無人機檢測技術(shù)在橋梁檢測工程的應(yīng)用論文

無人機檢測技術(shù)在橋梁檢測工程的應(yīng)用論文

　　【摘要】近年來，隨著無人機技術(shù)的迅猛發(fā)展，無人機的行業(yè)運用已滲透至各個行業(yè)，但各行業(yè)之間的融合成為限制其發(fā)展的主要原因。論文主要研究無人機及建筑信息化模型在橋梁檢測行業(yè)的新型技術(shù)，為當(dāng)今逐漸復(fù)雜的橋梁結(jié)構(gòu)提供多種可行性方案。

　　【關(guān)鍵詞】橋梁檢測；無人機；應(yīng)用

　　1引言

　　現(xiàn)如今，中國橋梁健康檢測的數(shù)量在不斷增加，傳統(tǒng)的檢測方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上發(fā)展的節(jié)奏，新型橋梁檢測方式顯得尤為重要。由于橋梁裝有大量鋼筋及橋墩處的桶型鋼筋所產(chǎn)生的強磁場嚴(yán)重影響無人機磁羅盤性能、橋板面遮擋無人機全球定位信號、信號遮擋無法控制無人機等問題的產(chǎn)生導(dǎo)致傳統(tǒng)無人機檢測的受限發(fā)展[1]。本文將重點研究如何解決這些問題。

　　2傳統(tǒng)的橋梁檢測方式

　　2.1橋梁懸臂檢測車

　　目前為止，市場上64%的大型或特大型橋梁的底面檢測都是使用橋梁檢測車來完成作業(yè)[2]。橋梁檢測車一般以折疊臂或桁架式懸臂檢測為主。其具體有：

　�。�1）占用車道甚至需要關(guān)停橋面；

　�。�2）懸臂在超高空作業(yè)受風(fēng)力、橋面震動的影響，屬于高風(fēng)險作業(yè)；

　�。�3）懸臂架設(shè)受燈桿等上部結(jié)構(gòu)影響等缺點。

　　2.2橋底檢測通道

　　橋底檢測通道多為橋梁建設(shè)時設(shè)計建造的貼近橋梁底面及橋墩的懸掛式通道，方便后期橋梁底面檢測。但有以下缺點：

　�。�1）檢測通道受年限約束，通常在橋梁設(shè)計年限以內(nèi)，檢測通道已經(jīng)失去作用；

　�。�2）檢測通道架設(shè)在距離地面數(shù)十米的高空中，是極其危險的高空作業(yè)；

　　（3）由于通道位置不可調(diào)，檢測范圍相對固定。

　　2.3橋梁綜合檢測車

　　橋梁綜合檢測車主要依靠汽車搭載檢測設(shè)備行駛于橋面上再通過超聲波、震動等各種手段穿透橋面檢測橋梁。具有以下缺點：（1）設(shè)備穿透能力有限，遇到較厚橋面時，對橋底的檢測準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響；（2）無法實現(xiàn)對橋墩、橋柱的檢測[3]。

　　3無人機高效檢測方法

　　3.1傳統(tǒng)無人機檢測方法

　　自無人機進入工業(yè)領(lǐng)域開始就有了無人機對建筑外部的檢測使用歷史，這一點國外使用的比國內(nèi)早許多，但發(fā)展進程遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及中國。初期，無人機航測系統(tǒng)在建筑檢測中的發(fā)展初期可以理解為一種外行業(yè)技術(shù)的介入，跨行業(yè)溝通的障礙造成在作業(yè)階段中各專業(yè)人員交流困難，加大了對建筑物檢測的困難度。

　　3.1.1早期無人機檢測技術(shù)早期的無人機檢測技術(shù)中主要依靠部分小型企業(yè)的微小型直升機或多旋翼飛行器搭載基礎(chǔ)相機、攝像頭等基礎(chǔ)影像設(shè)備，由航模愛好者操作，再將拍攝的照片交付工程方或養(yǎng)護團隊作為研究基礎(chǔ)。其主要缺點是：

　�。�1）早期無人機飛行控制系統(tǒng)效率低，抗風(fēng)能力差，無法應(yīng)對復(fù)雜天氣；

　�。�2）因技術(shù)限制影像設(shè)備無云臺輔助，僅靠旋翼系統(tǒng)穩(wěn)定飛行狀況；

　�。�3）早期無人機設(shè)備操作要求及難度極高。

　　3.1.2現(xiàn)階段無人機檢測技術(shù)近年來，我國無人機行業(yè)的科學(xué)研究處于上升階段，尤其是行業(yè)無人機的發(fā)展，平均每個月就會有3架新型無人機被創(chuàng)造。航空技術(shù)的迅猛發(fā)展，解決了部分無人機行業(yè)的困難：

　�。�1）影像設(shè)備穩(wěn)定性問題，現(xiàn)階段類似大疆創(chuàng)新公司在內(nèi)的多家無人機企業(yè)都為此提供了解決方案；

　�。�2）飛行控制問題，國內(nèi)外的多家公司研制了針對各類情況的專業(yè)飛行控制器；

　　（3）人工智能的加入也讓無人機的操作要求更低。

　　3.2新型無人機檢測方法

　　本文主要研究的是一種新型無人機檢測系統(tǒng)，解決了當(dāng)今檢測行業(yè)的各類問題，為國內(nèi)橋梁檢測行業(yè)解決了大部分難題。其主要由異形檢測無人機、中繼無人機和建筑信息化模型地面站系統(tǒng)組成。

