无人机检测系统在桥梁检测中的应用分析

无人机检测系统在桥梁检测中的应用分析

钟明

（广东省建设工程质量安全检测总站有限公司，广东广州， 510599）

摘要：随着我国科学技术的发展，很多先进技术都开始应用到桥梁检测活动中，无人机检测系统就是其中之一。在使用了这项技术以后，可以较好提高桥梁检测活动的便捷性，并针对桥梁工程各个细节区域进行全面检测，显著提高了桥梁检测活动的综合成效。本文先阐述了无人机检测系统的各个内部模块，接着引入了A桥梁工程的实例，分析了无人机检测系统在桥梁检测活动中的有效应用措施，最后还探究了无人机检测系统在具体应用过程中的保障措施，有利于充分发挥无人机检测系统的价值。

关键词：无人机检测；桥梁检测；起 飞准备；无人机控制

在我国城市现代化建设过程中，城市交通体系也得到了较好的完善，同时桥梁工程的建设数量与规模也有了显著提升。但是在桥梁工程投入使用的时候，也发生了较多的质量问题，甚至直接带来了严重的安全事故。在这种情况下，就有必要做好桥梁工程的检测工作，提前甄别桥梁工程存在的质量问题，并做好提前的控制与管理工作。在桥梁检测活动中，如果能够全面引入无人机检测系统，那么就可以较好改变检测活动的整体格局，实现智能全面的检测工作。这里也主要以此为切入点，全面探究无人机检测系统的有效应用方式。

一、无人机检测系统的内部组成

无人机检测系统主要可以分为无人机和地面站两个部分，但整个系统内部也划分了较多模块，这里也结合无人机检测系统内部的具体技术来分析整个系统的组成模块。

（一）定位与导航模块

无人机检测系统中的定位与导航模块主要用来控制无人机飞行，支撑无人机后续的航拍任务。但是由于桥梁工程的整体结构相对来说比较复杂，同时无人机在桥梁检测活动中处于近地飞行状态，因此桥梁自身结构和地面各类障碍物都会对GPS信号传输产生影响。因此在定位与导航模块中，除了使用传统GPS定位技术以外，还要引入计算机视觉定位和超声波定位技术。通过使用这些技术，就可以较好保证定位与导航模块发挥预期作用。

（二）飞行路径智能规划

飞行路径智能规划也是无人机检测系统的重要组成部分。特别是桥梁检测活动中无人机飞行时间有限，因此需要通过飞行路径智能规划活动切实提高飞行效率。目前用于无人机的飞行路径智能规划算法虽然比较多，但是大多算法只适合高空巡视与航拍活动，适合桥梁检测活动的算法并不算太多。因此应用于桥梁工程检测活动的无人机检测系统通常在飞行路线智能规划方面存在一定不足，需要使用人工控制进行辅助，使得无人机飞行路线变得更加合理，同时也可以实现对无人机飞行状态的精准化控制。

（三）自主避障功能模块

在桥梁检测活动中，由于桥下空间非常复杂，存在较多障碍物，因此无人机检测系统也需要配置自动避障功能模块。如果不配置自动避障功能模块，就需要操作人员进行人工避障。这种方式不仅在操作上比较困难，同时也跟使用无人机检测系统的初衷存在冲突。因此检测团队需要在无人机检测系统中全面引入自动避障功能模块，并跟飞行路径智能规划模块结合在一起，提高无人机测量活动的整体效果。

（四）图像识别技术

基于无人机检测技术的桥梁检测活动通常都是通过无人机设备拍摄桥梁的图像，最终会产生大量的图像数据。在这种情况下，无人机检测系统也需要引入图像识别技术，处理这些海量图像数据。目前基于深度学习的自主图像识别与处理技术已经在多个行业中得到了较好应用。将其引入到无人机检测系统中以后，可以测量出0.1mm的混凝土裂缝，使得无人机检测中图像数据的处理精度可以得到较好的保证。

