邊坡作為山區(qū)高速的重要組成部分,其養(yǎng)護巡查一直是道路巡查工作的重點和難點。目前邊坡日常養(yǎng)護巡查主要依靠人工巡查,危險性高、勞動強度大、耗時費力,且部分邊坡由于地形、工具等限制容易存在巡查盲點。針對此問題,本文提出并研究利用無人機進行邊坡養(yǎng)護巡查,制定滿足巡查要求的無人機邊坡巡查方案。論文的主要研究內容如下:首先,明確了高速公路邊坡養(yǎng)護巡查的內容和要求,分析了高速公路邊坡所處環(huán)境、巡查存在的問題、無人機特性,選取了適合邊坡巡查的無人機,并從無人機自身性能、外界環(huán)境特點、巡查任務需求等方面考慮,確定了無人機邊坡巡查的約束條件。其次,基于目前人工分析圖像的工作模式,從拍攝和飛行兩方面控制巡查任務的質量,以滿足巡查人員對邊坡狀態(tài)的判讀要求,根據(jù)巡查需要將邊坡分為臺階狀和非臺階狀,分析其特點并采用不同的航攝方式,制定了無人機邊坡養(yǎng)護巡查方案。同時,以陜西省漢寧高速的邊坡為對象,對文中提出的巡查方案進行了可行性驗證。結果表明,該方案切實可行,能提高工作效率。最后,根據(jù)初次巡查的結果和需求,將病害點或病害嫌疑點選為二次巡查的采集點,并用鄰接矩陣描述各點之間的關系,分別采用蟻群、模擬退火和遺傳算法求解無人機遍歷采集點的最短路徑,運用MATLAB軟件進行了計算、仿真,對比巡查路徑長度、算法運行時間,確定了模擬退火法為二次巡查路徑規(guī)劃的最優(yōu)算法。本文綜合考慮了無人機特性和不同類型邊坡的特點,制定了符合邊坡養(yǎng)護巡查工作模式的無人機巡查方案,并選取了適用于邊坡二次巡查路徑規(guī)劃的算法。研究成果對實現(xiàn)無人機在邊坡養(yǎng)護巡查的應用具有一定的現(xiàn)實意義和參考價值。
【學位單位】：長安大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U418.5
【部分圖文】：

長安大學碩士學位論文高速公路邊坡環(huán)境分析次調研的對象是陜西省漢寧高速公路的邊坡和日常養(yǎng)護巡查的工作人員。漢寧全長 199.23km，包含金水至龍亭、勉縣至棋盤關段的山嶺重丘區(qū)高速公路和龍段的平原微丘高速公路，共有 296 處道路邊坡且地形條件復雜多樣。根據(jù)實地坡所處的環(huán)境具有以下特點。1）GPS 信號難以保證。許多邊坡位于山區(qū)地帶，由于山的遮擋，GPS 信號通比較弱甚至沒有，或出現(xiàn)信號不穩(wěn)定的情況。2）邊坡上空環(huán)境復雜。不少邊坡周圍設有供電設施，輸電導線橫跨于邊坡上空線會根據(jù)不同的用電需求被分成不同的等級，而架設不同等級電線的對地高度，部分邊坡上空甚至有不同等級的電線相互交錯，如圖 2.2 所示。

圖 2.3 邊坡周邊基站4）高速公路邊坡位于高速公路的兩側，且邊坡的坡腳一般距離道路較近。高速不定時地經(jīng)過高速行駛的車輛，而在日常的養(yǎng)護巡查中是不會對道路進行管控路交通安全法》第五節(jié)高速公路特別規(guī)定可知，除了行人、非機動車拖拉機、機械車、鉸接式客車、全掛拖斗車以及其他設計最高時速低于 70 公里的機動入高速以外，其他機動車輛若滿足相關要求，均可以進入高速公路。由此可路上的車輛類型多、尺寸大小不一。常巡查重、難點分析1）巡查重點坡一般是在坡體內部存在的潛在變形、滑動面（帶）和外部觸發(fā)因素的共同作變形破壞。誘發(fā)路塹邊坡變形破壞的因素主要為大氣降雨等。降雨期間的地表會導致水毀；同時，地表水會深入轉化為地下水并對巖土介質產(chǎn)生軟化作用大

