基于雷达、CNN无人机技术在桥梁结构的无损检测

肖 姜 袁瑞鹏 薛 梅 郜明珠 丛吴崎 王啸宇

(1.扬州大学 江苏 扬州 225000；2.南通大学 江苏 南通 226000；3.江苏海洋大学 江苏 淮安 223001)

一、无损检测的意义

由于桥梁工程的工程量巨大、施工线超级长和工程投资特别大等特点，在施工过程中工程质量会受到诸多因素的影响，任何一个施工环节出现任何问题，都将会对项目结构质量产生致命性的影响，正因如此加强桥梁结构的质量安全管理与检测是目前至关重要的。

为了提高桥梁工程的质量，在大型项目结构检测过程中使用无损检测技术有利于施工原材料充分利用以及及时发现施工过程中的不足之处以备查漏补缺之用，并有效推广项目结构新的施工材料、新的施工技术以及新的施工工艺，准确评估工程质量。经实践证明，若在工程实践中没有做好质量检测相关工作，就会给工程项目埋下质量性的安全隐患，从而影响人们的生命财产安全以及影响人们日常生活。

二、雷达的处理数据的方法

雷达处理数据的方法:增益处理、去除零漂、道均衡、带通滤波等是相对来说比较传统的数据处理方法。我们也可以通过分析处理反射波的极性、信号强度、波动时间等信息，再通过二维滤波、偏移归位、反褶积等方法对相关的数据信息进行处理。电磁反射波的时间、振幅和极性也可以通过发射波来进行判断；区分不同的物质界面，可以通过分析各介质之间内部反射波的低频率；同样，通过分析同相轴的时间、形态、强弱、方向等相关数据也可以获得部分信息。

三、桥梁无损检测的方法

随着现代化信息技术在桥梁结构无损检测领域中的发展，迎来了检测机制的突破和评估方法的变革，促使着桥梁结构无损检测朝着系统化、网络化和人工智能化方向发展，现如今桥梁无损检测的方法主要有以下三种。

(一)声发射法检测

在一定荷载作用下，桥梁工程中的混凝土结构会发生变形，混凝土本身的结构会发生显著的变化，当出现裂纹、断裂之后往往都会通过波的形式来释放自身的能量。技术人员在利用声发射法对桥梁工程进行检测的时候，将声发射器直接放在需要检测的部位上，通过在检测不同位置收集到的声波时间差就可以非常清楚的知道裂缝或者断裂出现的位置信息。然后再运用声波发射器对问题位置进行深度检测。深度检测基于深度学习(Deep Learning)方法的检测手法，更加有利于提高检测效率与检测质量。

(二)CNN无人机检测技术

在传统的桥梁结构检测中，人工望远镜是使用最多的一种检测仪器，但是对于一些大型的项目结构的检测，使用人工望远镜检测明显不太现实。因此，利用全新研发的加载传感器装置的CNN无人机检测技术之后，通过优化导航技术，可以保证无人机在距离地面的小范围区间内飞行。加上通过卷积神经网络技术(Convolutional Neural Network，CNN)，先导入数据样本(裂缝)，产生训练样本，然后建立训练网络，接下来进行仿真测试，最后进行性能评价分析(如误差分析)，验证模型的准确性。最后在高级精度识别的基础上自动识别裂缝，自动绘画出大型项目结构的损伤情况，如裂缝的大小、裂缝的走势，让大型项目结构的损伤一目了然，真正做到了机器智能化。

(三)雷达检测技术

地质雷达进行工程质量检测能够快速精确测定缺陷区的形状、大小和深度；节省劳动力、操作方便简单、速度迅速；能在大范围内进行大型项目结构检测；不受周围其他环境的影响。

探地雷达检测技术原理：在日常生活中，我们可以通过雷达的发射天线将频率为10～1000MHz的高频电磁波以脉冲的一种形式定向地送入到地下，接下来雷达波在遇到如空洞或钢筋等本身存在电性差异的一些地下目标体的时候，原本在地下介质中照常传播的电磁波将会发生反射，电磁波反射后回到地面以后从而被接收天线所接收。反射到达地面的雷达波被接收天线接收了以后，我们可以通过对接收到的反射回地面雷达波进行相关的处理和分析，然后进一步根据接收到的雷达波的波形、强度、双程走时等相关参数来进行推断出地下目标体的空间位置、结构、电性以及几何形态等相关数据，这样的话就可以完成对地下隐蔽目标物的一个相关数据的探测。

但是由于探地雷达技术的价格比较昂贵、对检测人员要求较高，尽管在道路以及桥梁的结构检测方面有广阔前景，这项技术还是有待进一步推广研究。

四、无损检测技术在桥梁结构中的应用

(一)超声波技术的应用

桥梁结构会在万有引力的作用下长期承受着巨大负荷，这样会导致其出现疲劳等现象。这种结构的疲劳会不断累计，到达一定程度时，桥梁就会在极短的时间内发生巨大的破坏从而失效。超声波的频率较高，其频率的传输在某种程度上很靠近波的传播定律。与地下结构层探测类似，超声波的工作原理主要是通过用一些物件敲击桥梁表面从而产生低频应力波，通过一些传输的介质传播到桥梁结构内部，如果遇到桥梁结构内部交界或者断裂面，应力波就会反射回到检测设备。

(二)探地雷达技术的应用

对于一些大型项目结构进行检测时，探地雷达技术不易受到外界环境的干扰，相对来说比较稳定，并且操作相对来说较简单，检测速度较快，需要用到的设备也轻巧易携带。所以如今很多公路的密实性、厚度和桥梁的无损伤检测都会用到探地雷达检测技术。如今可以在夜间运行的探地雷达车已经研发成功，可以更加准确地进行数据检测，也在一定程度上提高了检测的效率和质量，给桥梁检修工作提供了更加准确可靠的分析数据，发展前景十分广阔，也成为了我国科学技术发展的一项创新新技术。

(三)光纤传感检测技术的应用

随着桥梁工程建设的形式及规模不断扩大，仅借助超声波检测技术来实现桥梁的全部检测工作根本无法满足项目结构检测的需求。目前，新型无损检测技术备受欢迎。从技术层面来看，光纤在使用的过程当中，能够针对不同的物理量产生相应的反应。这方面的特征，被充分地使用到了光纤传感检测技术当中。例如，在实际的检测工作中，可以将检测仪收集到的光信号，通过转换外界物理量的这种形式，可以保证处于信号搜集状态，来充分了解道路桥梁检测的各项内容。