无人机桥梁检测技术的要点及应用分析

杨志平

广州诚安路桥检测有限公司     广东省广州市511400

摘要：智能监控技术的迅速发展，也推动了无人机技术的飞速发展，如今，无人机检测技术已经被广泛地运用于各行各业，但在多个产业的融合发展中，也存在着一些问题，制约着无人机的发展。当前，国内的桥梁工程越来越多，各种桥梁工程也越来越多，其测试结果与测试方法也需要不断地改变与提高。

关键词：无人机；桥梁检测；技术

桥梁作为交通系统中的关键部件，担负着联系干线、承载车辆荷载和保证交通安全的重任。但在施工及运营中，受自然环境及人为因素等因素的作用，导致了桥梁结构的损伤、变形、锈蚀和老化。若不能及时发现并加以治理，就有可能危及桥梁的安全与可靠度，严重时还可能发生重大事故。所以，对桥梁的定期检查与维修具有十分重要的意义。近几年来，由于无人飞行器的快速发展，利用无人机图像进行桥梁识别的研究成为了一个热点。与传统探测手段相比，无人机成像技术具有效率高、精度高、成本低等优点，在桥梁结构损伤识别、变形监测、环境监测等方面具有广阔的应用前景。

1传统桥梁检测手段的现状及弊端

对于梁体、桥墩、桥塔、索杆等构件的检测，传统的桥梁检测方法有较大的缺陷。（1）传统的桥梁检测需要其它的辅助手段才能到达检验现场，花费很大；（2）对桥梁高墩、高截面梁体和索塔等危险部位的探测，需要搭建脚手架，协同工作，有一定的安全风险；(3)对不易接触到的部分，如索杆、锚头等，采用手工方法不能精确测量；(4)在对大桥进行例行检验时，也需要对其实施交通控制，使其不能正常通行。

2新型无人机检测技术的主要优势

与常规 UAV相比，利用无人机对桥梁进行定期检测，具有以下特点：第一，是重量更轻。据相关研究表明，一般情况下，这种新型无人驾驶飞机的起飞质量不超过20公斤，并且具有更大的灵活性。第二，它的移动能力很强。已有研究表明，可装载4公斤以上的无人机，且具备较强的机动性。第三，它具有很好的适应能力。这种新型的无人机，升降变得更加容易，升降也变得更加灵活。该机型可由主机驱动，手移，滑跑，弹射等多种方式进行升降，可实现消降、伞降、网降等多种着陆方式，适应多种地形条件。第四，它具有很强的保密性。该技术还可以应用于各种极端、复杂的环境，即使是化工危害区，生物危害区，安全性更高。第五，造价低廉单位价格便宜。一般一款新机型的价格都在一万元到十万元之间，几乎每一款的价格都在十万元以下，一些新式的更是连一万元都不到。在市场上，除了飞机上的摄像头外，市场上的无人机的辅助设备的价格都在数千元到数万元之间。第六，测试的灵活性和有效性。在复杂的检测环境下，无人机能够根据实际情况灵活地选取适合的检测方式，并且能够对检测人员无法接触检测的部分进行快速探测，从而大幅提升检测效率。第七，具有较高的检测精度。无人机搭载先进的高分辨率遥感影像获取设备，通过融合影像镶嵌、病害辨识等手段，获得高精度的病害信息。第八，具有较高的安全性。在桥梁检查中，特别是对于桥塔及拉索等部分，由于一些不确定因素的存在，很容易引起安全事故。采用无人值守方式，无需到现场作业，仅通过地面平台就能实现作业，大大提高了检测的安全性。

3无人机桥梁检测关键技术

3.1异形检测无人机技术

异形探测无人机是一种较为独特的飞行器，能够有效地探测到大桥外侧的情况。在实际应用中，首先要将两个固定臂固定在无人机前端，然后将滑轮和舵机放置在固定臂上，然后将摄像机装置安装在两个固定臂之间，这样就可以很好地解决了传统无人机摄影无法覆盖垂直面的问题。采用八轴传动方式，可使无人机在大风天气下能很好地调节飞行方向。在外轮廓探测无人飞行器旋翼顶部罩上一层防护网，可以让它贴着桥梁拍摄。

