无人飞机在广西桥梁检测中的应用发展

林 建

(平乐县公路货运服务站,广西 平乐 542499)

1 概述

21世纪无人机技术的发展及低空领域的民用化，使得微型无人机、智能无人机以及中小微无人机在影视传媒、商业航拍、现代物流和城市规划、智能交通、警务通勤、应急救灾、地质水电、农林渔牧等领域得到了广泛应用，目前国内无人机民用已在公共安全、应急搜救、农林、环保、交通、电力、气象、影视航拍等多个领域逐渐铺开[1-7]。

无人机研发领域，国内大疆创新、中航华东光电、一电科技等具备研发设计总装集成能力，在飞控、航拍领域居国内前列；广西境内南宁市界围工程咨询有限公司基于SOA架构的地理设计平台应用无人机航飞数据后处理软件的开发应用处于区内领先水平。

广西大江大河山多桥多，境内有上千座桥，按照《公路桥梁养护规范》(JTG/H 11—2004)，经常性检查每月至少要一次，定期检查每三年要进行一次，检查频率高，任务量重。传统的检查手段主要依靠肉眼和辅助工具(无望远镜，桥梁检车等)，检测手段存在局限性，检测盲区大，危险系数高，且耗时耗力，成本高，近期不少省份开始研究无人飞机在桥梁检测中的辅助性检测应用，在很大程度上解决上述难题。

2 传统检测手段的局限性

桥梁在建成通车后，由于受到气候、氧化、腐蚀或老化等因素，在长期静载、活载作用下遭受损坏，其强度和刚度会随时间的增加而降低。这不仅会影响安全行车，更会使桥梁使用寿命缩短而不能完全产生其预期的经济效益。据此，对桥梁进行全面的外观技术状态、根据实测的结构尺寸、构造检测结果，进一步完善桥梁资料，评估桥梁结构安全耐久性能、正常使用性能评估，建议养护、维修或改造措施，以确保桥梁在设计使用期限内处于一个良好的运营状态。

桥梁外观检查主要指对上部结构、下部结构和附属构造物全面检查，分析主要病害原因及对桥梁运营的影响，为桥梁的病害处理，提供决策依据；主要检测桥梁构件有无破损、开裂、变形、渗水、露筋锈蚀、退化、淤塞积水等现象。首先对桥梁外观情况进行近距离(抵近)的目测检测，再对病害部位及范围进行量测、记录、拍照等。桥梁长度、桥跨跨度、桥面宽度、车行道宽等采用钢卷尺测量复核，上部结构、下部结构构件截面尺寸采用钢卷尺检测复核，其余结构形式、结构材料等以目测观察，拍摄相片为主，近距离(抵近)的目测检测，主要工具有人字梯、脚手架、桥梁检测车等，如图1～图3所示。

上述是常见的检测措施，其各有优缺点，如表1所示。

表1 常规检测手段一览表

传统检测手段尽管很多，但都无法达到桥梁的任何区域，比如说100 m以上的高塔、桁架桥梁，而且安全风险系数大，检测周期长，耗工耗时，平均每座桥要7 d左右时间，目前广西境内有几千座桥，若把所有桥梁全部连续检测完，大概需要30年～50年时间，这个周期对管理是不利的，因此高效率的无人飞机辅助检测替代传统检测是未来趋势之一。

3 无人飞机检测原理及应用

20世纪20年代，技术的进步和战争为无人飞机的诞生创造了条件，第一架无人飞机20世纪30年代英国的蜂后无人飞机，在英国皇家空军和陆军服务；我国第一架无人飞机“长空一号”诞生于1966年，从此我国无人飞机获得了长足发展。20世纪80年代，国外就开始将无人飞行器应用于测绘工程，此时的无人飞行器通过遥控操作来进行航摄作业，测绘型无人飞机成本不高，操作性强，可以随时随地起飞和降落，不需要太多的准备时间，并能适应不同的地形、天气条件，是现阶段进行低空航空摄影的绝佳手段，并获得越来越多工程单位的应用，例如影视航拍、农业值保、海上监测与救援、环境保护、电力巡线、渔业监管、消防、城市规划与管理、气象监测、交通监管、地图测绘、国土监察、桥梁检测等。

无人机种类繁多，有固定翼无人机、伞翼无人机、扑翼无人机、变翼无人机、旋翼无人机等，多旋翼无人机构造精简、易于维护、操作简单、稳定性高且携带方便，被广泛应用于土木工程中，其一般由遥控系统、飞行控制系统、数据采集系统组成。在桥梁日常检测中，无人飞机挂载高清摄像机、高灵敏度传感器等对整个桥梁结构进行观测检查，可及时发现细微病害，效率大幅度提高，使整个桥梁检测人力及物力投入成本大幅度削减，无人机桥梁检测与传统检测手段相比，无人机借助空中优势，具备以下特点：

1)无人机进行桥梁外业检查，无需封闭桥面交通，搭载夜视传感器设备，白天夜间均可有效检查，工作效率高。

2)对于高墩、高塔、拉索、大跨度桥梁，危险系数高的构件，安放无线传感器后，收集相应的力学数据，加上无人机可近距离观测，即使是0.1 mm的裂缝也能识别，数据可靠性得到极大提高，且无需搭设其他辅助设备，提高了检测人员的安全性。

3)无人机配备两名检测人员即可完成外业检测，然后将数据传输给系统分析处理，人力投入成本低大幅度削减。

4)随着无人机技术的成熟，安全飞机知识的普及，以及价格低廉，相比昂贵的桥梁检车，各管养部门配置无人飞机的可行性更大，今后桥梁日常巡查可随时进行，尤其在抢险应急检查方面更具有优势。

无人飞机桥梁检测线路可全自动控制和人工控制，通过对视频图像数据进行自动分析处理，确定所检测的构件病害类型、范围及严重程度，根据检测结果以及外观检测报告要求，按照工程概况、检测目的及依据、仪器设备及人员、桥梁构件编号划分、外观检测图像处理结果、无损检测、病害原因分析、技术状况评估、维修建议等编制模版，可自动生成报告，实现无人飞机、计算机技术、摄像技术、传感器技术等高新科技的有效结合。

4 典型案例分析

广西某大桥始建于1995年10月，横跨郁江，该桥桥跨由引桥(19 m×16 m箱梁)+主桥(1×60+3×100+1×60桁架桥)+引桥(3×16 T梁)组合而成的。桥梁分上承式机动车道，下承式非机动车道，全长为785.50 m，桥面总宽为9 m。由于桥面分上下两层，主要为桁架桥，构件密集，跨越大江，大部分构件桥梁检测车无法抵达，经决定采用无人机飞行检测，通过高清摄像头拍摄经过图片分析后，评估整个桥梁结构的病害，其检测病害如图4～图8所示。

由于该桥结构特殊，桥梁检测车等无法到达大部分构件，无人飞机检测解决了历年来困扰检测人员的难题， 发现了过去不能抵达的病害，缩小了检测周期，提高了工作效率，获得了委托方及社会的高度认可。

5 结语

通过以上分析可知，基于无人机平台检测桥梁具有以下三点优势：

1)将无人飞机、高清摄影技术、计算机技术及无线互联网技术有机结合，为检测人员提供了一种新的思维方式及检测方法。 2)无人飞机通过数据传输系统，采用自动识别病害技术，自动编制检测报告，可有效提供检测内业工作量。3)无人机利用高空飞行优势，可达到桥梁任何构件，检测数据可靠，安全性高。综合所述，无人飞机在桥梁检测中的应用将会获得技术人员的认可，无人飞机自动化检测是未来检测发展的趋势之一。