新型无人机检测技术在桥梁检测工程中的应用

摘要：智能化监测技术的快速发展也在促进无人机技术的快速发展，目前在各个行业无人机检测技术都得到广泛应用，但是随着各个行业融合发展的趋势，也有着限制无人机发展的问题。在目前我国桥梁建设中，结合各项桥梁项目的增多，检测效果和检测方式也需不断变化和提升。因此本文基于此背景，对传统桥梁检测方式进行分析和研究，随后分析传统与现代新型无人机检测技术，最后提出无人机检测技术在桥梁检测工程中的实际应用，以案例分析为背景，希望本文所提出的相关应用能够为后续同种类型工程建设奠定重要技术基础。

关键词：无人机检测技术;桥梁工程;检测应用

中图分类号：U446

引言

在航拍和遥感技术不断发展的前提下，无人机检测技术渗透到我国各个行业的发展过程中，而目前所熟知的无人机飞行器可分为很多类型，而无人多旋翼飞行器是目前使用最为广泛的无人机类型，该类型的飞行器具有结构简单和价格低廉的特点，在桥梁检测、线路巡检等方面有着十分广泛的应用。在桥梁工程建设中，并不是所有前期勘测和质量检测都可以实地进行，有些区域因为地势原因需要进行航拍检测，因此无人机在此过程中则发挥着重要的作用，本文以此为背景，对无人机检测技术在桥梁工程检测中的实际应用进行探讨，为后续相关工程建设与发展提供一些技术意见。

1. 传统桥梁检测方式介绍

1.1悬臂检测车

截止到目前为止，在大型或者特大型桥梁底面检测过程中，大约占据60%以上的桥梁都需要检测车来完成作业，而这种检测车一般都是以折叠比或者桁架式悬臂为主，但是其属于一种高风险作业形式;同时悬臂的架设会受到灯杆上部结构的影响^[1]。

1.2桥底检测通道

在实施桥底检测通道建设期间，一般都是一悬挂的形式紧贴在桥梁的底面，便于后续检测工作，但是其具有的缺点也不可忽视。检测通道受到年限影响较大，一般在设计年限以内该通道就失去其应有的作用。另外检测通道一般都是建设在距离地面十几米的高空，这属于高空危险作业。同时由于检测通道位置不可改变，因此其检测的范围相对较为固定^[2]。

1.3综合检测车

该方法主要是利用汽车的设备搭载，在桥梁上行走期间结合超声波和振动等方法来检测桥梁和桥面，看其是否存在故障，其具有的缺点在于，设备总体的穿透能力有限，并且在遇到一些厚度较大的桥梁时期检测的精度会受到影响。并且这种检测车难以检测桥墩或者桥柱等位置。

1. 无人机检测方法分析

基于上述传统桥梁检测技术的分析得知，在一定程度上这些检测技术都存在一定的局限性，而随着遥感和无人机技术的发展与应用，这种技术以其独特的特点在现阶段有着十分广泛的应用效果，其检测桥梁的实际流程如图1所示。

2.1传统无人机检测技术

在无人机检测技术最开始进入到建筑外部检过程中，主要是还是由国外开始，初期也被理解为是一种外行介入的模式，在此背景下，不仅会提升桥梁检测工作的困难程度，同时传统无人机检测都是先由一些航模爱好者进行操作，再将这些所拍摄的照片交给工程建设方或者工程养护团队作为后续工程建設的基础，但是传统的无人机检测其具有的缺点是，整体系统的效率较低，并且没有较强的抗风能力，难以应对一些复杂或者恶劣的天气情况。并且在技术缺陷的影响，这些摄影设备难以结合云平台的辅助作用来进行检测，检测精准度难以提升。并且在早期的无人机检测设备试用期间其操作难度相对较高。

