基于无人机的室内设施自主巡检和场景重建探索后利用系统

对于民用基础设施管理，如锅炉内部、风管和管道，频繁检查和故障检测对于预防事故和最大限度地减少经济损失具有重要意义。传统上，这些检查要求操作员在难以接近且有风险的危险环境中工作。此外，这些设施大多具有复杂的配置或较大的表面积，这增加了手动缺陷检测的时间和人工成本。为了节省设施管理的人工成本，减少巡检的时间和风险，提高设施缺陷和故障检测的准确性，越来越多的研究人员倾向于将无人机/地面车辆（UAV/UGV）纳入自动巡检数据收集。特别是近年来，由于无人技术的突破，无人机和UGV正在逐渐取代人工巡检。

在室内应用中，没有GPS信号。为了实现自主飞行，需要定位系统为无人机提供位置信息。通常，UWB和VICON用于提供位置信息。但是，这些都是外部定位设备，很难在新环境中部署这些设备。为了获得高质量的图像，拍摄点与设施之间的距离应满足检查要求。然而，飞行安全需要保证，在确保飞行路径没有障碍物的同时获得最短路径并不容易。此外，在障碍物密集的室内环境中，生成动态可行的轨迹以遵循路径可能具有挑战性。它对无人机灵活调整主路径以避开障碍物同时满足动态限制提出了很高的要求。针对上述难点，提出一种基于无人机的高效探索后利用系统，可用于室内数据采集。该系统保证了目标设施的覆盖范围，无人机与障碍物之间的防撞以及飞行安全。

图1显示了所提出的先探索后利用系统的架构。受保护的无人机用于探索未知环境，并构建可用于开发步骤的3D地图和关键帧图。小型轻型无人机用于对目标区域进行覆盖路径规划，并按照生成的轨迹获取有关设施的详细信息。