在过去的几十年里,我国科技与工业实现了突飞猛进的发展,为了满足发展需求实施了大量的地下管道工程。由于管道工程复杂,需要定期检查维护,传统的人工检查方法耗时、耗力,而且对检查人员存在很大的潜在危险。针对以上问题,利用无人机机动便捷的特点,研究设计一款融合IMU、激光雷达等多种传感器信息的管道内三维信息感知无人机,同时根据管道环境差异研究搭配不同传感器类型的管道无人机三维信息感知方法,并进行了实验验证。首先,构建了管道三维信息感知无人机系统。根据管道环境的特点、作业需求以及无人机的负载能力,搭建无人机软硬件平台,选用激光雷达、IMU和嵌入式处理平台Jetson TX2作为三维环境感知单元。其次,针对管道环境中光照条件不理想的问题,提出了一种基于三维激光雷达的管道环境三维信息感知方法。通过分析比较多种基于三维点云数据的同步建图与定位方法,选取基于图优化的定位与建图方法对无人机获取的模拟管道环境三维数据进行处理,构建了三维栅格地图,实现对管道环境的三维信息感知。然后,针对无人机载荷受限条件下三维激光雷达的功耗高、重量大的问题,提出了一种基于双二维激光雷达的管道环境三维信息感知方法。系统通过水平放置和垂直放置的两个二维激光雷达,获取管道内互补三维信息,其中水平方向激光雷达数据通过融合惯性测量数据,建立管道内水平方向环境地图,垂直方向通过对激光雷达数据的分析与拟合,建立管道内垂直方向环境地图,进而获得管道内完整的三维信息。最后,实验结果表明,该系统可以实现对管道内三维环境信息的感知。