞旋翼；31：电机；311：安装壳体；312：转轴；32：第一防护隔板；33：螺旋翼；35：第二防护隔板；36：防护套筒；
69.4：测量云台；41：连接盖板；42：第一旋转装置；431：摄像头；432：激光扫描头；433：透明防护板；44：第二旋转装置；
70.5：起落架；51：安装框架；52：横梁；53：连接杆；54：减震装置；541：减震主体；542：底板；543：弹性垫；544：弹簧；
71.6：起飞场地；
72.7：被测量区域；71：预埋基准点；
73.8：计算机系统；
74.9：位移变化量与变化趋势三维云图；
75.10：标靶板。
具体实施方式
76.为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”......等方位名词以图1的定向为参照。
77.虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
78.如图1和图2所示，本发明提供了一种适用于工程现场的无人机，适用于工程现场的无人机包括：控制器、机身1、测量云台4、摄像头431、激光扫描头432、起落架5、多个电池组2以及多个防碰撞旋翼3。其中，机身1的主体采用桁架结构，优选为钢桁架结构，有效提高机身1的强度的同时减轻机身1重量，从而提高了机身1的承载能力和防护能力。机身1整体为正棱柱，进一步提高了机身1的强度。电池组2与机身1可拆卸连接，便于电池组2的快速拆装，电池组2优选为锂电池，为无人机设备提供电力供应。控制器设置于机身1内部，控制器为常规设备，测量云台4、摄像头431、激光扫描头432以及多个防碰撞旋翼3均与控制器导线连接，控制器用于控制无人机的飞行轨迹，以及用于控制测量云台4、摄像头431和激光扫描头432运行状态。控制器内置有存储单元，用于储存摄像头431和激光扫描头432获取的测量数据。测量云台4与机身1的底面14连接，摄像头431和激光扫描头432均设置于测量云台4上，通过测量云台4控制摄像头431和激光扫描头432摆动角度，从而获取不同区域的测量数据。多个防碰撞旋翼3分别与机身1的多个侧面一一对应连接。机身1以正六棱柱为例进行说明，则包括六个防碰撞旋翼3，六个防碰撞旋翼3分别对应正六棱柱的六个侧面进行对称安装，确保结构各个方向的刚度与强度都能达到较高水平，提高了无人机的起飞重量，有利于安装大容量的电池组2，进而进行大范围的巡视与建模，提高了工作效率。如图3所示，起落架5包括支撑框架和多个减震装置54，支撑框架的第一端与机身1的底面14连接，无人机降落到底面14后通过支撑框架支撑机身1，避免机身1接触底面14而受损。多个减震装置54均设置于支撑架的第二端，减震装置54直接与工程现场的地面相抵接，避免支撑框架与地面刚性接触，并且每个减震装置54均能根据地面的平整度进行被动独立运动，使无人机可以在不平整的地面进行起降，极大地扩展了该型无人机的适用条件与适用范围。
79.具体地，如图4所示，机身1包括设备舱16、外壳体13以及多个支撑桁架12，设备舱16和外壳体13均为正棱柱，设备舱16和外壳体13的棱数相同，若设备舱16为正六棱柱，则外壳体13也为正六棱柱。设备舱16设置于外壳体13内，设备舱16与外壳体13的中轴线共线，并且设备舱16的多个侧面分别与外壳体13的多个侧面一一对应且相互平行，具体结构参见图4，设备舱16与外壳体13之间形成有容置空间。设备舱16与外壳体13相对的两根棱通过支撑桁架12连接，保证机身1强度的同时减轻机身1的重量，由于设置了多个支撑桁架12，且设备舱16与外壳体13的横截面均为正多边形，因此外壳体13和设备舱16仅需采用薄片材料即可，进一步减轻了机身1重量。多个支撑桁架12将容置空间均分为多个电池舱，多个电池组2分别与多个电池舱一一对应可拆卸连接，还可以间隔对称安装电池组2，只要保证安装电池组2后的机身1的重心位于机身1的中轴线上即可。本发明采用轻量化的机身1并设置多个电池组2，使无人机能够长时间飞行需要，能有效应对工程现场复杂的环境条件，实现较长时间的测量，避免频繁起降更换电池，提高了测量的效率。
