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无人机检测技术在桥梁检测工程的应用论文
【摘要】近年来，随着无人机技术的迅猛发展，无人机的行业运用已渗透至各个行业，但各行业之间的融合成为限制其发展的主要原因。论文主要研究无人机及建筑信息化模型在桥梁检测行业的新型技术，为当今逐渐复杂的桥梁结构提供多种可行性方案。
【关键词】桥梁检测；无人机；应用
1引言
现如今，中国桥梁健康检测的数量在不断增加，传统的检测方式已经远远跟不上发展的节奏，新型桥梁检测方式显得尤为重要。由于桥梁装有大量钢筋及桥墩处的桶型钢筋所产生的强磁场严重影响无人机磁罗盘性能、桥板面遮挡无人机全球定位信号、信号遮挡无法控制无人机等问题的产生导致传统无人机检测的受限发展[1]。本文将重点研究如何解决这些问题。
2传统的桥梁检测方式
2.1桥梁悬臂检测车
目前为止，市场上64%的大型或特大型桥梁的底面检测都是使用桥梁检测车来完成作业[2]。桥梁检测车一般以折叠臂或桁架式悬臂检测为主。其具体有：
（1）占用车道甚至需要关停桥面；
（2）悬臂在超高空作业受风力、桥面震动的影响，属于高风险作业；
（3）悬臂架设受灯杆等上部结构影响等缺点。
2.2桥底检测通道
桥底检测通道多为桥梁建设时设计建造的贴近桥梁底面及桥墩的悬挂式通道，方便后期桥梁底面检测。但有以下缺点：
（1）检测通道受年限约束，通常在桥梁设计年限以内，检测通道已经失去作用；
（2）检测通道架设在距离地面数十米的高空中，是极其危险的高空作业；
（3）由于通道位置不可调，检测范围相对固定。
2.3桥梁综合检测车
桥梁综合检测车主要依靠汽车搭载检测设备行驶于桥面上再通过超声波、震动等各种手段穿透桥面检测桥梁。具有以下缺点：（1）设备穿透能力有限，遇到较厚桥面时，对桥底的检测准确性产生影响；（2）无法实现对桥墩、桥柱的检测[3]。
3无人机高效检测方法
3.1传统无人机检测方法
自无人机进入工业领域开始就有了无人机对建筑外部的检测使用历史，这一点国外使用的比国内早许多，但发展进程远远不及中国。初期，无人机航测系统在建筑检测中的发展初期可以理解为一种外行业技术的介入，跨行业沟通的障碍造成在作业阶段中各专业人员交流困难，加大了对建筑物检测的困难度。
3.1.1早期无人机检测技术早期的无人机检测技术中主要依靠部分小型企业的微小型直升机或多旋翼飞行器搭载基础相机、摄像头等基础影像设备，由航模爱好者操作，再将拍摄的照片交付工程方或养护团队作为研究基础。其主要缺点是：
（1）早期无人机飞行控制系统效率低，抗风能力差，无法应对复杂天气；
（2）因技术限制影像设备无云台辅助，仅靠旋翼系统稳定飞行状况；
（3）早期无人机设备操作要求及难度极高。
3.1.2现阶段无人机检测技术近年来，我国无人机行业的科学研究处于上升阶段，尤其是行业无人机的发展，平均每个月就会有3架新型无人机被创造。航空技术的迅猛发展，解决了部分无人机行业的困难：
（1）影像设备稳定性问题，现阶段类似大疆创新公司在内的多家无人机企业都为此提供了解决方案；
（2）飞行控制问题，国内外的多家公司研制了针对各类情况的专业飞行控制器；
（3）人工智能的加入也让无人机的操作要求更低。
3.2新型无人机检测方法
本文主要研究的是一种新型无人机检测系统，解决了当今检测行业的各类问题，为国内桥梁检测行业解决了大部分难题。其主要由异形检测无人机、中继无人机和建筑信息化模型地面站系统组成。
