橋梁檢測系統(tǒng)的研發(fā)與設(shè)計(jì)

黃小國

遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)研發(fā)中心（110819）

0 引言

為確保橋梁的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，就必須對橋梁開展健康安全檢測工作。橋梁檢測工作可以分為定期性檢查和特殊性檢查。現(xiàn)有的橋梁檢測裝備和技術(shù)比較單一，主要是依靠人工進(jìn)行現(xiàn)場檢查，即檢測人員采用目測或者親自到達(dá)橋梁受檢部位進(jìn)行作業(yè)的方式進(jìn)行檢查。這種方式的不足之處包括：①操作難度大，效率低；②整體性差；③危險(xiǎn)系數(shù)高；④專業(yè)之間的協(xié)同性不好，技術(shù)溝通難度大[1]。

1 設(shè)計(jì)目的

橋梁檢測主要是對橋梁的外觀和結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行檢查評定。 通常情況下，結(jié)構(gòu)性能檢查是通過一系列的力學(xué)試驗(yàn)來完成，而外觀檢查主要依靠人工現(xiàn)場檢查，檢測人員通過目測或者親自到達(dá)橋梁受檢部位進(jìn)行作業(yè)，依靠輔助工具（如橋檢車、望遠(yuǎn)鏡等）來檢測橋梁主要構(gòu)件是否出現(xiàn)裂縫、開裂破損、露筋銹蝕、支座脫空等病害。這種方式不僅效率低、難度大、危險(xiǎn)系數(shù)高，而且檢測精度不高。隨著橋梁結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，檢測工作的難度逐漸加大，現(xiàn)有的檢測技術(shù)手段暴露出越來越多的局限和不足[2]。

為解決現(xiàn)有橋梁檢測技術(shù)檢測效率低、檢測精度不高的問題，文章提供一種橋梁檢測系統(tǒng)，通過飛行器上的圖像采集裝置獲取橋梁的局部圖像信息，并通過地面控制終端將該局部圖像信息進(jìn)行處理，得到橋梁的全景圖像，檢測者能夠通過觀測全景圖像對橋梁進(jìn)行檢測，提高了橋梁檢測效率。

通過至少4 個基準(zhǔn)站接收定位衛(wèi)星發(fā)送的定位信息，并將該定位信息發(fā)送給飛控裝置；飛控裝置能夠根據(jù)該定位信息，采用預(yù)設(shè)差分算法確定飛行器的位置信息。一方面能夠提高飛行器的定位精度，保證定位的準(zhǔn)確性；另一方面，圖像采集裝置以該位置信息為位置標(biāo)示，可采集橋梁的局部圖像信息。 通過局部圖像信息便能夠確定圖像的采集位置，方便后續(xù)檢測者根據(jù)全景圖像對橋梁進(jìn)行檢測時，準(zhǔn)確地確定橋梁的受檢部位[3]。

2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

文章研發(fā)設(shè)計(jì)了一種橋梁檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：飛行器、分別與飛行器通訊連接的地面控制終端和至少4 個基準(zhǔn)站（如圖1 所示）。 飛行器包括飛控裝置和圖像采集裝置；基準(zhǔn)站用于接收定位衛(wèi)星發(fā)送的定位信息， 并將定位信息發(fā)送給飛控裝置；飛控裝置根據(jù)定位信息，采用預(yù)設(shè)差分算法確定飛行器的位置信息[4]。

圖1 檢測系統(tǒng)示意圖

飛控裝置將位置信息發(fā)送給圖像采集裝置，圖像采集裝置接收位置信息，并以位置信息為位置標(biāo)示，獲取橋梁的局部圖像信息。 圖像采集裝置還將局部圖像信息發(fā)送給地面控制終端，地面控制終端根據(jù)局部圖像信息，并采用預(yù)設(shè)圖像算法獲得橋梁的全景圖像。

預(yù)設(shè)差分算法包括RTK 載波相位差分算法，定位信息包括GPS 信息。圖像采集裝置包括若干圖像采集鏡頭，圖像采集鏡頭設(shè)置于飛行器機(jī)身的頂部和側(cè)面，用于從多個角度獲取所述橋梁的局部圖像信息。 基準(zhǔn)站包括信號接收器和信號發(fā)射器，信號接收器用于接收所述定位衛(wèi)星發(fā)送的定位信息，信號發(fā)射器用于將定位信息發(fā)送給飛控裝置[5]。

基準(zhǔn)站分設(shè)于橋梁檢測區(qū)域的四周，其中，信號接收器設(shè)置于橋面上方，信號發(fā)射器設(shè)置于橋面下方。 地面控制終端還用于通過控制飛控裝置使飛行器按照預(yù)設(shè)規(guī)劃路徑飛行，并在飛行器飛行達(dá)到預(yù)設(shè)時間間隔或者預(yù)設(shè)距離時確定飛行器的位置信息。 飛行器還包括數(shù)據(jù)傳輸裝置，數(shù)據(jù)傳輸裝置用于將飛行器的位置信息發(fā)送給圖像采集裝置和將局部圖像信息發(fā)送給地面控制終端[6]。

3 設(shè)計(jì)效果

1）通過飛行器上的圖像采集裝置獲取橋梁的局部圖像信息，并通過地面控制終端將該局部圖像信息進(jìn)行處理，得到橋梁的全景圖像，這樣，檢測者能夠通過觀測全景圖像對橋梁進(jìn)行檢測，提高了橋梁檢測效率。

2）通過至少4 個基準(zhǔn)站接收定位衛(wèi)星發(fā)送的定位信息，并將該定位信息發(fā)送給飛控裝置；飛控裝置能夠根據(jù)該定位信息，采用預(yù)設(shè)差分算法確定飛行器的位置信息。 這樣，一方面能夠提高飛行器的定位精度，保證定位的準(zhǔn)確性；另一方面，圖像采集裝置可以以該位置信息為位置標(biāo)示，采集橋梁的局部圖像信息。 通過局部圖像信息便能夠確定圖像的采集位置，方便后續(xù)檢測者根據(jù)全景圖像對橋梁進(jìn)行檢測時，準(zhǔn)確地確定橋梁的受檢部位。