80.如图4和图5，在设备舱16的每一个侧面上均设置有第一充电口22，通过第一充电口22来给控制器供电，在支撑桁架12上设置有多个第一扣环222。电池组2上设置有第二扣环221和第二充电口23，第二充电口23用于电池组2的电能输入和输出。电池组2安装到电池舱后，每一个电池组2上的多个第二扣环221分别与每一个电池舱内的多个第一扣环222一
一对应可拆卸连接。第二充电口23与第一充电口22连接，电池组2通过第一充电口22和第二充电口23给设备舱16内的控制器供电。具体地，电池组2的顶面开设有收纳槽，收纳槽内铰接提手21。提手21通过位于收纳槽内的连接件211铰接到电池组2外壳，方便电池装卸的同时，减少固定提手21对飞行器行进中空气流场的影响。第二充电口23为磁吸供电接头，电池组2采用磁吸供电头进行供电，第二充电口23位于电池正前方，第二充电口23包括触点231与磁力圈。在电池组2周围设有第二扣环221，电池组2通过第二扣环221与支撑桁架12上的第一扣环222相连接，防止电池组2在飞行过程中的上下晃动。在使用时，应将电池放置到平整阴凉的地方，通过第二充电口23给电池进行充电。长期不使用时，电池组2应尽量不要安装在设备上，防止漏电给设备带来损害。在短距离飞行时，若电池舱的数量为6，则可按2、4、6块电池按对称形式安装，具有更高的灵活性。
81.如图3所示，支撑框架包括安装框架51、一对横梁52以及多根连接杆53。安装框架51通过螺栓或焊接的方式安装在机身1的底面14上，一对横梁52均通过多根连接杆53连接到安装框架51上，一对横梁52相互平行且均与机身1的底面14平行，使支撑框架构成一个“门”结构，用以支撑机身1。横梁52与地面接触的一面均沿长度方向间隔设置有多个减震装置54。参见图6，减震装置54包括减震主体541、底板542、弹性垫543以及多个弹簧544，减震主体541的第一端与横梁52连接，减震主体541的中轴线与机身1的底面14垂直，减震主体541的第二端设置有圆形凸台，减震主体541的第二端的端面上沿圆形凸台的外圆周开设环形槽，环形槽环绕所述圆形凸台设置，多个弹簧544的第一端均设置于环形槽内，弹簧544的第一端与环形槽固定连接，且弹簧544的第一端的端面抵接在环形槽的槽底，多个弹簧544的第二端均与底板542固定连接，底板542通过多个呈环形阵列设置的弹簧544支撑。弹性垫543叠置于底板542与圆形凸台之间，弹性垫543为高弹性橡胶垫，用以辅助支撑底板542。优选地，在横梁52上加装8组16个减震装置54。减震装置54主要由12组环向阵列设置的弹簧544与高弹橡胶垫提供减震性能，各个减震装置54可以同时发生不同方向的形变，保证了设备可以在凹凸不平的地面上依然可以保持机体相对平衡，防止降落起飞时发生倾覆现象。
82.起落架5自调平过程：当无人机起飞时，弹性垫543与弹簧544根据减震装置54的位置发生不同的初始形变，无人机的起飞重量将自动分配到各个减震装置54中；在无人机降落时，减震装置54可以根据其具体所在小区域的地面倾向倾角进行调整，通过弹性垫543与弹簧544阵列的协同变形，可以确保底板542向任何方向转动，使之与最大程度地贴近实际地面。通过多个减震装置54对降落地面的起伏状态进行吻合，确保重心的稳定。同时，减震装置54通过弹性垫543与弹簧544的弹性形变，消耗降落时无人机产生的动能，可以有效地减小无人机起降的冲击力，尽可能地保护机身1和设置在机身1上的设备免受冲击损坏。
