无人机在公路应急抢险及桥梁日常巡检中的应用

石浩

摘要：为了加强公路桥梁工程施工质量，针对项目应急抢险与日常巡检工作中无人机的应用展开介绍。首先阐述无人机结构与巡检观测技术，随后分析其在公路抢险保障中的使用，明确期间存在的优缺点，其次介绍在公路桥梁日常养护检测环节中的运用，掌握无人机操作要点，提出优化建议，充分发挥无人机设备的优势，获取施工现场影像数据，绘制清晰度高的图纸，以期能够为今后公路桥梁工程应急事故解决、巡检工作提供参考。

关键词：无人机;公路;应急抢险;日常巡检

近几年无人机在各行各业中应用相当广泛，它具有轻便、快速、灵活、视野宽阔等性能，所以在公路突发自然灾害的应急抢险保畅、公路桥梁日常养护检测中作用突出。甘肃省平凉公路局应急抢险保障中心在近两年的日常工作中，通过无人机在公路自然灾害抢险保障和桥梁日常养护检测等方面的应用，现对其在公路应急抢险及桥梁日常巡检中的优缺点进行剖析论述。

1. 无人机结构

公路桥梁工程施工过程中需要进行应急调度和指挥调度，考虑到这两项工作的需求，一旦施工现场有事故发生，务必要及时展开生命救援。因为现场道路堵塞等诸多原因，道路巡查不能保证及时性，会导致应急调度期间无法结合施工现场情况做出正确的判断，不仅浪费资金，还会威胁到现场所有施工人员的人身安全。所以，无人机在公路应急抢险及桥梁日常巡检中的应用非常必要，既能够缩短施工现场勘查工作花费的时间，又可以不断提升相关工作效率。

在公路桥梁工程中应用无人机，需要创建巡查系统，该系统中包括诸多装置，如摄像头装置、测距传感器、电机调速装置、导航装置、通信装置，由总控制中心负责监督、管理系统[8]。第一，摄像头装置。摄像头装置中有摄缘装置、实时录像装置、实时记录装置、图像智能处理装置，摄像头类型选择红外摄像头，支持夜间与能见度低的环境下依然可以正常监测;第二，测距传感器。该装置在实际应用期间往往会通过超声波测距离传感器，安装方法和摄像头相同，将其放置在无人机前、后、左、右、上、下六个位置;第三，电机调速装置。无人机要想达到无障碍飞行，电机调速装置必不可少，利用电机调速装置控制控制器传输脉冲频率信号，从而达到无级调速的效果;第四，导航装置。使用GPS导航无人机飞行器，一般要将GPS导航在航线中固定，才能够达到理想的飞行效果;第五，通信装置。无人机巡查系统中采用无线通信模式，内部设置GMS模块，负责远距离传输信息，控制器则要选择ARM处理器，该处理器中有嵌入系统。

考虑到公路桥梁工程应急调度指挥工作需求，应用无人机进行应急调度指挥，系统内部的裝置结构要具有简洁性。施工现场的车辆停放位置，要与事故发生区域有一定距离，车辆内部搭建临时指挥中心，车顶则可以负责承载无人机。以上所属五种无人机内部装置，需要全部安装在机身的上方，个别构件要结合需求安装在无人机的内部，操控人员使用计算机接收无人机在现场观测得到的信息，及时传递给救援人员，发现公路桥梁工程施工中潜在的安全隐患。

2.无人机巡检观测技术

第一，摄像技术。无人机的运行依靠航空摄影系统，该系统能够同时执行多个任务负载。开始应用无人机之前需要展开测试，保证无人机运行的稳定性，随后再由运营商控制无人机在施工现场的飞行，通过观测获得清晰的图片与信息。技术人员获得图片数据之后进行处理、分析，绘制公路桥梁工程的地形图，保证地形图高精度与比例，为公路应急抢险及桥梁日常巡检提供参考;第二，飞行控制技术。通过地面控制系统传递数据链路控制影像，由检查员观察了解施工现场的实际情况。随后可以使用GPS自主导航线对无人机的飞行进行控制，确保其能够在无人驾驶的情况下自动巡查;第三，稳定飞行技术。公路应急抢险与桥梁日常巡检过程中为了保证无人机能够稳定飞行，需要使用稳定飞行技术，利用具有红外热成像功能的摄像机与自动控制摄像机等装备，获取施工现场影像。

