新型无人机检测技术在桥梁检测工程中的应用策略

新型无人机检测技术在桥梁检测工程中的应用策略

熊阳

湖北交投智能检测股份有限公司 湖北武汉 430000

摘要：无人机作为保证桥梁工程各部分结构质量的检测技术,其能以低成本、高效率以及高稳定性状态,应用于桥梁各个结构部位的病害检测、程度检测。但其应用于实践的效果并不突出,这是由于未与常规检查手段结合起来使用。因此,相关建设单位应将其作为重点研究对象,即在明确无人机在桥梁检测工作中应用方法的情况下,找出优化控制的方法策略。

关键词：无人机检测技术；桥梁检测；应用

1传统桥梁检测与无人机检测的区别

1.1传统桥梁检测工程中的应用现状及弊端

对于检测桥梁、桥墩、桥墩基台、塔架、桥网和其他零件以及落地螺栓的钢缆,传统桥梁检测存在很多弊端。1)传统桥梁检测需要其他辅助措施进入检查现场,成本较高;2)探测桥梁墩台、桥台、腹桥等危险场所,需架设框架,配合人员进行探测,存在安全隐患;3)对于腹部和电缆等难以触及的部位,人工无法进行准确的检测;4)在城市桥梁的日常检查中,还需进行交通管制,阻碍交通的正常运行。

1.2新型无人机检测技术的主要优势

第一，检测成本低。无人机检测硬件设备所用技术大多较为成熟，用于桥梁检测成本较低。第二，高效作业。桥梁病害图像采集期间，飞行员只需设计好无人机飞行路线，可多机同步飞行检测，能在短时间内采集大量数字图像并应用图像识别技术进行处理。第三，应用领域广泛。无人机检测无须进行交通占道，无须架设辅助平台，除受到天气等自然因素影响外，比常规检测平台应用领域更广泛。第四，技术路线趋于完善。新型无人机所用的高精度光学测量、三维建模、图像识别与后处理等技术的发展，技术路线趋于完善，桥梁病害图像识别算法应用层出不穷。第五，与常规检测平台形成互补。无人机视野开阔，配备先进技术优势，可以弥补常规检测平台的不足，进一步完善提升桥梁检测的质量。

2桥梁检测中的新型无人机检测主要技术分析

2.1异形检测无人机

异形检测无人机具有比较特殊的结构，它可以对桥梁外部进行有效检测。具体应用中，首先需要在无人机前段设置两个固定臂，使其方向向前，然后将滑轮、舵机置于固定臂上，再将摄像设备安装到两个固定臂中间，进而可有效解决传统无人机拍摄不能覆盖垂直面的问题。将八轴形式的动力系统作为无人机飞行驱动系统，即使是在强风条件下，也可以实现其飞行方向的有效调整。在异形检测无人机的旋翼顶端覆盖防护网，可使其紧贴桥梁底部进行拍摄。另外，将IUM模块以及GNSS模块配备在异形检测无人机中，可通过软件对其多路导航进行设置。通常情况下，异形检测无人机的飞行测量精度可达到1cm以内，且对磁干扰具有很强的抵抗能力，为桥梁工程检测拍摄奠定良好的技术基础。

2.2中继无人机

中继无人机的主要功能是实现GPS信号的进一步增强，同时也可以对磁罗盘等进行校准。在桥梁检测中，中继无人机的应用可有效防止桥梁底部测量中的信号丢失，并有效抵抗桥梁底部的强烈磁场干扰，确保测量精度。

2.3多旋翼无人机

多旋翼无人机是新型无人机中最常见的一种类型，就目前的桥梁检测来看，应用较多的就是四旋翼无人机。此类无人机的电机通常是通过电调来直接驱动，且能够通过为电调发送PWM信号的形式进行电机转速控制，其发射信号的高电平宽度越大，电机转速也就越快。具体工作中，可将第i个信号电机的转速设为，将所有旋翼的升力总和设为FA，将无人机承受的重力设为FG。在多旋翼无人机起升和降落时，首先需要让四个旋翼的保持相同，且无人机的横滚、偏航以及俯仰力矩都需要控制为零，对四个旋翼转速进行调整，便可改变多旋翼无人机的起升力。如果FA＜FG，多旋翼无人机便会下落；如果FA＞FG，多旋翼无人机便会起升；如果FA＝FG，多旋翼无人机便会悬停。通过这样的方式，便可对多旋翼无人机的运行状态、拍摄内容以及拍摄角度进行灵活控制。

