無人機(jī)在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用

徐子鈞

長(zhǎng)沙理工大學(xué)（410114）

1 無人機(jī)橋梁檢測(cè)方法介紹

1.1 無人機(jī)橋梁檢測(cè)系統(tǒng)組成

無人機(jī)橋梁檢測(cè)系統(tǒng)主要由無人飛行器、高清攝像機(jī)、高清圖像傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、電子云臺(tái)、飛行遙控器、云臺(tái)遙控器等組成。

1.2 無人機(jī)橋梁檢測(cè)系統(tǒng)工作原理

無人機(jī)橋梁檢測(cè)系統(tǒng)需要多個(gè)部分協(xié)同工作，主要是利用無人機(jī)可以任意高度懸停，組裝高清攝像頭拍照，然后通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)，由專業(yè)技術(shù)人員分析缺陷特征和危害程度。

2 無人機(jī)在橋梁檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)

2.1 無人機(jī)可靠性高，使用成本低

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)橋梁檢測(cè)系統(tǒng)所采用的技術(shù)日趨成熟，已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。 設(shè)備的正常運(yùn)行只需要電池的正常供電，使用成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的橋梁檢測(cè)車，節(jié)省了橋梁檢測(cè)預(yù)算。

2.2 檢測(cè)精度高，檢測(cè)過程更安全

無人機(jī)可配備多種高分辨率攝像機(jī)，可對(duì)橋梁腹部、纜繩等難以探測(cè)的各個(gè)部位進(jìn)行詳細(xì)拍攝。 使用傳統(tǒng)檢測(cè)方法，一些細(xì)節(jié)容易被忽略，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。 在無人機(jī)拍攝過程中，可以隨時(shí)移動(dòng)位置，從不同角度拍攝，掌握更加全面的信息。 如果對(duì)檢測(cè)結(jié)果有異議，可以反復(fù)檢測(cè)，提高檢測(cè)精度。

無人機(jī)探測(cè)不需要其他輔助設(shè)施。 特別是對(duì)高大橋梁的檢測(cè)，不需要塔、籃等輔助工具，大大降低了橋梁檢測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)，保證了檢測(cè)人員的人身安全。

2.3 使用靈活，適應(yīng)性廣

無人機(jī)具有飛行高度高、重量輕、體積小、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)。 無論是城市中的橋梁還是高山之間的懸吊橋，無人機(jī)都能迅速飛到預(yù)定位置，利用飛行高度的優(yōu)勢(shì)完成傳統(tǒng)探測(cè)方法無法完成的探測(cè)任務(wù)。 傳統(tǒng)檢測(cè)方法對(duì)特殊橋梁的檢測(cè)存在較大的盲區(qū)，無法對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)，重要的橋梁節(jié)點(diǎn)不能完全覆蓋，無人機(jī)可以檢測(cè)到這些盲區(qū)。 它有利于獲取第一手的檢測(cè)細(xì)節(jié)，對(duì)滿足檢測(cè)需求、提高檢測(cè)效果具有重要作用。

2.4 檢測(cè)期間無需中斷交通

橋梁施工一般在交通流量較大的道路上進(jìn)行。橋梁投入使用后，一旦關(guān)閉，將對(duì)城市交通狀況帶來不利影響。 傳統(tǒng)的檢測(cè)方法需要使用大型的測(cè)量設(shè)備，這對(duì)交通影響很大，有些橋梁的檢測(cè)還需要封閉道路。 但是，無人機(jī)的使用不需要中斷交通，對(duì)整個(gè)檢測(cè)過程中的交通幾乎沒有影響。

2.5 維護(hù)方便

無人機(jī)探測(cè)系統(tǒng)的電子設(shè)備大多采用模塊化結(jié)構(gòu)，不僅使用方便靈活，而且后期升級(jí)方便快捷。隨著電子設(shè)備的普及，后期維護(hù)方便，價(jià)格低廉。

3 無人機(jī)在橋梁檢測(cè)中的不足

3.1 對(duì)操作人員要求高

無人機(jī)監(jiān)測(cè)不僅考驗(yàn)操作人員的技術(shù)水平，而且在長(zhǎng)時(shí)間觀看視頻的過程中容易產(chǎn)生眩暈，給無人機(jī)的控制帶來困難。 因此，要求操作人員具有較強(qiáng)的身體素質(zhì)和心理素質(zhì)，必須掌握一定的操作技能，否則很難完成檢測(cè)任務(wù)。

