无人机检测技术在桥梁检测工程中的应用

无人机检测技术在桥梁检测工程中的应用

谢宗燃

广州诚安路桥检测有限公司   广东省广州市   511430

摘要：随着科学技术的发展，我国的遥感技术有了很大提升，并在很多行业中得到了广泛的应用。目前市面上的无人飞行设备类型较多，从应用数据来看，多旋翼飞行设备目前应用较为广泛。这种飞行器材的内部结构并不复杂，无需过多的资金损耗，在我国目前桥梁检测中发挥着重要的作用。文章首先分析无人机桥梁检测技术的优点，其次探讨无人机检测技术要点，最后就新型无人机检测技术的应用策略进行研究，为相关技术研究提供参考。

关键词：桥梁；检测；无人机

引言

在我国现代社会的发展中，基础设施的建设已经日趋完善，而在道路桥梁等基础设施的建设中，为保证其质量和安全性，我国相关部门针对其检测，进行了大量创新手段的研究，其中无人机检测系统以其本身具备的成本低廉、携带方便、结构简单等优势从多种检测方法中脱颖而出。而在实际应用该技术进行检测的过程中，检测人员一定要深入勘察桥梁内部结构，探寻问题所在，以便于将无人机检测系统的作用，进行充分的发挥。

1无人机桥梁检测技术的优点

随着科技设备研发和航拍技术的发展,将无人机应用到桥梁维养工作的检测手段正在慢慢完善,针对传统检测手段存在的问题,其在桥梁检测中展示的优点具体如下:(1)安全性高。对于桥梁特殊构件的检测,工作人员只需要待在桥面或者桥下等安全位置操控无人机,即可进行数据采集。(2)检测效率高。无人机根据检测需求搭载相应的传感器设备,在相应的计划位置或者路线进行检测工作,检测数据以图像的形式存储,减少工作人员数据记录的时间。(3)检测成本低。无人机桥梁检测不需要过多的工作人员进行作业,且不会影响桥梁的通行能力,消耗的人力、物力少于传统检测手段。(4)检测范围全面。无人机不受地形因素的影响,人工手段无法检测的位置可使用无人机完成检测作业,获得更全面的桥梁信息。

2无人机检测技术要点

2.1无人机定位、导航技术

从其桥梁结构的特征来看，组成相对复杂。应用无人机设备来完成桥梁结构性能测试的过程中，飞行检测接近地面，桥梁主体结构会以及地面的其它障碍物会影响到信号的正常工作，单纯依靠ＧＰＳ技术可能无法达到预期的检测要求。无人机设备在检测和获取桥梁结构中的异常数据时，还要应用到无人机设备的定位功能，帮助工作人员快速锁定发生故障的地点。由于周边存在诸多干扰项，单纯依靠ＧＰＳ的定位功能无法精准完成定位任务。在我国现阶段的桥梁检测阶段，充分利用了计算机技术中的视觉和超声波定位两种技术形式。视觉定位技术在桥梁检测中的应用，主要是利用设备内部的传感装置运营时所获取的图像数据，提取其中有价值的信息点，进而锁定该图像的目标定位，再由此判断出无人机设备的定位。视觉定位技术相对成熟，应用范围较广。但是在特定的环境下，光照或者镜面等原因也会影响到其结果的精确度，无法达到其高标准的技术和图像处理需求。超声波在运行时遇到障碍物会发生反射，其定位技术主要是利用该技术反射的距离，进一步测算出无人机所处的位置。无需过高的资金，并且使用范围相对广泛。但是由于有些物体的测量距离不够，影响导航的精准度。在实际应用中，以ＧＰＳ定位技术、视觉和超声波定位技术辅助下，大大提高了桥梁检测工作中的定位能力。

