瞿柯飛

摘要： 隨著我國(guó)公路交通的高速發(fā)展，公路橋梁數(shù)量不斷增加，橋梁養(yǎng)護(hù)管理的需求也隨之不斷提升。目前，橋梁管養(yǎng)單位主要依靠橋梁檢測(cè)車等傳統(tǒng)檢測(cè)平臺(tái)，抵近目測(cè)來開展橋梁檢測(cè)工作。但是傳統(tǒng)檢測(cè)方法往往存在著檢測(cè)盲區(qū)（例如懸索橋、斜拉橋的索塔、纜索，大跨度高墩橋的橋墩等），橋梁檢測(cè)工作存在安全隱患。2007年以來，民用無人機(jī)進(jìn)入了快速發(fā)展階段。隨著技術(shù)的逐漸成熟，憑借著“機(jī)動(dòng)靈活、快速高效、作業(yè)成本低”等顯著特點(diǎn)，無人機(jī)作為一種新型檢測(cè)平臺(tái)在橋梁檢測(cè)中得到了許多成功應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 無人機(jī)檢測(cè)系統(tǒng);橋梁檢測(cè);應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】U446.1【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1674-3733（2020）15-0143-01

引言：隨著交通量的急劇增長(zhǎng)，超重、重中型車輛日益增多，使得社會(huì)對(duì)橋梁的正常使用功能要求越來越高，橋梁的檢測(cè)與加固維修工作顯得愈發(fā)重要，而準(zhǔn)確、高效的橋梁檢測(cè)是結(jié)構(gòu)加固維修的先行條件。然而，傳統(tǒng)的橋梁檢查設(shè)備較為單一，主要依靠肉眼或者輔助工具（望遠(yuǎn)鏡、橋檢車等）來檢查結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)各類病害。而且，現(xiàn)有的特大橋、大橋、特殊橋梁結(jié)構(gòu)（斜拉橋、懸索橋等）數(shù)量逐年增多，若仍采用傳統(tǒng)的方法檢測(cè)，其操作難度大、并有盲區(qū)存在，無法為管養(yǎng)部門提供一份可靠的檢測(cè)結(jié)論作為決策依據(jù)。如何高效、準(zhǔn)確反映各類橋梁結(jié)構(gòu)真實(shí)狀態(tài)已成為橋梁檢測(cè)界亟待解決的問題。

1無人機(jī)檢測(cè)原理

無人機(jī)檢測(cè)主要由無人機(jī)、拍攝鏡頭、地面站系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、儲(chǔ)存系統(tǒng)等組成。一般采用多旋翼無人機(jī)，應(yīng)用地面站系統(tǒng)，進(jìn)行橋梁的軌跡巡查，利用鏡頭系統(tǒng)，進(jìn)行定點(diǎn)拍攝、儲(chǔ)存，可數(shù)據(jù)傳輸也可移動(dòng)式傳輸，后期通過專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行照片的處理，以發(fā)現(xiàn)和觀察病害，確定病害的程度。對(duì)于傳統(tǒng)的橋梁檢查方法，無人機(jī)檢查有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1）可檢查范圍大，只要有一定的飛行空間，即可進(jìn)行相應(yīng)的圖片采集，基本可實(shí)現(xiàn)無死角檢查;2）檢查效率高，利用無人機(jī)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、連續(xù)性好的優(yōu)勢(shì)，可快速地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并可根據(jù)檢查需求，掛載相應(yīng)的高清攝像頭，進(jìn)行重點(diǎn)部位的跟蹤檢查，也可以將檢查的實(shí)時(shí)情況傳輸?shù)浇K端，還可定點(diǎn)、點(diǎn)航線進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)采集工作，減少人為干擾，達(dá)到檢查效果;3）檢查成本不高，無人機(jī)價(jià)格便宜，加上高清攝像頭的費(fèi)用，長(zhǎng)期下來較橋梁檢查車費(fèi)用較低，可降低檢查費(fèi)用。

2無人機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1無人機(jī)定位、導(dǎo)航技術(shù)