2.4无损数码变焦技术的应用

现代公路桥梁养护无人检测机，采用的是无损数码变焦技术，可以从任何角度清晰地放大远景，相对于有损数码变焦技术而言，无损数码变焦技术更加灵活，可以提供多倍焦距，在远景细节处理上画面清晰。

2.5飞行控制及监控

微型无人机检测桥梁养护工程时，利用飞行软件APP辅助完成桥梁养护检测任务，对电量、信号、任务执行等情况进行全程监控，在飞行过程中如若出现飞行问题，飞行APP系统则会第一时间接受到信息并快速发出警报，此时，无人机设备可以借助系统功能键返航或者暂停飞行。

2.6自动避障

用微型无人机对公路桥梁进行养护检测时，主要采用的是超声波组合传感器，辅以高精度立体视觉算法，进而对周边环境进行实时监测，如果遇到障碍物，高精度立体视觉算法可以快速感知，在自动避障系统和飞控系统的相互结合下，从避障系统接收的数据传输到飞行控制系统上，实现对无人机在遇到障碍物时快速暂停、飞越的功能。

2.7建筑信息化模型地面站系统

建筑信息化模型地面站系统是将BIM技术作为基础所建立的一种信息化模型。该系统的应用，不仅可以为新型无人机检测的安全性提供保障，同时也可以将新型无人机航摄获取到的二维照片转变为三维模型，从而对桥梁建筑外表面损坏和病害情况达到良好的检测效果。就目前来看，Pix4D系列建模软件是新型无人机检测中常用的建筑信息化模型地面系统软件，将该软件与其配套设施加以合理应用，可达到全天候、无限制的桥梁检测效果。具体应用中，可将信息检测模型建立在3D模型上，提前将相应的数据信息导入该软件中，便可实现桥梁工程建筑模型的科学建立；对于需要重新拍摄的内容，在获取之后，只需要再次导入该模型中，便可在不需要修改其他有效数据的基础上实现桥梁建筑模型的精确建立，从而实现高精度桥梁检测数据的获取。

3无人机视觉检测的发展趋势

3.1高效检测设备的开发

目前，无人机能够以搭载的高精度光学相机，红外传感器、激光雷达等检测设备的开发，有效提高检测技术的识别精度和适用范围。

3.2基于数字孪生技术的检测

充分应用VR交互、大空间3D识别、AR虚拟数字和5G等新技术，实现桥梁全要素数字化和虚拟化、状态实时化和可视化，可将数字图像同步传送至专家处进行“会诊”，实现基于数字孪生技术的AI人工智能数字化大桥实时可视化检测，可有效提高无人机视觉检测效果。

3.3高水平自动化检测

基于定位巡航和飞行路线规划，无人机检测能逐步实现自动化采集病害图像，提高无人机自动化检测水平。

3.4自主图像人工智能化识别

无人机检测采集的数字图像相对单一，传统人工识别效率低且易出错。基于桥梁三维建模、数字图像病害识别与后处理、图像识别算法等人工智能的图像识别，可有效提高病害图像智能化识别水平。

结束语

综上所述，在桥梁检测中，新型无人机检测技术所发挥的作用十分显著。相比传统无人机检测，新型无人机检测不仅具备更高的检测效率和检测精度，同时也更加安全、便捷，花费更少。因此，在桥梁检测工作中，相关单位的技术人员应加大力度对新型无人机检测技术及其应用进行研究，通过运行参数、航行路线、拍摄方式等的合理设置，来实现桥梁工程信息的全面、精准获取，并对获取到的信息加以充分利用，采用信息化建模软件来进行桥梁建筑三维模型的建立，使其各类质量问题直观地显示在模型中，为后续的病害处理提供科学的参考依据。

参考文献

[1]赵学军.无人机数字摄影测量系统设计和应用研究[J].智能城市,2020,6(16):44-45.

[2]王少通，崔力宁．浅谈无人机在桥梁检测方面的运用[J]．建筑工程技术与设计，2017(01):66－67