3.2多旋翼无人机技术

多旋翼无人机是最常用的新机型，而在当前桥梁检测中，四旋翼无人机被广泛采用。这类无人机的马达一般都是用电来直接驱动的，并且可以通过向电调发送 PWM信号的方式对马达速度进行控制，随着发射信号的高电平宽度的增大，马达的速度也会随之提高。在实际应用中，可以用第 i个信号马达的速度、用各个转子的升力之和来表示 FA，用 FG表示无人飞行器所受的重量。在多旋翼无人机的升降过程中，四个旋翼必须是一致的，并且要将其横滚、偏航和俯仰力矩都控制在0以下，通过调节四个旋翼的速度，来实现多旋翼无人机的升力的变化。

3.3无人机避障技术

大跨度桥梁中的主梁大多是细长结构，通常采用远程控制无人驾驶无人机对其进行检测，而单纯依赖手工躲避障碍时，极易出现误撞。为更好地利用无人机进行桥梁探测，需要将其与无人机融合，使无人机能够实时地感知到环境中的障碍，从而能够更好地利用无人机进行检测，从而解决无人机无法快速躲避所带来的经济损失等问题。

3.4图像识别技术

在利用无人机检测大桥时，会收集到大量的影像资料，若以手工方式检视，不但费时费力，而且易造成错误判断与疏漏。所以，利用计算机技术对图像中的病害进行识别是非常有意义的。由于所获得的影像资料往往品质不够稳定，因此，在影像资料的处理上，往往要采用不同的影像处理方法。本项目将以深度学习为基础，以高精度、低成本、高效率的方法为基础，对推动我国桥梁养护管理的智能化发展具有重大意义。

4无人机检测技术的应用策略

4.1做好无人机测试准备工作

在无人机测试的具体运行过程中，检测单位要按照需要进行相关检测人员的匹配。一个负责控制设备，一个负责调试相机。在无人机的起飞准备工作中，工作人员要把设备平稳地放在地上，然后仔细地对设备的表面进行检查，查看有无异常情况，然后再进行试飞操作。在对桥梁进行检测的过程中，需要将注意力集中在调整无人机合适的拍摄角度上。

4.2桥梁结构监测

利用无人机获取的高精度图像，可以对高速公路桥梁进行周期性的监测。无人机可以轻易地在大桥上方飞行，通过安装在桥梁上的摄像头和激光雷达，对大桥的各个部位进行全方位的监控。利用无人机图像，可以对桥梁进行实时监测，及时发现损伤、开裂、锈蚀等隐患，及时发现隐患，及时进行维修和处理，保证桥梁安全可靠。

4.3桥梁墩台的检查

检测人员在对桥梁墩台进行检查时，应重点检查桥墩的位置有无移位或倾斜。利用无人机的GPS定位功能和测距仪器，以桥两侧端作为参考点，对桥墩水准点进行控制。并对其进行分类、分析，以判断墩台的工作状态有无改变。利用这种方法，可以从预先设置的传感器设备中解脱出来，从而在不增加投资的情况下，对桥梁的安全运营状态进行检测。利用无人机搭载的相关探测设备，对桥墩竖向进行精确测量，并与初始设计值进行对比，判断其有无出现异常变形。

5结束语

本文提出一种基于无人机视觉的桥梁病害自动识别、分类和记录的方法，可有效解决目前桥梁病害检测中的效率低下、成本高、现场检测人员接触性检测风险大等问题。然而，无人机在桥梁检测运用上仍有较大的局限性，如：无人机不能探测箱体等狭窄空间，受气象条件影响大，定位抗干扰能力弱。随着桥梁检测仪器的不断完善，无人机在桥梁检测技术上的应用范围也会越来越广，有着广泛的应用前景。

参考文献：

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[4]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

作者简介：杨志平（1992.10-）男，汉族，广东省广州人，本科学历，工程师，研究方向（主要从事的工作）：桥梁试验检测。