无人机在桥梁巡检中的优势与发展方向

程琳

摘要：城市桥梁作为城市交通设施组成部分，城市桥梁质量的好坏往往影响着整座城市的运营安全和质量。对桥梁进行经常性的检查、检测、进而确定维修养护方案是十分必要的，桥梁的检查与检测是桥梁养护工作的两个重要环节，也是桥梁养护的基础工作。所以我国《城市桥梁养护技术规范》中规定必须对桥梁进行检查。本文将旋翼直升无人机引入桥梁日常巡检中，简要阐述了无人机在城市桥梁经常性检查工作的优势及方向，以供探讨。

关键字：桥梁、检查、检测、无人机

随着中国经济的快速发展城市化进程的不断加快，我国的桥梁建设取得了快速发展，大量的新型桥梁不断涌现，桥梁数量不断增加。例如哈尔滨上个世纪末城市桥梁数量142座，面积28.76万㎡，截止到2014年已建成的城市橋梁就达到350座，面积282.5万㎡。按照《城市桥梁养护技术规范》要求日常巡检及桥梁预防性养护的工作量成倍增长。工作强度、难度、危险性也大幅度提高，例如斜拉桥、悬索桥、高墩桥台等新型桥梁带来的检测项目、检测频率、作业高度的增加。都对城市桥梁的日常巡检工作提出了新的要求。

传统的桥梁巡检工作需配备2-3名具有一定桥梁专业技术知识、病害分析能力和照相技术，身体健康的工作人员。配备钢直尺、卷尺、放大镜、望远镜、手电筒、记号笔、数码相机等设备。遇到大中型桥梁或跨河桥等需安排专业车辆船舶等（如举升车、桁架车、皮划艇、机动船）和专业的设备操作人员若干名。

而配备照相设备、激光测距设备、照明设备、喷涂剂的旋翼直升无人机，只需一名操作员，一名辅助工作人员，一台运输车辆，即可完成7-8人的工作量。旋翼直升无人机无需专门的场地，准备时间短在10分钟以内及可组装调试完成起飞准备。较大型专业设备有很大优势大大缩短了工作时间，平均每片梁板检查时间缩短5～10分钟。旋翼直升无人机无需封闭或部分封闭作业面，解决了城市快速路上检查车辆长时间占用行车道影响通行的问题，保证了通行安全。特别是在斜拉桥、悬索桥的索具、索塔、高墩立交桥墩柱的外观检查中举升车、桁架车无法到达的位置（如水面、冰面）有着特别的优势，减少了高空作业。大大提高了工作效率，降低了工作强度。旋翼直升无人机利用自身独特的空中检测角度优势，驻点多角度、无死角地静止拍摄，能使巡检数据资料更加完整。

一、桥面系的检查

城市桥梁桥面系主要为沥青混凝土材料，沥青桥面主要病害有纵、横向裂缝、坑槽、车辙、拥抱、沉陷等。无人机通过三轴电子陀螺、三轴加速度计、高精度数字气压计、精密电子罗盘、 GPS 天线及模块等各种传感器。定位在距桥面高度10m上空，飞行速度控制在每秒5米，通过双摄像头延桥梁中线对桥面系进行图像采集。巡检能力可见光成像质量在距离不小于10m处清晰分辨销钉级目标，而且具备遥控手动/自动对焦功能；并在一次巡检完成后自动记录轨迹，实现自主飞行自主采集。

二、桥梁上部结构的检查

桥梁上部结构是桥梁的主要承重构件，它由梁、板等组成。其病害主要表现为表面裂缝、蜂窝、麻面、空洞、露筋、剥落、游离石灰、缝隙夹层等。无人机巡检主要是利用激光测距仪控制梁底板与图像采集设备的距离等距等比采集图像，对问题区域进行喷涂标识。其识别精度能达到亚毫米级。如果结合城市桥梁GIS系统的支持可以对实现无人操作自动采集数据，自动回传图像，自动识别缺陷区域

三、桥梁墩台的检查

桥梁墩台的检查主要是检查墩台变位（沉降、位移、倾斜）。利用无人机携带的GPS、激光测距传感器结合在桥梁两端布设国家级永久水准点，观测墩台上埋置的水准观测点。得出位移数据与桥梁竣工数据相比较判断墩台位移趋势。该方法可以节省大量桥梁预设传感器的安装，节约开支及传感器的日常维护工作。墩柱垂直度的检测还可以采用无人机搭载垂直度检测仪的方法，对比竣工图文件等，确认结构基本尺寸是否正确和满足设计要求，取得的数据更加快速直观。

四、支座的检查

在日常巡检中，受条件限制，大部分的桥梁支座不易检查，只能根据经验确定怀疑区域，待有条件时再进行部件的详细检查。通过旋翼直升无人机可以通过柔性摄像头的伸缩及补光设备对桥梁支座进行如下的检查：

1）简易垫层支座的油毡是否老化破裂；

2）钢板滑动支座和弧形支座是否干涩、锈蚀；

3）摆式支座各部分相对位置是否正确，受力是否均匀，钢筋混凝土立柱是否损坏；

4）橡胶支座是否老化、变形，位置是否正确；

5）滑动钢盆橡胶支座的固定螺栓有无剪断破坏，螺母有无松动；

6）活动支座是否灵活，实际位移是否正确；

7）是否有对于滑动面、滚动面夹杂尘埃和异物，以及防水装置和排水装置等的缺陷而产生的漏水、溢水等。

五、桥梁栏杆护栏病害有破损、露筋、裂缝、栏杆锈蚀等在日常巡检中人工描述描述位置不具体，对栏杆外侧的观察不便、不到位。而无人机可以延桥梁外侧飞行对桥梁栏杆护栏进行全方位的观察，利用高度优势与空间优势取景定位，并可结合城市桥梁GIS系统对位置精确到厘米，方便估算破损大小（以体积计）、露筋的大小（以面积计），裂缝的长、宽、走向，栏杆锈蚀到具体位置和长度。为下一步维修养护提供切实有效地数据。

六、桥梁基础的检查

对于墩台基础的检查，主要指墩台基础的冲刷情况和缺陷情况的检查。可以利用无人机携带水下摄像机，在桥墩附近进行吊放，特别是在低水位以下，冻结线以上或冲刷线附近作业具有定位准确、悬停能力强不易受水流干扰。通过水下摄像机实施近距离观察基础或墩身产生的环带状腐蚀，基础周围表面松散、空洞等。

旋翼直升无人机在城市桥梁日常巡检中主要优点体现在：

1、检测速度快、安全系数高，布置灵活；

2、体积小，重量轻、携带方便，能对突发事件快速布置快速侦测；

3、对交通影响小；

4、携带仪器设备多样化。

5、费用低，巡视检查费用仅为桥检车的20%。

在对城市桥梁进行养护管理时，无人机的应用对完善城市桥梁日常检查工作，不失是一种防微杜渐的好方法。

参考文献：

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