3.2.1异形检测无人机新型无人机检测中的异形检测无人机主要承担桥梁检测中桥梁外部结构检测信息的收集。其主要为一种异形结构无人机。其具体解决方案是：
（1）在无人机前部设置2支向前的固定臂，固定臂顶端带有滑轮、舵机等机械设备；
（2）2支固定臂之间挂载影像设备，以解决传统无人机无法完成的垂直面上的完全覆盖拍摄；
（3）采用八轴飞行动力系统，以便在桥梁附近遇到强风时能及时修正飞机姿态；
（4）在旋翼顶面及底面覆盖防护网，使得无人机可以贴进桥底面拍摄。本文使用的是一种新型异型无人机搭载技术，成熟可靠性极高的大疆A3飞控其配备3套IMU和GNSS模块，配合软件解析余度实现6路冗余导航系统，双天线测向技术使得飞行精度缩小到1cm以内，还能提供极强的抗磁干扰能力。
3.2.2中继无人机新型无人机检测系统中的中继无人机，主要承担当桥梁检测里面的检测无人机在桥梁底部丢失GPS、北斗全球定位信号、桥墩附近强测场干扰时，增强无人机全球定位信号、差分定位信号及磁罗盘校准的工作。
3.2.3建筑信息化模型地面站系统新型无人机检测系统中的建筑信息化模型地面站系统主要是基于BIM等建筑信息化模型软件对检测建筑进行更为全面的检查，通过二维采集的照片合成至三维立体模型再对建筑外表面损坏情况进行分析。本文主要采用PIX4D系列软件，其软件配套桌面版、移动版和终端版，可用其实现全天候、全时段无限制快速完成对目标建筑的检测作业。其新版本搭载了BIM运算系统在传统3D模型和4D模型的基础上，可独立建立目标建筑信息化模型，也可提前导入目标建筑的建筑信息化模型。其对于成像精度没有要求，可通过1.2万像素佳能云台相机实现微米级4D成像，对于需要二次拍摄的部分也可搭载超清摄像机拍摄后重合到建筑信息化模型中。
4建筑信息化无人机检测系统实施方案
飞行前将飞机航线、飞机位置坐标最大飞行高度等数据输入PIX4D手机终端，并设置无人机相机拍照间隔时间、光圈度等相机设置。将异形检测无人机放飞至任务空域其自动完成任务作业，对于桥梁特殊部位的检测，如桥底面、桥墩减震器等位置时，使用中继无人机在开阔处向异形检测无人机投射全球定位信号、磁罗盘信号等辅助控制检测无人机。任务完成后将作业照片实时导入移动终端，PIX4D移动端软件可实时运算出目标建筑的信息化模型。当详细检测桥墩时可使无人机搭载超声波等检测仪器，使无人机前的固定臂置于桥墩两侧以限制无人机俯仰动作即可起到稳定无人机的作用。当详细检测桥底面、桥面减震器等靠近地面的设备时，将检测设备、照明灯等悬挂于无人机机体上，使无人机靠近桥底与桥墩衔接处，再将固定臂前端伸入缝隙中通过舵机对缝隙施加压力以使得无人机悬空固定于桥墩处。
5结语
新型异形无人机检测系统解决了当今桥梁检测行业所面临的难题，并针对桥梁减震器、桥底面等特殊构件检测做了优化。建筑信息化模型加入后可以有效降低桥梁检测时的人力和时间成本，极大地提高桥梁检测的效率，降低桥梁检测工作人员的要求程度。
【参考文献】
【1】高晨.PDA在桥梁检测中的应用分析[J].建设科技,2017(10):105.
【2】崔东顺.可见光航拍图像水上桥梁检测算法研究[D].北京:北京理工大学,2015.
【3】卢玉韬.基于BIM的无人机桥梁检测实施方案研究[J].土木建筑工程信息技术,2017,9(2):73-77.
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