2.2新型无人机检测技术

目前我们所使用的无人机检测技术，其系统整体包含无人机、地面站、数据传输和任务荷载、摄影摄像系统和其他一些设备组合而成的一种综合系统形式，更加有利于数据的检测和收集。而随着无人机技术的不断发展，目前所使用的无人机都是结合桥梁检测的实际需求选择的针对于性技术形式，这在我国的桥梁检测工程方面有着十分重要的应用，其具体包含三个系统，如下所示^[4]。

1. 异形检测无人机。这种无人机结构比较特殊，检测的部分为桥梁的外部结构。在异形检测无人机的使用中，主要由以下几点进行使用。首先需要将2只固定臂放在无人机的前段，方向向前，随后在固定臂装置上舵机或者滑轮，随后在所搭载的两只固定臂中间安装影像设备而，解决传统无人机难以实施垂直面覆盖拍摄的问题。再次需要采用八轴的飞行动力系统形式，这样可以在一些强风天气下对无人机飞行方向进行无障碍调整^[5]。同时需要注意的是，需要将防护网覆盖在旋翼的顶端，这样就可以紧贴在桥底进行拍摄。本文所提出的飞行器形势是大疆A3飞控，并且为其配备了三套GNSS与IMU模块，可以根据软件设备来实现6路导航，飞行精度缩小到1cm以下，并且有着十分强力的抗磁干扰能力，为实时有效拍摄奠定技术基础。。
2. 中继无人机。中继无人机是为了避免在桥底检测过程中信号丢失或者受到强烈磁场干扰期间，拍摄精度受损，因此其可以增强GPS信号，并且可以精准提供磁罗盘校准作业^[6]。

（3）建筑信息化模型地面站系统。该系统是根据BIM技术所建立的信息化模型演变而来的，其在提供安全检查的同时也可在二维采集的照片来形成三维立体模型，再实施建筑外部表面损坏情况的检测作业。本文主要采用PLX4D系列的软件，在软件的使用过程中，其结合本身所具有的各种形式配套设备，可以实现全天候、无限制的建筑检测工作。并且在目前所使用的新版系统中，其可以在3D模型上建立信息检测模型，提前导入有关的信息数据，最后将需要进行重复拍摄的内容再次融入到信息化模型中实现高精度拍摄效果^[7]。具体内容如表1所示。

（4）四旋翼飞行器工作原理分析。目前所使用的多旋翼无人机大多数都是四旋翼模式，而四旋翼无人机的电机主要是由电调直接进行驱动，并且结合发送给电调的PWM信号控制电机的转速，信号高电的平宽度越大，电机的转速（）就会越高，在此期间为了了解其工作原理，可以设为第i个信号电机转速，为旋翼产生的升力和，表示飞行器所受到的重力。在飞行器进行升降运动时，首先需要保障四个旋翼的相同，并且此时的偏航、横滚和俯仰力矩都为零，这时可以经过调整四个旋翼转速来改变合升力。当小于时，飞行器会下落;当大于时，飞行器会飞起;当等于时，飞行器悬停，由此可以结合其各个旋翼与升力的关系自由控制速度来控制其拍摄的角度和内容。

1. 新型无人机检测技术在桥梁工程检测中的应用

3.1案例背景

本文以某大型桥梁检测为例，该大桥形式为单跨双脚钢桁架加劲桥梁形式，主跨900，桥梁桥面的总长度为1365m，桥梁整体桁梁采取的整体节点技术，结合高强度的螺栓拼接技术形式进行安装，桥梁到谷底的距离为560m，塔顶到谷底的差度为650m。

3.2无人机检测技术的应用

针对于该桥梁的检测，主要的检测内容包含桥梁的桁梁、高桥墩和一些常规检查盲区，在常规检查过程中也包含一些容易被忽视的点，来全面评估桥梁的健康状况。

1. 检测方法。首先派出两名专业人员控制机身和摄像头，明确与控制无人机在进行数据采集过程中整体机身的重量，无人机需要平稳放置，将各个系统进行调试，保证开机正常运行，在同一至指令调度下进行飞行，在飞行期间结合所检测的对象不同以及各个检测对象的差异性，控制不同的安全距离，根据现场工程的实际情况进行分析。对于无人机的空间位置信息要求，需要将现场拍摄的实施画面显示在系统监控屏幕上，根据监控对桥梁检测的部位进行初步分析，观测其是否存在病害问题，然后由检测人员控制无人机的位置，在一些需要和检测的局部位置进行悬停，高清拍摄后继续前进。在无人机所采集的数据存储中，一般都需要存储在无人机的本身上，避免飞行距离过程，无线传输期间的数据损失。