　　3.2.1異形檢測無人機新型無人機檢測中的異形檢測無人機主要承擔(dān)橋梁檢測中橋梁外部結(jié)構(gòu)檢測信息的收集。其主要為一種異形結(jié)構(gòu)無人機。其具體解決方案是：

　�。�1）在無人機前部設(shè)置2支向前的固定臂，固定臂頂端帶有滑輪、舵機等機械設(shè)備；

　�。�2）2支固定臂之間掛載影像設(shè)備，以解決傳統(tǒng)無人機無法完成的垂直面上的完全覆蓋拍攝；

　�。�3）采用八軸飛行動力系統(tǒng)，以便在橋梁附近遇到強風(fēng)時能及時修正飛機姿態(tài)；

　�。�4）在旋翼頂面及底面覆蓋防護網(wǎng)，使得無人機可以貼進橋底面拍攝。本文使用的是一種新型異型無人機搭載技術(shù)，成熟可靠性極高的大疆A3飛控其配備3套IMU和GNSS模塊，配合軟件解析余度實現(xiàn)6路冗余導(dǎo)航系統(tǒng)，雙天線測向技術(shù)使得飛行精度縮小到1cm以內(nèi)，還能提供極強的抗磁干擾能力。

　　3.2.2中繼無人機新型無人機檢測系統(tǒng)中的中繼無人機，主要承擔(dān)當(dāng)橋梁檢測里面的檢測無人機在橋梁底部丟失GPS、北斗全球定位信號、橋墩附近強測場干擾時，增強無人機全球定位信號、差分定位信號及磁羅盤校準(zhǔn)的工作。

　　3.2.3建筑信息化模型地面站系統(tǒng)新型無人機檢測系統(tǒng)中的建筑信息化模型地面站系統(tǒng)主要是基于BIM等建筑信息化模型軟件對檢測建筑進行更為全面的檢查，通過二維采集的照片合成至三維立體模型再對建筑外表面損壞情況進行分析。本文主要采用PIX4D系列軟件，其軟件配套桌面版、移動版和終端版，可用其實現(xiàn)全天候、全時段無限制快速完成對目標(biāo)建筑的檢測作業(yè)。其新版本搭載了BIM運算系統(tǒng)在傳統(tǒng)3D模型和4D模型的基礎(chǔ)上，可獨立建立目標(biāo)建筑信息化模型，也可提前導(dǎo)入目標(biāo)建筑的建筑信息化模型。其對于成像精度沒有要求，可通過1.2萬像素佳能云臺相機實現(xiàn)微米級4D成像，對于需要二次拍攝的部分也可搭載超清攝像機拍攝后重合到建筑信息化模型中。

　　4建筑信息化無人機檢測系統(tǒng)實施方案

　　飛行前將飛機航線、飛機位置坐標(biāo)最大飛行高度等數(shù)據(jù)輸入PIX4D手機終端，并設(shè)置無人機相機拍照間隔時間、光圈度等相機設(shè)置。將異形檢測無人機放飛至任務(wù)空域其自動完成任務(wù)作業(yè)，對于橋梁特殊部位的檢測，如橋底面、橋墩減震器等位置時，使用中繼無人機在開闊處向異形檢測無人機投射全球定位信號、磁羅盤信號等輔助控制檢測無人機。任務(wù)完成后將作業(yè)照片實時導(dǎo)入移動終端，PIX4D移動端軟件可實時運算出目標(biāo)建筑的信息化模型。當(dāng)詳細(xì)檢測橋墩時可使無人機搭載超聲波等檢測儀器，使無人機前的固定臂置于橋墩兩側(cè)以限制無人機俯仰動作即可起到穩(wěn)定無人機的作用。當(dāng)詳細(xì)檢測橋底面、橋面減震器等靠近地面的設(shè)備時，將檢測設(shè)備、照明燈等懸掛于無人機機體上，使無人機靠近橋底與橋墩銜接處，再將固定臂前端伸入縫隙中通過舵機對縫隙施加壓力以使得無人機懸空固定于橋墩處。

　　5結(jié)語

　　新型異形無人機檢測系統(tǒng)解決了當(dāng)今橋梁檢測行業(yè)所面臨的難題，并針對橋梁減震器、橋底面等特殊構(gòu)件檢測做了優(yōu)化。建筑信息化模型加入后可以有效降低橋梁檢測時的人力和時間成本，極大地提高橋梁檢測的效率，降低橋梁檢測工作人員的要求程度。

　　【參考文獻】

　　【1】高晨.PDA在橋梁檢測中的應(yīng)用分析[J].建設(shè)科技,2017(10):105.

　　【2】崔東順.可見光航拍圖像水上橋梁檢測算法研究[D].北京:北京理工大學(xué),2015.

　　【3】盧玉韜.基于BIM的無人機橋梁檢測實施方案研究[J].土木建筑工程信息技術(shù),2017,9(2):73-77.

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