2.2基于AOA测向定位技术

在这部分中，主要包括以下3部分内容，分别是比辐法、比相法、方位扫描测向技术3种。首先，比辐发测向技术的应用，是将一对完全相同的同心正交天线对进行及时利用，保证从特定方向角入射的电波在两个天线上，能够有电势幅度的产生，并且能够和达角的正余弦呈现出比例关系。该技术也可以称为Watson-watt测向机，具备抗干扰能力强、测向速度较快的优势，而其所具备的不足则表现为双通道接收机具备制造复杂、一致性要求较高等问题；其次，比相法测向技术的应用，以干涉仪进行不同位置天线感应电压相位差测量的形式，来进行信号到达角的计算，这种方式本身具备测向速度快、精确度高、灵敏度强的优势，而不足则表现为抗干扰能力较差。与此同时，Doppler测向机在使用时，是将天线进行及时利用，以做方位扫描之用，将多普勒效应原理的作用进行充分发挥，并以此确定到达角，而这种形式则具备极化误差较小、测向准确度高等优势，不足表现为抗干扰能力较差；最后，方位扫描测向技术的应用，该技术的应用所指利用天线做方位扫描，并发挥其接收信号能力幅度峰值的作用，进行到达角的确定。一般情况下，较为常用的仪器设备包括交叉环天线测向机、旋转环天线测向机等。

2.3无人机桥梁检测的三维建模

桥梁检测作业前对桥梁进行三维建模有利于工作人员进行无人机航线规划,且三维模型可以与病害信息相结合,使病害展示得更加形象具体。将全桥三维重构任务分为多个子模型的分布式网络结构任务,在不影响精度的情况下显著提高运算质量。

2.4无人机自主避障技术

桥下结构位置的特殊性，定位技术应用难度大，加之其复杂的施工环境，无人机在飞行期间空间较小，极易出现碰撞和磨损。操作人员工作难度上升，并不能有效规避困难，严重违背了应用无人机检测的最初计划。相关人员应努力改进我国目前自主避障技术中存在的不足。

3新型无人机检测技术的应用策略

3.1做好准备工作

无人机检测设备的实际操作环节，有关部门要根据需求匹配相应的工作人员。其中一人完成设备操控任务，而另一人则负责摄影设备的调控工作。无人机设备的起飞准备工作阶段，工作人员需要将设备平稳置于地面上，随后认真检查设备表面是否有异常，运行状态是否良好，确保性能无误后方可进行试飞作业。无人机要完成特定对象的检测工作，整个检测任务实施阶段，工作人员重点关注设备和检测对象之间保持适宜的距离。

3.2关于数据采集子系统的分析

在该子系统中主要涉及三大模块，首先，就是无人机的采用，主要利用大疆经纬M300型号无人机，其续航能力较强，能够满足作业需求，在实际使用中为其配备气压计、双惯性测量单元、智能电机驱动器等，上述配备能够有效保证其他非检测地段的行车安全、并为无人机的安全稳定飞行提供保障；其次，就是相机模块的利用，型号确定为大疆禅思H20，其分别集成了探测距离达到1200m的激光测距仪、30Hz的热成像相机以及广角相机（1200万像素）等，在大角度云台的配置上，具备垂直方向-120°到+30°、水平方向±320°之间的参数设置，能够将桥梁的不同检测需求，进行充分满足；最后，就是机载计算机控制软件的采用，该技术的利用，主要是根据预先设定图像采集对策，来进行数据采集的自动控制，以便于将操作人员的工作量进行及时减少，并提升整体作业效率。

3.3机器视觉与其他技术有机融合问题

综合利用多种技术手段进行无人机检测跟踪能够达到优势互补的效果。然而，不同技术采集到的特征信号不同，计算得到的信息内容也不同，存在多个无人机目标时难以将不同方法检测出的目标一一对应，容易出现误检、漏检问题。针对有机融合问题，一是要增强检测反馈信息的通用性，将结果用统一的格式进行表达；二是研究不同技术检测所得无人机的匹配算法，有效利用位置和特征信息进行准确匹配；三是优化无人机检测跟踪的工作模式，在保持系统流畅性的同时增加误检、漏检核验频率，做到及时纠正，最终反馈至客户端的信息达到实时准确。

结语

综上所述，无人机检测系统在桥梁检测中的应用，是一种时代、行业发展的必然趋势。在信息技术带动下，相关部门和技术研发人员要积极投入到无人机检测的升级和换代中。从设备运行轨迹，工作数据以及影像拍摄模式等不同的方面，来提升信息的精准度。同时工作人员要充分发挥现有数据的价值，引进计算机信息化技术来完成立体模型的组建。在模型的辅助下，提高问题的曝光率，为桥梁问题处理提供更有价值的参考数据。

参考文献

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