因为无人机上升较慢，下降速度较快，因此需要在上升期间将速度控制在每分钟5-20m左右，并且需要结合检测对象的病害情况、周围风向和风速以及环境等因素来进行速度调整。在气候、风速和日照等方面的影响下，检测过程中一般选择迎光面实施拍摄和检测，这样里可以提升图片的清晰度和数据采集的成功率，进而降低检测过程的安全风险。

1. 实施方案。在无人机开始检测之前，将飞机坐标的位置和所需要飞行的高度数据输入到PIX4D收集终端，将需要拍摄的间隔时间和光圈等数据进行全面设计，随后结合所设计的数据，由专业人员将无人机放飞到检测和拍摄区域，对于需要检测的桥梁底面或者一些桥墩等位置，需要在开阔的地区利用中继无人机向拍摄的异形无人机投放全球定位信号和磁罗盘信号等，增强异形无人机的无线信号，提升检测精度和准确性，以便对异型无人机完成有效控制。在拍摄任务完毕之后，将所拍摄的图像及时导入到移动终端，利用PIX4D软件对所导入的图面进行分析和计算，结合计算的数据建立检测目标的信息化模型，实现对检测数据与图像的科学分析。而在检测桥墩过程中，可以在无人机的固定臂上搭载超声波检测仪等检测设备，在保障拍摄精度和稳定性的同时，避免无人机发生仰俯等动作，稳定无人机拍摄过程，为系统终端提供更加真实和清晰的图像照片。而当检测到桥底面位置时，需要将检测设备和相关的照明灯悬挂在无人机机体上面，促进无人机靠近到桥墩和桥底的衔接位置，再将无人机前臂端深入到缝隙中结合舵机的作用施加缝隙压力，这样就可以在桥墩位置将无人机进行悬空固定。
2. 结果的处理与分析。在现场检测数据采集完毕之后，结合BIM模型处理软件对数据进行分析，并确定桥梁病害的具体位置，根据相关技术要求来对检测的位置进行评估和评级。

结语：

综上所述，本文以某工程案例为主，分析了目前所使用的新型異形无人机检测技术的特点和实际使用方法，并且对桥底一些特殊部位和结构做出一些优化措施，同时在BIM建筑信息模型的辅助下，不仅可以有效的减少桥梁检测过程中所支出的人力和时间成本，同时可以在高尖端技术的帮助下提升检测效率、质量和检测的效果，降低桥梁检测工作人员的要求程度，为我国相关工程的检测技术应用提供重要的技术支持。

参考文献：

[1]屈东虎. 面向桥梁检测的无人机遥感图像拼接技术研究[D].长安大学，2019.

[2]吕福瑞.新型无人机检测技术在桥梁检测工程中的应用[J].工程建设与设计，2018（20）：156-157.

[3]王鹏. 基于无人机视频的桥梁裂缝识别方法研究[D].华南理工大学，2018.

[4]许超. 基于无人飞机桥梁病害识别稳定成像安全飞行距离实验研究[D].湖南科技大学，2018.

[5]随何虎. 巡检四旋翼无人机的自主飞行研究及应用[D].武汉理工大学，2018.

[6]曲贺. 桥梁检测无人机路径规划算法研究[D].哈尔滨工程大学，2018.

[7]屈利伟. 桥梁检测无人机控制技术研究[D].哈尔滨工程大学，2018.

作者简介：包琦（1988-），男，甘肃平凉人，汉族，工程师，本科学历，工程管理专业，主要从事桥梁检测工作。