橋梁外觀病害輕便式檢測系統的設計與應用

許友山 趙啟林 彭志勇

(1.溫州市交通工程試驗檢測有限公司，浙江 溫州 325000； 2.南京工業大學機械與動力工程學院，江蘇 南京 211816)

0 引言

公路橋梁在運營過程中，因車輛超載和環境因素等作用會導致橋梁使用性能衰退、結構安全與耐久性降低，造成橋梁適應性不足，甚至出現橋毀人亡事故[1]。目前的橋梁檢測的主要方式是通過檢測人員搭載橋檢車等高空作業平臺抵近橋梁待測部位并輔以測量工具檢測病害，工作量較大，檢測效率也相對較低[4]。大部分的桁架橋檢車工作臺長度不超過16 m，對于箱型梁來說，梁底板及外側腹板1 m左右的位置屬于易檢查區域，檢查人員可近距離肉眼觀察，而外側翼板及腹板較高位置屬于難檢查區域，需要反復移動橋檢車的工作臺才能完成檢查，內側翼板及腹板屬于無法檢查區域，通過橋檢車基本無法完成近距離檢查的要求(如圖1所示)。對于變截面連續箱梁的箱內檢測來說，腹板高度從跨中合龍段往0號塊方向呈遞增趨勢，接近合龍段的幾個塊段腹板高度不高，檢查人員可較方便的通過肉眼觀察頂板及腹板外觀情況，而頂板及腹板較高區域往往需要搭設腳手架或爬梯才能滿足近距離檢查的要求(如圖2所示)。可以看出，傳統的橋檢作業質量高度依賴檢測人員的技能與經驗，然而長時間的肉眼觀察會加劇檢測人員的疲勞，導致易出現漏檢、誤檢病害的現象。

本文提出了在橋檢車或導軌上搭載圖像采集系統進行橋梁外觀病害檢測的方法[6]，即通過在橋檢車上或箱內底板上設置可臨時拼裝的簡易導軌，并在導軌上安裝高清數碼相機及測距模塊；而后在橋檢車沿橋梁縱向行走或導軌移動過程中，該系統可以對橋梁底部底板、腹板與翼板以及箱內頂板、腹板等進行全方位圖像采集，從而可以實現橋梁外觀病害更快速、更全面、更客觀的檢測。

1 橋梁外觀病害輕便式檢測系統簡介

如圖3所示，橋梁外觀病害輕便式檢測系統由：1)高清數碼相機；2)LED補光燈；3)云臺；4)控制電腦；5)鋰電池組；6)支撐平臺；7)輕質復合材料軌道組成。該系統對橋梁箱外進行檢查時根據實際天氣情況決定是否需要補光，在桁架橋檢車的工作平臺上鋪設簡易軌道，橋檢車每行進一段距離并停穩后啟動系統，根據檢測部位來操縱云臺以尋找合適的拍攝角度，在軌道上行駛并采集圖像(如圖4所示)。該系統對橋梁箱內進行檢查時需要補光，在箱內地面鋪設簡易軌道，根據拍攝對象的位置來旋轉云臺調整拍攝角度，啟動系統在軌道上滑動并采集頂板或腹板圖像(如圖5所示)。

2 橋梁外觀病害輕便式檢測系統在某大橋上的應用

2.1 現場試驗

本文的檢測試驗對象為對某變截面連續梁橋的某段箱梁，目標病害為裂縫。使用該系統對箱外部分進行檢測時，橋檢車每前進一段距離并將工作平臺平穩地架設在底板下方約2 m處后，啟動該系統采用人工調焦，自動對焦，遙控拍攝的方式采集圖像。進行箱內檢測時，垂直于行車方向鋪設軌道，啟動該系統采用人工調焦，自動對焦，遙控拍攝的方式采集圖像。試驗人員記錄采集到的圖像中的病害信息并使用皮尺、裂縫顯微鏡、手持激光測距儀分別測量裂縫的長度、寬度和裂縫相對于橋梁的位置等具體參數。

2.2 檢測結果對比

為了檢驗橋梁外觀病害輕便式檢測系統的使用效果，項目組將本次試驗結果與該橋近期的定檢結果進行對比(見表1)，其中1號～11號裂縫位于箱外，剩余位于箱內。可以看出，在XX號孔下行箱外存在5處裂縫漏檢問題，并且其長度寬度都較大，明顯不是新產生裂縫，這些裂縫中有2處是位于翼板處，1處離內側邊緣較近，另外2處位于跨中合龍段，由于受常規橋檢車機械臂長度的限制，這些位置都是人工檢測較難檢測的部位。XX號孔上行小樁號側半幅箱內中利用圖像的方法也檢測出了2例遺漏，這兩處由于離箱室地面較高，人工也難以發現，更直觀的對比結果如圖6所示。

表1 現場檢查病害匯總表

3 結語

為了降低傳統橋梁檢測作業中檢測人員的勞動強度，提高檢測結果的全面性和客觀性，本文提出了一種橋梁外觀病害輕便式檢測系統。對某變截面連續梁大橋的一段箱體進行檢測試驗，并對比人工檢測結果，共發現7條定檢遺漏的裂縫，驗證了使用該系統可以有效檢測到傳統的檢測盲區，檢測結果更為客觀且效率更高，以后的研究工作可以放在：

1)開發基于機器視覺的病害識別和參數測量技術，進一步提高系統的自動化、智能化程度；

2)在平臺上搭載多組相機以提高圖像采集效率；

3)提高該系統在運動過程中的減震性能。