無人機在橋梁日常檢查中的應用

秦 勇

(山西交通控股集團有限公司太舊高速公路分公司，山西 陽泉 045000)

隨著我國經濟的高速發展，近幾年，道路和橋梁建設事業也突飛猛進，截止到2019年6月，我國公路通車里程485萬km，公路橋梁80余萬座。公路橋梁的穩定性及質量在公路運營中起到了至關重要的作用[1]，能有效的保證公路的正常通行。隨著經濟的進一步發展，大型運載貨車、大型成品運輸等也越來越多，車輛荷載、自然風化、雨水侵蝕和橋梁結構部件的疲勞效應，將會導致橋梁技術狀況等級的降低[2]。目前，橋梁結構形式多樣，所處環境復雜，多以人工檢測為主，存在檢查盲區、可操作性難以及檢測效率低等問題，而應用無人機進行輔助檢測[3]，能夠在很大程度上提高檢測質量，確保將病害處治在早初期階段，保證橋梁的使用壽命，為后期工程實踐提供一定的指導意義。

1 橋梁檢查的重要性

近幾年，部分橋梁出現了垮塌事故，導致人民生命財產受到損失，為了防止類似事情的發生，必須加強對橋梁的日常檢查力度。通過檢查，及時發現橋梁病害，為橋梁的維修加固提供科學依據，以適時采用相應的處治方法，延長橋梁的使用壽命，提高承載能力，確保橋梁的安全運行。

2 傳統橋梁檢查的方式

橋梁的檢查主要是對其外觀和結構進行檢查評定，結構檢查主要依靠專業的檢查機構、專業的檢查工具進行一系列的物理力學檢測。外觀檢查主要是靠肉眼，進行一些外觀的觀察，比如梁體的裂縫，混凝土破損、露筋、支座脫空等等。傳統的檢查方法在遇到一些大跨度、特殊結構以及凈高較高的橋梁時，檢查效果較差，就算借助望遠鏡也難以完成，人工攀爬、危險性也較高。只能依靠定期的專業橋梁檢測發現問題，解決問題，造成周期長，成本高，不能滿足橋梁常態化的日常檢查要求。隨著公路養護里程和養護等級的不斷提高，傳統的人工檢查方法不能有效的完成檢查工作，也無法按照《公路橋涵養護規范》要求的檢查項目完成檢查工作，存在定性不定量、漏檢、缺檢等現象，無法及時發現橋梁病害[4]。

3 無人機在橋梁檢查中的應用

3.1 引入無人機

在橋梁的日常檢查中，特別是一些大橋、特大橋就可以使用無人機掛載高清攝像機的方式，對橋梁結構進行檢查工作，利用高清攝像，發現橋梁的細微病害，及時進行相應處治，以確保橋梁技術狀況水平。隨著科技的發展，無人機的性能也越來越高，成本也在逐漸降低。無人機的能動性、靈活性以及可操作性都較傳統的人工檢查有很大的優勢，因此引入無人機運用在橋梁日常檢查中，及時發現病害，執行處治方案，延長橋梁的使用壽命，使整個橋梁維護工作降低投入成本和提高工作效率，橋梁也能夠得到及時的養護。

無人機能利用GPS定點懸停觀察取樣，利用高精度攝像鏡頭實時畫面傳輸，與傳統的檢查方式相比有快捷，機動，精度高等較強的優勢，使用成本也低于橋梁檢測車的費用，只要搭配合理高精度的鏡頭，對病害部分進行定期、定點數據采集，取得可靠的檢查數據，建立病害數據庫，可進行反復的分析、比對為后期方案的確定提供可靠的依據，見圖1。

3.2 無人機的檢查原理

無人機檢查主要由無人機、拍攝鏡頭、地面站系統、數據傳輸系統、儲存系統等組成。一般采用多旋翼無人機，應用地面站系統，進行橋梁的軌跡巡查，利用鏡頭系統，進行定點拍攝、儲存，可數據傳輸也可移動式傳輸，后期通過專業技術人員進行照片的處理，以發現和觀察病害，確定病害的程度。