① 危險系數(shù)高高速公路邊坡高幾十米，部分邊坡甚至是山體高至上百米，且多處于人跡罕至的山道路崎嶇難行，稍有不慎就容易失足跌倒而受傷。路上雜草叢生，夏季經(jīng)常會有蛇匿其中，會對巡查人員的生命安全構成威脅。② 工作量大道路邊坡只是高速公路的基礎工程之一，所以對邊坡的巡查只是巡查人員日常養(yǎng)護內容的一部分。如漢寧高速全線 199.23 公里，共 296 處邊坡，平均每隔 0.7 公里就處邊坡；而且 10 米以上的邊坡共 240 處，其中 30 米以上的高邊坡有 96 處，接近總數(shù)的三分之一。根據(jù)調研，對于圖 2.4 中無檢修道的邊坡，坡高 34 米、長 724每次巡查需要繞行，花費時長近 2 個小時；圖 2.5 所示設有檢修道的邊坡，依山體的防護長 120 米，每次巡查花費時長近 1 個半小時。類似于圖 2.4 無檢修道需要繞達的情況，根據(jù)繞行道路的長遠花費時長會不同，一般來說至少花費 1 小時；類似 2.5 有檢修道的邊坡，根據(jù)邊坡的大小所需時長會不同，一般需要花費約 40 分鐘。
【參考文獻】

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1 本刊通訊員;;無人機:石油人巡井的新利器[J];煤氣與熱力;2015年11期

2 徐博;陳立平;譚彧;徐旻;;多架次作業(yè)植保無人機最小能耗航跡規(guī)劃算法研究[J];農(nóng)業(yè)機械學報;2015年11期

3 曹雪娟;王森;;無人機遙感影像在水利監(jiān)測領域的應用[J];中國水利;2015年04期

4 陳國俊;王浩;泮俊;趙耀;陳秀暉;;大型土坡寬平臺優(yōu)化設計研究[J];鐵道建筑;2014年01期

5 李東;;淺談邊坡的分類與防護方法[J];科協(xié)論壇(下半月);2012年05期

6 徐源強;高井祥;張麗;;GPS控制測量的一種坐標轉換方法[J];全球定位系統(tǒng);2010年03期

7 金偉;葛宏立;杜華強;徐小軍;;無人機遙感發(fā)展與應用概況[J];遙感信息;2009年01期

8 舒嘉;張林海;;航攝像片像點位移的精度分析[J];測繪與空間地理信息;2008年03期

9 馬云紅,周德云;基于遺傳算法的無人機航路規(guī)劃[J];電光與控制;2005年05期

10 白俊強,柳長安;基于蟻群算法的無人機航路規(guī)劃[J];飛行力學;2005年02期

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1 王鑫;海岸帶、島礁數(shù)字航空攝影質量綜合控制與評價[D];解放軍信息工程大學;2012年

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1 翟文光;運營高速公路邊坡養(yǎng)護管理系統(tǒng)開發(fā)[D];重慶交通大學;2017年

2 李鵬娜;無人機路徑規(guī)劃方法研究及在油田巡井中的應用[D];東北石油大學;2017年

3 馬青岷;無人機電力巡檢及三維模型重建技術研究[D];山東大學;2017年

4 張茂林;面向梯田環(huán)境的四旋翼飛行器路徑規(guī)劃與跟蹤控制研究[D];深圳大學;2016年

5 敬家熾;橋梁檢測無人飛行器系統(tǒng)航跡規(guī)劃初步研究[D];湖南科技大學;2016年

6 馬振;改進蟻群算法及其在TSP中的應用研究[D];青島理工大學;2016年

7 王家杰;無人機低空攝影測量系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

8 楊樂;面向海島航拍的無人機航跡規(guī)劃算法研究[D];中國海洋大學;2014年

9 熊典;輸電線路無人機巡檢路徑規(guī)劃研究及應用[D];武漢科技大學;2014年

10 代巨梁;基于GIS的京珠高速公路粵境北段路塹高邊坡養(yǎng)護管理系統(tǒng)[D];西南交通大學;2011年

本文編號：2875154