83.如图7所示，防碰撞旋翼3包括螺旋翼33、安装壳体311、电机31、连接线管15、辅助桁架11以及防护装置。安装壳体311通过一对辅助桁架11连接机身1，从而使辅助桁架11和外壳体13的侧面连接成三角形结构，提高安装的稳定性。连接线管15的第一端与机身1可拆卸连接，连接线管15的第二端与安装壳体311可拆卸连接，连接线管15与外壳体13的侧面垂直，辅助桁架11能够对连接线管15起到有效的保护作用，以防止意外碰撞导致线管折断。电机31设置于安装壳体311内，螺旋翼33与电机31的转轴312连接，电机31通过套设在连接线管15内的导线连接控制器，保证设备便于维护的同时，增加其线路的安全性，防止扬尘与雨水可能带来的线路短路现象。在电池组2下方设有横截面为半圆形的卡槽24，确保电池组2
与线管稳定连接。控制器控制电机31的运行状态(运行状态包括启停状态和转速)，进而驱动螺旋翼33旋转，提供无人机飞行的动力。防护装置包括防护套筒36、第一防护隔板32以及第二防护隔板35，防护套筒36为两端开口的中空圆柱体，第一防护隔板32设置于防护套筒36的第一端，第二防护隔板35设置于防护套筒36的第二端。第一防护隔板32上开设有安装孔，安装壳体311套设于安装孔内，安装壳体311与安装孔的内壁连接，螺旋翼33位于防护套筒36内，在工程现场这种构筑物密集、环境复杂的地方，可以有效地减少轻度碰撞与摩擦对无人机正常飞行状态的影响，使飞行器有更强的环境适应性。优选的，螺旋翼33采用四叶片斜置45度设计，增大了螺旋翼33在单位转速下旋转时提供的上升力与下降力。
84.如图8所示，测量云台4包括连接盖板41、第一旋转装置42、第二旋转装置44以及第三旋转装置。连接盖板41设置于机身1的底面14，位于支撑框架内，第一旋转装置42与连接盖板41连接，第一旋转装置42能够在第一平面内360
°
旋转，第一平面与机身1的底面14平行。第二旋转装置44和第三旋转装置均与第一旋转装置42连接，第二旋转装置44和第三旋转装置均能够在第二平面内180
°
旋转，第二平面与第一平面垂直。若定义第一平面的水平面，则第二平面为竖直平面，第二旋转装置44和第三旋转装置均能够从竖直向上旋转至竖直向下，完成180
°
旋转。第二旋转装置44与摄像头431连接以驱动摄像头431在竖直平面内旋转，第三旋转装置与激光扫描头432连接以驱动激光扫描头432在竖直平面内旋转。如图9所示，摄像头431和激光扫描头432均具有两个状态，当摄像头431和激光扫描头432竖直向上正对机身1的底面时，为关闭状态；当摄像头431和激光扫描头432未处于关闭状态时为工作状态。无人机启动前摄像头431和激光扫描头432均处于关闭状态。在设备进行采集工作时，摄像头431和激光扫描头432旋出，并根据测量需要，控制其竖向倾角的旋转角度，摄像头431和激光扫描头432可以根据自身需要调整不同的测量倾角；当测量工作结束后，尤其是设备起飞降落时，将摄像头431和激光扫描头432旋转至关闭状态，减少摄像头431和激光扫描头432长时间暴露而损坏的概率，有效地避免磕碰与扬尘对测量设备的损坏，同时对整体无人机设备的飞行不会带来影响。摄像头431和激光扫描头432上均设置有透明防护板433，进一步提高了防尘效果。
85.如图1和图4所示，适用于工程现场的无人机还包括多个红外感应器17，多个红外感应器17均设置于机身1的顶面，多个红外线感应器朝向机身1的不同方向，用于实时监测无人机设备的周围物体的距离。
86.进一步地，如图11和图12所示，本发明还提供了一种工程现场位移监测方法，应用于适用于工程现场的无人机上，工程现场位移监测方法包括：
87.步骤一、在被测量区域7内设置多个预埋基准点71；基准点通常根据被测量区域的面积与要求的精度进行设置，标靶板尺寸60cm
×
60cm左右，标靶板制作最好涂刷大小＞50cm，字体清晰，字体高度＞30cm，如图13所示。影像分辨率为10mm一般50m一个。
88.步骤二、检查无人机设备完整性，将充满电的电池组2安装到机身1上；开启定位系统与地面控制系统，检查前摄像头431和激光扫描头432是否均处于关闭状态；若是，则选择现场较为平坦的区域作为起飞场地6放置无人机，安装好防碰撞旋翼3，启动无人机电源；