3.2 無人機(jī)檢測(cè)存在盲點(diǎn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)精度不夠

無人機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)雖然比傳統(tǒng)的檢測(cè)方法有許多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際的檢測(cè)過程中也存在盲點(diǎn)。 如當(dāng)無人機(jī)檢測(cè)到整體橋梁或部分橋梁時(shí)，不合理的路徑規(guī)劃將大大增加無人機(jī)的檢測(cè)盲區(qū)。 這種情況只能通過以后的路線規(guī)劃和反復(fù)觀察來彌補(bǔ)。 如航線規(guī)劃的精度不能滿足檢測(cè)精度的要求，與檢測(cè)部位的距離過遠(yuǎn), 則會(huì)導(dǎo)致無人機(jī)測(cè)量精度較差。 在后期，可以對(duì)航線規(guī)劃進(jìn)行修正，以滿足檢測(cè)精度的要求。

3.3 續(xù)航能力一般

無人機(jī)攜帶的電池電量為16 000 mAh，最大載重5 kg，滯空時(shí)間在5～20 min。 這對(duì)于復(fù)雜的探測(cè)項(xiàng)目來說遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

3.4 工作環(huán)境受天氣影響較大

在無人機(jī)的整個(gè)飛行過程中，天氣狀況影響很大，特別是風(fēng)速對(duì)飛行穩(wěn)定性有影響，直接影響到拍攝質(zhì)量和相關(guān)數(shù)據(jù)的采集。 無人機(jī)攜帶的高清攝像機(jī)容易受到光線的影響， 在采集圖像數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)盡量在迎光面采集，避免逆光采集，以提高圖像采集的成功率。

4 無人機(jī)在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用

無人機(jī)飛行檢測(cè)前，首先了解橋梁的總體結(jié)構(gòu)，根據(jù)檢測(cè)項(xiàng)目制訂檢測(cè)方案，選擇測(cè)量點(diǎn)，規(guī)劃飛行路線。 控制測(cè)量時(shí)間和距離，確保整個(gè)測(cè)試過程順利進(jìn)行。

4.1 制訂探測(cè)計(jì)劃，選擇測(cè)量點(diǎn)，規(guī)劃飛行航線

在無人機(jī)飛行檢測(cè)之前，我們應(yīng)該對(duì)整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)有足夠的了解。 根據(jù)檢測(cè)項(xiàng)目，確定測(cè)量點(diǎn)，使橋梁的主要結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)能被測(cè)量點(diǎn)完全覆蓋，并規(guī)劃無人機(jī)的飛行路線，提高飛行檢測(cè)的有效性。

4.2 控制測(cè)量時(shí)間

無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間有限，一般在20 min 左右。如何在有限的時(shí)間內(nèi)完成檢測(cè)是關(guān)鍵。 這就需要合理掌握測(cè)試節(jié)點(diǎn)和時(shí)間，避免二次起飛造成的探測(cè)中斷，否則會(huì)增加探測(cè)成本，影響探測(cè)效果。

4.3 控制測(cè)量距離

測(cè)量距離的控制主要從三個(gè)方面考慮。 首先，如果飛行距離過長(zhǎng)，無人機(jī)可能飛出無線控制范圍，導(dǎo)致飛機(jī)失控。 其次，如果飛行距離離橋梁太近，就有碰撞的危險(xiǎn)，導(dǎo)致無人機(jī)探測(cè)系統(tǒng)受損。 最后，如果飛行距離控制不好，拍攝質(zhì)量或角度不符合要求，則會(huì)導(dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)偏差較大，影響檢測(cè)結(jié)果。

無人機(jī)起飛前，機(jī)身應(yīng)放置平穩(wěn)。 飛行過程中，與橋墩或塔柱的測(cè)量距離一般控制在5 m 左右，但與電纜、鋼構(gòu)件等復(fù)雜部位的距離一般控制在10 m左右。 以上均為經(jīng)驗(yàn)值，在實(shí)際檢測(cè)過程中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

5 結(jié)語

目前，在橋梁檢測(cè)方面，無人機(jī)具有傳統(tǒng)檢測(cè)方法的無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，但也存在不足，仍需改進(jìn)。隨著橋梁檢測(cè)行業(yè)的不斷發(fā)展，無人機(jī)的使用將越來越頻繁，無人機(jī)技術(shù)也將越來越成熟。 無人機(jī)在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用， 大大提高了橋梁維修管理水平，更好地維護(hù)了橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。