對于傳統的橋梁檢查方法，無人機檢查有以下幾個優點：1)可檢查范圍大，只要有一定的飛行空間，即可進行相應的圖片采集，基本可實現無死角檢查；2)檢查效率高，利用無人機機動性強、連續性好的優勢，可快速地進行數據采集，并可根據檢查需求，掛載相應的高清攝像頭，進行重點部位的跟蹤檢查，也可以將檢查的實時情況傳輸到終端，還可定點、點航線進行自動數據采集工作，減少人為干擾，達到檢查效果；3)檢查成本不高，無人機價格便宜，加上高清攝像頭的費用，長期下來較橋梁檢查車費用較低，可降低檢查費用。

4 無人機檢查實例

4.1 基本概況

山底大橋位于京昆高速山西平定至陽曲段K366+815處，橋梁全長728 m，橋面全寬33.5 m，上部為18孔預應力混凝土40 m連續T型梁，橋下凈高65 m，下部構造為多墩柱、樁基礎。

4.2 無人機使用情況

針對本橋的特點，日常檢查主要有T梁外觀裂縫檢查、露筋、銹蝕、支座變形、脫空等，由于本橋凈高較高，選取第18跨梁體檢查作為演示點。

為了確保無人機的檢查結果，我們在梁體底部進行了編碼，通過編碼來確定病害位置。按照《公路橋涵養護規范》，每月進行經常性檢查工作，在每個編碼的“前、中、后”三段進行圖片拍攝(見圖2)，形成圖片數據庫，為以后的病害處治提供信息。

4.3 無人機的使用優缺點

優點：使用方便、操作靈活、拍攝精度高、可以形成數據庫；缺點：圖片處理依靠人工完成，精確度較低，處理速度慢。

5 橋梁檢查方法對比

隨著無人機技術的發展，無人機檢查技術作為一種新技術正在逐步應用在各個領域里。其成本低，效率高的優勢，彌補了傳統橋梁檢查數據采集技術的不足和需求，提高了公路養護數據采集作業的效率和精度，在傳統檢查方法困難部位，提高了檢查人員的安全保障系數。

按照《公路橋涵養護規范》，橋梁檢查分為經常性檢查，定期檢查和特殊檢查，傳統的經常性檢查主要依靠人工完成，現將幾種檢查方式進行分析對比，見表1。

由表1可以看出，無論是傳統的檢查方法還是無人機檢查方法，各有優缺點，現普遍采用常規的檢查方法，橋梁日常檢查長期存在檢查死角，隨著無人機檢查技術的進一步發展，如果采用傳統與無人機檢查相結合的方式進行，可彌補傳統檢查的不足和短板，進而提高了檢查效率和質量，有效的保證了橋梁的安全運行。

表1 橋梁檢查方法對比表

6 結語

無人機檢查技術可以彌補傳統檢查方法的不足之處，解決了傳統人工檢查的死角問題，但也存在許多不足：1)天氣影響較大，無人機質量小，受氣流影響較大，在天氣差的環境采集到的數據會出現相片偏角大，機位不容易控制的情況；2)前期工作量較大，必須進行梁片標識，以準確定位病害位置，存在大量的前期工作；3)照片處理工作量較大，采用的“前、中、后”三段拍攝方式，產生大量的照片，后期大量數據的處理，人工工作量大，存在對比差異性等問題，但是其優點也較為明顯，形成了病害照片數據庫，做到數據可追溯，可為橋梁后期的處治方案提供數據支持。無人機技術隨著硬件性能的提高和相應軟件技術的開發，逐步減少前期工作量和后期對比工作強度，提高病害判別精確度。對于公路的高邊坡、長大橋梁、高路基等特殊構造物的日常巡查和養護工作存在較大的困難，而無人機技術的應用中可以快速緩解技術人員和設備不足的情況。目前公路的高邊坡、橋梁墩臺等構造物動輒幾十米，高則上百米，依靠傳統人工檢查很難完成。隨著無人機技術的發展和橋梁檢查的迫切需求，相信不久的將來，無人機檢查技術會從定性到定量的領域發展，更加滿足公路養護管理工作的需求。