89.步骤三、开启防碰撞旋翼3，使设备完成起飞程序，在半空中调整摄像头431和激光扫描头432至工作状态，运用地面控制系统将无人机引导至被测量区域7周围，对被测量区域7进行激光扫描与摄影测量作业；
90.其中，拍摄测量作业时，使用摄像头431对被测量区域7进行图像获取，摄影测量图像的覆盖比高于70％，飞行高度保持在设定范围，并依照规划飞行路线依次进行线性连续作业，保证一个预埋基准点71至少同时出现在4幅图像中，以保证后期解算精度，从而获得被测量区域7的图像数据；在摄影测量作业的同时采用激光扫描头432对被测量区域7进行激光扫描，扫描收集至少三次反射的回波数据，并保存回波数据。
91.步骤四、完成全部被测量区域7数据获取流程后，地面控制系统发出信号，引导无人机飞回出发点位，开启降落程序；将摄像头431和激光扫描头432调整至关闭状态，运用起落架5和阵列设置减震装置54实现设备平稳降落，关闭碰撞旋翼；将图像数据与回波数据输入到计算机系统8，进行图像数据与回波数据联合解算，通过二次回波与三次回波比较，消除地表植被与其他构筑物的影响，生成被测量区域7的三维激光扫描点云模型。具体为：先通过数字摄影测量技术，建立被测量区域的原始彩色三维数字模型，再通过多次回波比较，分析出植被与障碍物位置与规模，并生成相应点云模型，最后通过布尔运算生成消除地表植被后的边坡坡面彩色三维模型。
92.步骤五、按设定周期对被测量区域7进行测量作业，运用基于icp(iterative closest point)对准法的点云模型加减算法对不同测量周期的点云模型的变化进行分析，具体为：在整个监测周期内，按固定频率(一般1月)多次运用步骤四的方法建立坡面彩色三维模型。选取两个不同时段的模型，先进行点云对齐运算，在通过点云加减运算，可以的得到该时间段内坡面各个点云点的位移变化数据集。通过多组时间段的计算，形成个点位移变化序列，通过三维云图显示(tecplot或其它)，为后期分析奠定基础。对不同测量周期的点云模型的变化进行分析得到被测量区域7的位移变化量与变化趋势三维云图9，分析被测量区域7的时空演化过程与危险性系数。
93.本发明的机身1的主体采用桁架结构，优选为钢桁架结构，有效提高机身1的强度的同时减轻机身1重量，从而提高了机身1的承载能力和防护能力。机身1整体为正棱柱，进一步提高了机身1的强度，有利于安装大容量的电池组2，进而进行大范围的巡视与建模，提高了工作效率；多个减震装置54均设置于支撑架的第二端，减震装置54直接与工程现场的地面相抵接，避免支撑框架与地面刚性接触，并且每个减震装置54均能根据地面的平整度进行被动独立运动，使无人机可以在不平整的地面进行起降，极大地扩展了该型无人机的适用条件与适用范围。
94.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
95.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
96.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
97.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
98.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种适用于工程现场的无人机，其特征在于，所述适用于工程现场的无人机包括：控制器、机身(1)、测量云台(4)、摄像头(431)、激光扫描头(432)、起落架(5)、多个电池组(2)以及多个防碰撞旋翼(3)；所述机身(1)的主体为桁架结构，且所述机身(1)为正棱柱，所述电池组(2)与所述机身(1)可拆卸连接，所述控制器设置于所述机身(1)内部，所述测量云台(4)与所述机身(1)的底面(14)连接，所述摄像头(431)和所述激光扫描头(432)均设置于所述测量云台(4)上；多个所述防碰撞旋翼(3)分别与所述机身(1)的多个侧面一一对应连接；所述起落架(5)包括支撑框架和多个减震装置(54)，所述支撑框架的第一端与所述机身(1)的底面(14)连接，多个所述减震装置(54)均设置于所述支撑架的第二端，多个所述减震装置(54)能够与工程现场的地面相抵接；所述测量云台(4)、所述摄像头(431)、所述激光扫描头(432)以及多个所述防碰撞旋翼(3)均与所述控制器导线连接。