由于橋梁結(jié)構(gòu)本身較為復(fù)雜，且無人機(jī)用于橋梁檢測(cè)屬于近地飛行，橋梁結(jié)構(gòu)本身和地面障礙物對(duì)GPS信號(hào)的干擾不可避免，無人機(jī)經(jīng)常處于GPS信號(hào)偏弱甚至無GPS信號(hào)的狀況，僅依靠GPS信號(hào)進(jìn)行定位和導(dǎo)航難以滿足橋梁檢測(cè)需求。此外，橋梁病害數(shù)據(jù)采集時(shí)還需獲取無人機(jī)本身相對(duì)于橋梁構(gòu)件的相對(duì)定位，以確定所采集病害的位置。因此，除依靠GPS信號(hào)進(jìn)行定位導(dǎo)航外，還需輔以其他定位導(dǎo)航技術(shù)。目前，使用較為廣泛的是計(jì)算機(jī)視覺定位技術(shù)和超聲波定位技術(shù)等。計(jì)算機(jī)視覺定位技術(shù)的原理是對(duì)無人機(jī)搭載的視覺傳感器所獲取的各個(gè)方向的圖像進(jìn)行圖像處理和特征點(diǎn)提取，從而獲得目標(biāo)的圖像坐標(biāo)，反向計(jì)算無人機(jī)的空中定位。該技術(shù)較為成熟，已得到廣泛應(yīng)用，但是會(huì)受到光線、鏡面等因素的影響，同時(shí)對(duì)圖像處理和計(jì)算能力要求很高。超聲波定位技術(shù)的原理是利用超聲波的反射獲取各方向障礙物的距離，從而確定無人機(jī)的相對(duì)定位。該技術(shù)成本較低、適用性強(qiáng)，但是測(cè)距距離較短，導(dǎo)航精度相對(duì)較差。利用GPS信號(hào)定位導(dǎo)航技術(shù)輔以計(jì)算機(jī)視覺定位和超聲波定位技術(shù)基本可滿足橋梁檢測(cè)對(duì)無人機(jī)定位、導(dǎo)航技術(shù)的要求。

2.2檢測(cè)數(shù)據(jù)圖像識(shí)別技術(shù)

基于無人機(jī)檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)，其所采集的橋梁病害檢測(cè)影像數(shù)據(jù)不僅數(shù)量巨大，而且圖片相似度較高。若采用人工查看，不僅工作量大、效率低，還有可能由于視覺疲勞出現(xiàn)遺漏。因此，有必要采用圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)所采集影像數(shù)據(jù)進(jìn)行病害辨識(shí)。基于深度學(xué)習(xí)的自主圖像識(shí)別技術(shù)在各行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，隨著圖像樣本量的增大，識(shí)別精度可不斷提高并可不斷迭代升級(jí)優(yōu)化。目前，自主圖像識(shí)別技術(shù)亦可識(shí)別出寬度為0.1mm的裂縫，適用于橋梁檢測(cè)數(shù)據(jù)圖像識(shí)別的需求。

2.3無人機(jī)自主避障技術(shù)

橋下空間定位困難且環(huán)境復(fù)雜，相較于日常工作環(huán)境，無人機(jī)在進(jìn)行橋梁檢測(cè)工作時(shí)更容易發(fā)生誤撞、摔機(jī)等意外。依靠操作人員人工規(guī)避障礙物較為困難，且與無人機(jī)檢測(cè)初衷不符，因此無人機(jī)自主避障技術(shù)在無人機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)中顯得格外重要。定位、測(cè)距和飛行路徑重規(guī)劃是無人機(jī)避障技術(shù)的基礎(chǔ)，與無人機(jī)定位導(dǎo)航技術(shù)和無人機(jī)飛行路徑自能規(guī)劃相通。

2.4無人機(jī)飛行路徑智能規(guī)劃

橋梁檢測(cè)需抵近所有構(gòu)件進(jìn)行檢查，而用于橋梁檢測(cè)的旋翼式無人機(jī)往往飛行時(shí)間有限，因此，合理規(guī)劃無人機(jī)的飛行路徑既能提高橋梁檢測(cè)的質(zhì)量，又能提高橋梁檢測(cè)的效率。此外，橋下空間大多存在各種各樣的障礙物，如何在規(guī)避障礙物的基礎(chǔ)上保障檢測(cè)質(zhì)量，需預(yù)設(shè)規(guī)劃路線進(jìn)行智能重規(guī)劃。目前，用于無人機(jī)飛行路徑規(guī)劃的算法很多，但大多用于高空巡視飛行，不適用于橋下空間，無人機(jī)飛行路徑智能規(guī)劃技術(shù)尚需進(jìn)一步研究發(fā)展。

結(jié)語：對(duì)于高邊坡、長(zhǎng)大橋梁、高路基等特殊構(gòu)造物的日常巡查和養(yǎng)護(hù)工作存在較大的困難，而無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用中可以快速緩解技術(shù)人員和設(shè)備不足的情況。目前公路的高邊坡、橋梁墩臺(tái)等構(gòu)造物動(dòng)輒幾十米，高則上百米，依靠傳統(tǒng)人工檢查很難完成。隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展和橋梁檢查的迫切需求，相信不久的將來，無人機(jī)檢查技術(shù)會(huì)從定性到定量的領(lǐng)域發(fā)展，更加滿足公路養(yǎng)護(hù)管理工作的需求。

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