3.在公路应急抢险保障中的应用

在发生较大自然灾害（如：地震、滑坡、水毁、泥石流、冰雪灾害等）时，需要各方救援力量、大型救援设备深入重灾区展开救援时，公路就是连接人民群众的生命线，必须先行抢通。在对道路堵塞、塌方等情况清理时，首先要对堵塞、塌方体进行观测，确定其体积数量、周围地质等情况，以防在清通过程中发生次生灾害，对现场情况及时有效的掌握，应急指挥人员才能准确判断出，该组织多少应急力量、该如何选择抢通路线，无人机就可以提供所需数据，让应急抢险做到最快、最高效。

3.1 优点

3.1.1准备时间短，不受地形限制

无人机的个头小巧、比较轻便，不用花费多少力气就可以将其带至现场，5分钟之内就可以组装完成，它对起飞的场地的条件要求也小，很适合在复杂地形下进行起飞观测，如图1所示。

3.1.2飞行距离远，观测范围广

一般无人机的飞行半径可以达到3公里，飞行高度可以达到300米，视野开阔、观测范围大，对道路阻断现场及周围的情况可以一览无余，并将影像资料实时传回给现场指挥人员[1]。

3.1.3角度不受限制，观测效率高

无人机对阻塞路段的观测比人工节省了较多的时间，人工在观测时往往受地形影响，无法快速到达最佳观测点，也因地形影响不能做到全方位观测，还存在非常大的风险[2]。无人机可以在高空中多角度、多断面对阻塞路段进行观测，也可以贴近危险区近距离观测，既节省时间提高了效率、又降低了伤亡的风险[3]。

3.1.4高科技应用，提供数据支持

无人机上还可以搭载红外测量仪、热成像仪等先进设备。测量仪器可以对阻塞、塌方体进行测量，第一时间计算出体量，给应急抢通保畅提供有效数据支持，为应急救援争取时间;热成像仪通过对塌方体进行扫描，可以确定是否有被困人员，进行及时营救，成像如图2所示。

3.2 缺点

在近两年的实际应用中，它的缺点也随之显现出来了：

3.2.1抗风性较弱

在发生自然灾害发生时，往往天气状况也比较恶劣，在恶劣天气条件下无人机的效能就无法有效凸显，体积较小的无人机在抗风性较差，在强风天气下无法有效完成任务[4]。建议在遭遇强风的前提下，将飞行器高度降低，并以手动的方式降落飞行器到安全地点。

3.2.2对天气条件要求高

甘肃陇东片区的山岭重丘区，在降雨天多数伴随有大雾出现，在大雾天无人机的影像拍摄就会大打折扣，无人机自身的安全性也得不到保障。所以，操作人员需要提前判断天气情况，如果能见度不足0.5英里，不建议无人机飞行。

3.2.3续航能力差

普通民用无人机的动力大多靠电池提供（也有燃料动力的无人机，但体型较大，主要是价格太高），每节电池的持续飞行能力大都在半小时之内，留空时间较短。针对这一问题，首先需要找到待机时间长、耐用性能好的电池能源，或者对无人机结构进行优化，降低能源消耗。

4在公路桥梁日常养护检测中的应用

通过对G70线福银高速泾河特大桥、S202线（新G244）线长庆桥石拱桥的日常养护检测的使用，无人机的性能也发挥不错，大部分桥梁都是涉水桥梁，且净空较高，在对梁体的日常养护检测中，人工和普通机械无法到达，专用桥梁检测车的普及率太低，各公路养护单位几乎都没有，无人机的使用可以填补这方面的空缺。