2.如权利要求1所述的适用于工程现场的无人机，其特征在于，所述机身(1)包括设备舱(16)、外壳体(13)以及多个支撑桁架(12)；所述设备舱(16)和所述外壳体(13)均为正棱柱，所述设备舱(16)和所述外壳体(13)的棱数相同；所述设备舱(16)设置于所述外壳体(13)内，所述设备舱(16)的多个侧面分别与所述外壳体(13)的多个侧面一一对应且相互平行；所述控制器设置于所述设备舱(16)内；所述设备舱(16)与所述外壳体(13)之间形成有容置空间；所述设备舱(16)与所述外壳体(13)相对的两根棱通过所述支撑桁架(12)连接，多个所述支撑桁架(12)将所述容置空间均分为多个电池舱，多个所述电池组(2)分别与多个所述电池舱一一对应可拆卸连接。3.如权利要求2所述的适用于工程现场的无人机，其特征在于，所述设备舱(16)的每一个侧面上均设置有第一充电口(22)，所述支撑桁架(12)上设置有多个第一扣环(222)；所述电池组(2)上设置有第二扣环(221)和第二充电口(23)，多个所述第二扣环(221)分别与多个所述第一扣环(222)一一对应可拆卸连接；所述第二充电口(23)与所述第一充电口(22)连接，所述电池组(2)通过所述第一充电口(22)和所述第二充电口(23)给所述控制器供电。4.如权利要求3所述的适用于工程现场的无人机，其特征在于，所述电池组(2)的顶面开设有收纳槽，所述收纳槽内铰接提手(21)。5.如权利要求1-4任意一项所述的适用于工程现场的无人机，其特征在于，所述支撑框架包括安装框架(51)、一对横梁(52)以及多根连接杆(53)；所述安装框架(51)设置于所述机身(1)的底面(14)上，一对所述横梁(52)均通过所述连接杆(53)连接所述安装框架(51)，一对所述横梁(52)相互平行且均与所述机身(1)的底面(14)平行；所述横梁(52)上均沿长度方向间隔设置有多个所述减震装置(54)。6.如权利要求5所述的适用于工程现场的无人机，其特征在于，所述减震装置(54)包括减震主体(541)、底板(542)、弹性垫(543)以及多个弹簧(544)；所述减震主体(541)的第一端与所述横梁(52)连接，所述减震主体(541)的中轴线与所述机身(1)的底面(14)垂直；
所述减震主体(541)的第二端设置有圆形凸台，所述减震主体(541)的第二端的端面上沿所述圆形凸台的外圆周开设环形槽，多个所述弹簧(544)的第一端均设置于所述环形槽内，多个所述弹簧(544)的第二端均与所述底板(542)连接；所述弹性垫(543)叠置于所述底板(542)与所述圆形凸台之间。7.如权利要求1-4任意一项所述的适用于工程现场的无人机，其特征在于，所述防碰撞旋翼(3)包括螺旋翼(33)、安装壳体(311)、电机(31)、连接线管(15)、辅助桁架(11)以及防护装置；所述安装壳体(311)通过所述辅助桁架(11)连接所述机身(1)，所述连接线管(15)的第一端与所述机身(1)可拆卸连接，所述连接线管(15)的第二端与所述安装壳体(311)可拆卸连接，所述连接线管(15)与所述机身(1)的侧面垂直；所述电机(31)设置于所述安装壳体(311)内，所述螺旋翼(33)与所述电机(31)的转轴(312)连接，所述电机(31)通过套设在所述连接线管(15)内的导线连接所述控制器；所述防护装置包括防护套筒(36)、第一防护隔板(32)以及第二防护隔板(35)，所述防护套筒(36)为两端开口的中空圆柱体，所述第一防护隔板(32)设置于所述防护套筒(36)的第一端，所述第二防护隔板(35)设置于所述防护套筒(36)的第二端；所述第一防护隔板(32)上开设有安装孔，所述安装壳体(311)套设于所述安装孔内，所述螺旋翼(33)位于所述防护套筒(36)内。