浅谈无人机+BIM在桥梁巡检中的应用

浅谈无人机+BIM在桥梁巡检中的应用

王朋辉刘微刘涛黄平那雯淇

重庆交通大学重庆市400074

摘要：无人机的应用已经渗透到社会的各行各业，在工程检测方面，无人机凭借其各方面的诸多优势得到了广泛认可和应用。桥梁作为交通建设领域中的重点工程，对其巡检维护关系到国家经济和人民安全。近年来，BIM技术凭借三维可视化的信息管理特点，得到了大力推广和应用。鉴于此，本文将对无人机+BIM在桥梁巡检中的应用进行探讨。

关键词：无人机BIM桥梁巡检

1.引言

据专家预计，到2020年前，我国将新建大、中、小桥梁约20万座，而对于中国桥都的重庆来说，截止至2015年，已建和在建桥梁统计已达1.3万余座，其中高速公路桥梁占2974座、普通公路桥梁8462座、市政桥梁1551座、轻轨专用桥4座、铁路桥16座，数量在全国城市中位居首位。

桥梁悬臂检测车、桥底检测车、桥梁综合检测车等传统的桥梁巡检方法不仅任务繁重，而且无法按时完全成所有桥梁的日常巡视。桥梁的裂纹由于所处位置、裂缝细小等多因素的影响，不易观察，存在极大的安全隐患，将会造成渗透以及腐蚀结构等问题。因此需要研发一种新的巡检方案，为桥梁安全管理提供保障。

2.无人机+BIM桥梁巡检的应用现状

近年来，无人机开始广泛涉及农业、交通等多个领域。无人机自身性能也在不断地得到提高，诸如抗风性能差、控制性能差等常见问题在一定程度上得到解决，人工智能技术的加入也为无人机提供了更多的技术支持，装配有高分辨率的摄像头可以实现对桥梁检测过程的图像记录，甚至实时传输。

BIM利用数字化技术，建立包含建筑工程信息的三维模型，三维可视化模型将会在极大程度上方便管理者进行管理。

基于无人机+BIM在桥梁巡检中的应用，在国内研究非常少，但却是顺应当前工程技术科技化、智能化、网络化的发展趋势，在研究方向上具有显著的创新性。无人机和BIM技术具有良好的运用价值，而桥梁巡检又是管理工作的难点，将无人机的灵活性、BIM技术的可视性运用到桥梁巡检中，具有思路的原创性、技术的先进性和运用的广泛性。

3.无人机+BIM桥梁巡检的具体实现

无人机+BIM系统实现桥梁检测的过程，从信息获取，到信息处理，再到信息输出，其具体过程可以概括如下：

3.1无人机巡检数据收集模块：该模块包括无人机系统模块、定位避障导航模块和桥梁底面影像获取模块。无人机系统模块：主要由无人机构成，完成飞行功能，为其它各个模块提供载体。定位避障导航模块：由激光雷达、机载惯性测量单元，GPS模块、超声波、机载计算机组成。机载计算机作为核心控制器，处理激光雷达等传感器的数据，对无人机自身进行定位，并获取无人机周围障碍信息，避开障碍并按照路径规划算法规划的路径进行飞行。桥梁底面影像获取模块：由机载云台相机、存储器组成，完成桥梁底面影像拍摄和存储功能。

3.2图像处理软件模块：本模块主要针对测量图像进行处理，先对无序图像进行自动空中三角测量，恢复所有图像拍摄瞬间的相对位姿关系，然后在此基础上实现全自动的图像拼接和三维模型的自动生成，达到路桥三维模型的基本几何量测、显示和整体形态输出。

3.3裂纹提取模块：裂缝提取的首要操作是作灰度化处理将原始图像转化为灰度图像，灰度图像是后续所有操作的基础。为了符合人眼观测的敏感原则，采用加权平均法对图像进行灰度化处理，经灰度化得到的图像可能由于照片曝光不足等原因导致背景与裂缝对比度不强，为此，采用灰度拉伸算法和直方图均衡化算法来增加灰度图像的对比度。随后进行图像滤波除噪，图像预处理完成后进行图像分割操作，其目的是将裂缝像素与背景像素分离开，我们采用边缘检测或阈值分割两种算法综合处理实现。但噪声的存在，通常使得分割的图像存在细小的毛刺或凸起、裂缝区域之间存在空洞、裂缝区域之外存在很多孤立的点或小面积区域，为此，对图像进行数学形态学操作。随后对图像进行细化和特征值的提取，完成裂纹的提取和定位。最后对结果进行储存。

3.4裂纹数据可视化动态管理模块：本模块主要针对裂纹处理数据的可视化动态管理问题，借助于BIM技术对桥梁检测信息进行动态管理。运用BIM建模软件构建三维建筑模型，模型包含建筑所有构件、设备等几何和非几何信息以及之间关系信息。对桥梁进行模型后，将裂纹信息导入，对裂纹信息进行可视化归档，再次巡检结果导入后，便可清晰了解裂纹的改变，实现裂纹可视化跟踪。

4.无人机+BIM桥梁巡检的优点

无人机+BIM进行桥梁巡检，不仅发挥了无人机和BIM各自的优势，而且两者的同时使用，可以实现动态监测和管理。其具体优点可以归纳归纳如下：

（1）无人机减少了人力成本投入，提高检测的准确度和及时性；

（2）无人机能够通过遥感进行控制，且无人机性能不断提高，能够对桥梁进行全方位的检测；

（3）采集的数据经过处理，运用BIM建模软件构建三维建筑信息模型，可以实现可视化的管理，具有技术上的先进性。

5.结语

当前，无人机+BIM运用于桥梁巡检中的研究相对还比较少，但是无人机+BIM的组合有助于提高工作效率，具有技术上的可行性也顺应了技术的发展潮流。BIM的数据库不仅可以用于巡检，并且对桥梁状况的后续管理维护也同样具有重要的意义。随着人工智能和自动化的发展，无人机自主航线设置以及云数据库也将会是未来技术发展的趋势。实现桥梁检测数据的可视化、智能化管理，将会在很大程度上推动桥梁巡检工作的革命，具有不可估计的潜在价值。

参考文献

[1]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.

[2]周璐.BIM技术在桥梁检测加固工程中的应用[J].福建质量管理，2018，24：149.

[3]陈金桥，李佳颖，李慧乐，吴刚.无人机在桥梁检测中的应用[J].交通世界，2018，（11）：103-106.

[4]李成涛，章世祥.基于BIM技术的桥梁病害信息三维可视化研究[J].公路，2017，62（1）：76-80.

[5]侯光辉.试述桥梁施工中裂缝的危害与对策[J].路桥工程，2015，5（22）.