4.1 优点

4.1.1受环境限制小

无人机可以利用空中悬停的性能对桥梁进行外观和局部的检测，代替人工在高空和有水流的桥下观测，降低了安全风险[5]。

4.1.2操作简便，节省费用

无人机轻巧便携，养护人员在公路设施日常的养护巡查中可随车携带，对需要观测的桥梁设施随时起飞无人机进行观测，相对大型检测车来说：便捷、成本小，在平常的巡查检测中日积月累下来，也是一笔不小的费用[6]。

4.1.3影像资料存储方便

无人机在观测的过程中实时进行录像，并将观测的影像资料随时存储，检测人员只需要将影像资料下载整理保存即可，原来的检测资料大部分是图片资料，无人机检测既有影像资料、也有图片资料，能更直观的反映检测过程和結果，观测所得影像图片如图3所示。

4.2 缺点

4.2.1受信号影响大

无人机通过GPS信号定位，在进入桥梁底部时因接收不到信号，会自动飞离检测点寻找GPS信号，不能精准定位，对特大型桥梁梁底的局部细节观测不到位。建议采用增强与干扰抑制技术，优化无人机的导航信号。

4.2.2缺少自动避险功能

这个缺点只是相对一部分无人机来说，有些无人机是具备自动避险功能的，缺少自动避险功能的无人机在桥梁检测中因远距离的操作，人工无法掌握无人机离物体的距离，就会导致无人机和被检测物体相撞，做成损毁[7]。无人机远距离操作如图4所示。针对这一问题，建议全面更换所有不具备自动避险功能的无人机，以免在飞行过程中无法自动规避风险，而导致设备损毁。

5.结论

综上所述，无人机作为新兴的观测工具，在公路应急抢险保障和公路设施巡查检测中的作用还是很大的，虽然存在一定缺点，但是在科技不断创新下，像续航能力、自动避险这些问题已经得到了完善和解决，燃料动力的大中型无人机在抗风性方面也有所进步，其他弱点也会随着科技的进步不断完善。随着无人机设备的普及以及相关功能的完善，今后无人机将会在公路应急抢险保障和公路设施巡查检测中大展身手，为我省公路应急抢险和日常养护提供快速高效的技术支持及信息化保障，推进公路养护管理信息化、科技化进程。

参考文献：

[1]方留杨，陈华斌，吴晓南，许鹏，方绍兵.基于无人机三维建模技术的桥梁检测方法研究[J].中外公路，2019，39（01）：109-113.

[2]张敏.浅析公路测量测绘工程中如何结合新型技术[J].智能城市，2019，5（03）：38-39.

[3]马昭，赵初晴，许杰，金冬雷，赵佳辉.垂直起降固定翼无人机在高速公路管养中的应用[J].机电一体化，2018，24（06）：41-44+56.

[4]厉狄龙，沈剑，毛江鸿，龚园军，陆飞，吴凯，俞凯奇.无人机在沿海腐蚀环境桥梁病害巡检中的应用[J].低温建筑技术，2018，40（03）：128-130+137.

[5]王强，李红中.无人机的特点及其在公路工程建管养领域中的应用研究[J].广东公路交通，2018，44（01）：11-19.

[6]何建明，沈剑，郑博宇，毛江鸿，俞凯奇.混凝土高桥墩裂缝的无人机检测飞行策略与试验研究[J].公路交通科技（应用技术版），2018，14（01）：193-195.

[7]邹露鹏，范钟倩.微型无人机在公路桥梁养护检测工程中的应用[J].公路，2017，62（07）：172-175.

[8]雷伟刚，潘屹峰，祖为国.虚拟现实技术在高速公路资产管理中的应用[J].电力勘测设计，2017（S1）：193-197.