二、无人机检测系统在桥梁检测中的具体应用

（一）桥梁工程简介

为了更好明确无人机检测技术在桥梁工程中的具体应用，这里也引入了一个桥梁工程。A桥梁工程的主跨为900m，是一座单跨双铰钢桁架加劲梁悬索桥。其中主桥使用了钢筋混凝土结构，同时桥面全长为1365m，内部组成主要有主桁架、上下平联、横向桁架等构件组成。桁梁使用了整体节点技术，同时也使用了高强螺栓进行连接，显著提高了桥梁的稳定性。在本次无人机测量活动中，主要针对A桥梁工程的钢桁梁、节点板、高桥墩、缆索、常规检查盲区等区域开展检测活动，并全面评价A桥梁工程的健康程度，给后续桥梁维护与修复工作提供较好的数据支撑。

（二）工作原理分析

无人机检测系统的工作原理主要集中在两个方面，这里也结合A桥梁工程检测活动展开全面阐述。第一，无人机检测系统主要有载荷模块、无人机、地面站系统等要素组成，同时在工程实践活动中通常会使用多旋翼无人机。相较于其他类别无人机来说，这类无人机的工作状态比较稳定，同时也可以的采集到精准全面的数据。而地面站系统可以实时接收无人机传递过来的数据，并通过数据分析明确桥梁存在的病害。第二，无人机检测系统在桥梁检测阶段主要通过航拍环节来提取信息，但是需要结合技术人员预先对桥梁的分析结果，选定合适的悬停航测点，实现对A桥梁工程病害的重点分析，并探索后续的解决方法。

（三）起飞准备工作

在明确无人机检测系统原理以后，检测团队就应该结合A桥梁工程的技术图纸、施工方案等内容进行详细分析，同时还要总结A桥梁工程在当前使用过程中可能出现的各类病害，最终完成无人机检测方案的设定，明确后续无人机检测的各个悬停点。在无人机正式起飞之前，相关技术人员也应该对无人机的各项性能进行必要的检测，保证无人机可以在后续检测活动中发挥较好的作用。与此同时，检测团队还要进行无人机试飞工作，通过试飞活动来提取无人机飞行过程中的各项性能数据，及时处理无人机设备可能存在的安全隐患与质量问题。除此之外，检测团队还要做好无人机起飞的人员安排与方案布设，一般需要两名人员分别控制无人机飞行和航拍工作，保证无人机可以采集到精准全面的数据。与此同时，飞行控制人员还要注意在后续无人机飞行的时候，保持无人机跟周围物体的安全距离，通常需要距离桥墩等简单形状物体5m以上，距离钢构件等复杂形状物体10m以上，具体距离控制需要结合现场实际情况灵活把控。

（四）检测信息收集

在无人机设备起飞以后，地面站系统就可以接收到无人机所搜集的各类信息，同时地面站工作人员也可以结合手头关于桥梁信息的相关内容，全面进行A桥梁工程病害的具体分析。在收集检测信息的时候，通常需要无人机悬停到预先设计好的区域进行局部拍照。在这个过程中，地面站人员需要强化无线传输信号，提高无人机设备的掌控水平，使得无人机设备的飞行状态和拍摄信息可以全部传递回来，避免信息传播过程中出现不必要的数据衰减等问题而导致信息失真。在这个过程中，无人机设备中也自带储存装置，在进行信息无线传输的时候也会将这些信息储存到内部装置中，在无人机飞回以后再进行数据比对，解决无线传输可能出现的数据衰减与干扰等问题。

（五）无人机控制

在A桥梁工程检测过程中引入无人机设备，也应该做好无人机的控制工作。特别是无人机设备的上升速度比较缓慢，但是下降速度是非常快的。因此在无人机设备完成检测任务以后，控制人员应该做好无人机设备升降速度的有效把控。其中在无人机上升的时候，应该控制无人机缓慢上升，在A桥梁检测活动中需要维持到10min到20min之间达到检测点，既不能速度过快，也不能速度过慢。在无人机下降的时候，则应该控制无人机的下降速度，至少要保证下降时间在5min，避免对无人机造成不必要的损伤。除此之外，在无人机检测过程中，控制人员也要结合各类要素做好无人机飞行速度与飞行路线的把控。在A桥梁检测活动中，需要检测人员做好日照方向、风速等要素的分析，一般沿着迎光面进行拍摄，可以较好保证图片的清晰水平。与此同时，检测团队也要尽量选择无风的时候进行检测工作，保证无人机在航拍和悬停拍摄过程中的稳定性与安全性。

