无人机检测系统在桥梁检测中的应用

瞿柯飞

摘要： 随着我国公路交通的高速发展，公路桥梁数量不断增加，桥梁养护管理的需求也随之不断提升。目前，桥梁管养单位主要依靠桥梁检测车等传统检测平台，抵近目测来开展桥梁检测工作。但是传统检测方法往往存在着检测盲区（例如悬索桥、斜拉桥的索塔、缆索，大跨度高墩桥的桥墩等），桥梁检测工作存在安全隐患。2007年以來，民用无人机进入了快速发展阶段。随着技术的逐渐成熟，凭借着“机动灵活、快速高效、作业成本低”等显著特点，无人机作为一种新型检测平台在桥梁检测中得到了许多成功应用。

关键词： 无人机检测系统;桥梁检测;应用

【中图分类号】U446.1【文献标识码】A【文章编号】1674-3733（2020）15-0143-01

引言：随着交通量的急剧增长，超重、重中型车辆日益增多，使得社会对桥梁的正常使用功能要求越来越高，桥梁的检测与加固维修工作显得愈发重要，而准确、高效的桥梁检测是结构加固维修的先行条件。然而，传统的桥梁检查设备较为单一，主要依靠肉眼或者辅助工具（望远镜、桥检车等）来检查结构是否出现各类病害。而且，现有的特大桥、大桥、特殊桥梁结构（斜拉桥、悬索桥等）数量逐年增多，若仍采用传统的方法检测，其操作难度大、并有盲区存在，无法为管养部门提供一份可靠的检测结论作为决策依据。如何高效、准确反映各类桥梁结构真实状态已成为桥梁检测界亟待解决的问题。

1无人机检测原理

无人机检测主要由无人机、拍摄镜头、地面站系统、数据传输系统、储存系统等组成。一般采用多旋翼无人机，应用地面站系统，进行桥梁的轨迹巡查，利用镜头系统，进行定点拍摄、储存，可数据传输也可移动式传输，后期通过专业技术人员进行照片的处理，以发现和观察病害，确定病害的程度。对于传统的桥梁检查方法，无人机检查有以下几个优点：1）可检查范围大，只要有一定的飞行空间，即可进行相应的图片采集，基本可实现无死角检查;2）检查效率高，利用无人机机动性强、连续性好的优势，可快速地进行数据采集，并可根据检查需求，挂载相应的高清摄像头，进行重点部位的跟踪检查，也可以将检查的实时情况传输到终端，还可定点、点航线进行自动数据采集工作，减少人为干扰，达到检查效果;3）检查成本不高，无人机价格便宜，加上高清摄像头的费用，长期下来较桥梁检查车费用较低，可降低检查费用。

2无人机检测系统在桥梁检测中的应用

2.1无人机定位、导航技术

由于桥梁结构本身较为复杂，且无人机用于桥梁检测属于近地飞行，桥梁结构本身和地面障碍物对GPS信号的干扰不可避免，无人机经常处于GPS信号偏弱甚至无GPS信号的状况，仅依靠GPS信号进行定位和导航难以满足桥梁检测需求。此外，桥梁病害数据采集时还需获取无人机本身相对于桥梁构件的相对定位，以确定所采集病害的位置。因此，除依靠GPS信号进行定位导航外，还需辅以其他定位导航技术。目前，使用较为广泛的是计算机视觉定位技术和超声波定位技术等。计算机视觉定位技术的原理是对无人机搭载的视觉传感器所获取的各个方向的图像进行图像处理和特征点提取，从而获得目标的图像坐标，反向计算无人机的空中定位。该技术较为成熟，已得到广泛应用，但是会受到光线、镜面等因素的影响，同时对图像处理和计算能力要求很高。超声波定位技术的原理是利用超声波的反射获取各方向障碍物的距离，从而确定无人机的相对定位。该技术成本较低、适用性强，但是测距距离较短，导航精度相对较差。利用GPS信号定位导航技术辅以计算机视觉定位和超声波定位技术基本可满足桥梁检测对无人机定位、导航技术的要求。

2.2检测数据图像识别技术

基于无人机检测技术的特点，其所采集的桥梁病害检测影像数据不仅数量巨大，而且图片相似度较高。若采用人工查看，不仅工作量大、效率低，还有可能由于视觉疲劳出现遗漏。因此，有必要采用图像识别技术对所采集影像数据进行病害辨识。基于深度学习的自主图像识别技术在各行业得到了广泛应用，随着图像样本量的增大，识别精度可不断提高并可不断迭代升级优化。目前，自主图像识别技术亦可识别出宽度为0.1mm的裂缝，适用于桥梁检测数据图像识别的需求。

2.3无人机自主避障技术

桥下空间定位困难且环境复杂，相较于日常工作环境，无人机在进行桥梁检测工作时更容易发生误撞、摔机等意外。依靠操作人员人工规避障碍物较为困难，且与无人机检测初衷不符，因此无人机自主避障技术在无人机检测系统中显得格外重要。定位、测距和飞行路径重规划是无人机避障技术的基础，与无人机定位导航技术和无人机飞行路径自能规划相通。

2.4无人机飞行路径智能规划

桥梁检测需抵近所有构件进行检查，而用于桥梁检测的旋翼式无人机往往飞行时间有限，因此，合理规划无人机的飞行路径既能提高桥梁检测的质量，又能提高桥梁检测的效率。此外，桥下空间大多存在各种各样的障碍物，如何在规避障碍物的基础上保障检测质量，需预设规划路线进行智能重规划。目前，用于无人机飞行路径规划的算法很多，但大多用于高空巡视飞行，不适用于桥下空间，无人机飞行路径智能规划技术尚需进一步研究发展。

结语：对于高边坡、长大桥梁、高路基等特殊构造物的日常巡查和养护工作存在较大的困难，而无人机技术的应用中可以快速缓解技术人员和设备不足的情况。目前公路的高边坡、桥梁墩台等构造物动辄几十米，高则上百米，依靠传统人工检查很难完成。随着无人机技术的发展和桥梁检查的迫切需求，相信不久的将来，无人机检查技术会从定性到定量的领域发展，更加满足公路养护管理工作的需求。

参考文献

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