8.如权利要求1-4任意一项所述的适用于工程现场的无人机，其特征在于，所述测量云台(4)包括连接盖板(41)、第一旋转装置(42)、第二旋转装置(44)以及第三旋转装置；所述连接盖板(41)设置于所述机身(1)的底面(14)，位于所述支撑框架内；所述第一旋转装置(42)与所述连接盖板(41)连接，所述第一旋转装置(42)能够在第一平面内360
°
旋转，所述第一平面与所述机身(1)的底面(14)平行；所述第二旋转装置(44)和所述第三旋转装置均与所述第一旋转装置(42)连接，所述第二旋转装置(44)和所述第三旋转装置均能够在第二平面内180
°
旋转，所述第二平面与所述第一平面垂直；所述摄像头(431)与所述第二旋转装置(44)连接，所述激光扫描头(432)与所述第三旋转装置连接，所述摄像头(431)和所述激光扫描头(432)上均设置有透明防护板(433)。9.如权利要求1-4任意一项所述的适用于工程现场的无人机，其特征在于，所述适用于工程现场的无人机还包括多个红外感应器(17)，多个所述红外感应器(17)均设置于所述机身(1)的顶面。10.一种工程现场位移监测方法，其特征在于，所述工程现场位移监测方法应用于如权利要求1-9任意一项所述的适用于工程现场的无人机，所述工程现场位移监测方法包括：s1、在被测量区域(7)内设置多个预埋基准点(71)；s2、检查无人机设备完整性，将多个电池组(2)安装到机身(1)上，选择现场较为平坦的区域，启动无人机的电源；s3、开启防碰撞旋翼(3)，使设备完成起飞程序，运用地面控制站将无人机引导至被测量区域(7)周围，对被测量区域(7)进行激光扫描与摄影测量作业；其中，拍摄测量作业时，使用摄像头(431)对被测量区域(7)进行图像获取，摄影测量图像的覆盖比高于70％，飞行高度保持在设定范围，并依照规划飞行路线依次进行线性连续
作业，保证测量预埋基准点(71)至少同时出现在(4)幅图像中，从而获得被测量区域(7)的图像数据；在摄影测量作业的同时采用激光扫描头(432)对被测量区域(7)进行激光扫描，扫描收集至少三次反射的回波数据，并保存回波数据；s4、完成全部被测量区域(7)数据获取流程后，地面控制系统发出信号，引导无人机飞回出发点位；将图像数据与回波数据输入到计算机系统(8)，进行图像数据与回波数据联合解算，通过二次回波与三次回波比较，消除地表植被与其他构筑物的影响，生成被测量区域(7)的三维激光扫描点云模型；s5、按设定周期对被测量区域(7)进行测量作业，运用基于icp对准法的点云模型加减算法对不同测量周期的点云模型的变化进行分析，得到被测量区域(7)的位移变化量与变化趋势三维云图(9)，分析被测量区域(7)的时空演化过程与危险性系数。

技术总结
本发明涉及一种适用于工程现场的无人机及工程现场位移监测方法，无人机包括控制器、机身、测量云台、摄像头、激光扫描头、起落架、多个电池组及多个防碰撞旋翼。机身的主体为桁架结构，且为正棱柱，电池组与机身可拆卸连接，控制器设置于机身内部，测量云台与机身的底面连接，摄像头和激光扫描头均设置于测量云台上。多个防碰撞旋翼分别与机身的多个侧面一一对应连接。起落架包括支撑框架和多个减震装置，支撑框架的第一端与机身的底面连接，多个减震装置均设置于支撑架的第二端，多个减震装置能够与工程现场的地面相抵接，避免支撑框架与地面刚性接触，使无人机可以在不平整的地面进行起降，极大地扩展了该型无人机的适用条件与适用范围。用范围。用范围。


技术研发人员：张紫杉 李建光 介玉新 刘欣 王鹤
受保护的技术使用者：中航蓝天工程技术有限公司
技术研发日：2023.02.15
技术公布日：2023/5/24