（六）检测结果分析

在使用无人机检测系统收集A桥梁工程相关信息以后，还通过图像处理软件等工具展开了全面分析，充分明确A桥梁工程存在的各类病害，以及这些病害的具体尺寸与位置，最主要的病害可以分为四大部分。

第一，在A桥梁工程的钢桁架中发现一枚高强螺栓缺失，其他情况无异常。经过技术分析以后认为缺失的高强螺栓虽然在短时间内不会带来明显安全隐患，但也需要进行处理，后续将安排人员尽快处理。

第二，在A桥梁工程的索塔部分发现混凝土出现了剥落与裂缝问题。其中剥落面积非常小，但剥落位置比较多，一共有7处。混凝土裂缝主要为表面裂缝，并且裂缝长度多在10cm以内，宽度则小于1mm。因此目前索塔部分的混凝土剥落问题并不需要进行专项处理，而在混凝土裂缝方面需要进行后期跟踪观察，但最好将这些裂缝进行必要的修补，避免A桥梁工程因为长期复杂载荷影响而出现混凝土裂缝扩大的问题。

第三，在A桥梁节点板中，发现有四枚螺栓出现锈蚀情况，其中三枚螺栓的锈蚀情况比较一般，不需要进行处理。但其中一枚螺栓锈蚀情况已经比较严重，后续建议更换新的螺栓，避免发生必要的安全事故。

第四，在桥梁缆索部分的检测过程中，发现缆索有五处涂装脱落情况，但目前脱落区域还没有发生锈蚀问题。因此需要维护人员尽快完成这些区域的重新涂装工作，避免脱落点长期暴露在空气中而出现锈蚀问题。

（七）无人机检测系统应用应该注意的问题

在使用无人机检测系统的时候，检测团队还应该注意多个方面的问题，才能够充分保障无人机检测系统可以在具体应用过程中发挥较好的作用。第一，检测团队应该充分做好各类准备工作，加强自身对于桥梁工程实际情况的认知水平，使得重点检测区域可以得到较好划分，提高桥梁检测的效率。第二，检测团队还要重视无人机检测过程中数据搜集的精准性与全面性，并构建全过程动态管控制度，可以较好约束各个人员在参与无人机检测活动的行为。如果发现检测数据出现失真、缺失等问题，也应该及时进行处理，尽可能提高数据质量。

结束语

综合来看，在桥梁检测活动中引入无人机检测系统以后，整体检测工作的效率得到了较好提升，同时也可以针对常规检测手段很难观测的区域开展精细化检测工作。但在具体使用无人机检测系统的时候，需要检测团队提前对桥梁工程的实际情况进行全面分析，并且掌握桥梁工程可能存在的病害，规划好重点检测区域。在无人机检测过程中，检测团队也要控制好无人机飞行速度和路线，能够充分保证无人机可以较好完成各项任务。除此之外，检测团队还要做好无人机检测数据的校验工作，保证各项数据都具有较高的精准性，完成既定的桥梁检测任务。

参考文献

[1]冯源.无人机在桥梁检测中的应用与发展[J].居业,2017(10):31+33.

[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]方留杨,陈华斌,吴晓南,许鹏,方绍兵.基于无人机三维建模技术的桥梁检测方法研究[J].中外公路,2019,39(01):109-113.

[4]夏玉超.无人机在桥梁检测中的应用分析[J].现代物业(中旬刊),2019(04):80.

[5]李丹,王威.无人机检测系统在桥梁检测中的应用[J].交通世界,2020(17):6-7+10.

[6]刘威,丁霄霄,宗誉.无人机在桥梁检测中的应用研究[J].交通与港航,2020,7(04):75-81.