無(wú)人機(jī)檢測(cè)技術(shù)在橋梁檢測(cè)工程的應(yīng)用論文

　　【摘要】近年來(lái)，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，無(wú)人機(jī)的行業(yè)運(yùn)用已滲透至各個(gè)行業(yè)，但各行業(yè)之間的融合成為限制其發(fā)展的主要原因。論文主要研究無(wú)人機(jī)及建筑信息化模型在橋梁檢測(cè)行業(yè)的新型技術(shù)，為當(dāng)今逐漸復(fù)雜的橋梁結(jié)構(gòu)提供多種可行性方案。

　　【關(guān)鍵詞】橋梁檢測(cè)；無(wú)人機(jī)；應(yīng)用

　　1引言

　　現(xiàn)如今，中國(guó)橋梁健康檢測(cè)的數(shù)量在不斷增加，傳統(tǒng)的檢測(cè)方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上發(fā)展的節(jié)奏，新型橋梁檢測(cè)方式顯得尤為重要。由于橋梁裝有大量鋼筋及橋墩處的桶型鋼筋所產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)嚴(yán)重影響無(wú)人機(jī)磁羅盤(pán)性能、橋板面遮擋無(wú)人機(jī)全球定位信號(hào)、信號(hào)遮擋無(wú)法控制無(wú)人機(jī)等問(wèn)題的產(chǎn)生導(dǎo)致傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)檢測(cè)的受限發(fā)展[1]。本文將重點(diǎn)研究如何解決這些問(wèn)題。

　　2傳統(tǒng)的橋梁檢測(cè)方式

　　2.1橋梁懸臂檢測(cè)車(chē)

　　目前為止，市場(chǎng)上64%的大型或特大型橋梁的底面檢測(cè)都是使用橋梁檢測(cè)車(chē)來(lái)完成作業(yè)[2]。橋梁檢測(cè)車(chē)一般以折疊臂或桁架式懸臂檢測(cè)為主。其具體有：

　�。�1）占用車(chē)道甚至需要關(guān)停橋面；

　�。�2）懸臂在超高空作業(yè)受風(fēng)力、橋面震動(dòng)的影響，屬于高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)；

　�。�3）懸臂架設(shè)受燈桿等上部結(jié)構(gòu)影響等缺點(diǎn)。

　　2.2橋底檢測(cè)通道

　　橋底檢測(cè)通道多為橋梁建設(shè)時(shí)設(shè)計(jì)建造的貼近橋梁底面及橋墩的懸掛式通道，方便后期橋梁底面檢測(cè)。但有以下缺點(diǎn)：

　�。�1）檢測(cè)通道受年限約束，通常在橋梁設(shè)計(jì)年限以內(nèi)，檢測(cè)通道已經(jīng)失去作用；

　�。�2）檢測(cè)通道架設(shè)在距離地面數(shù)十米的高空中，是極其危險(xiǎn)的高空作業(yè)；

　　（3）由于通道位置不可調(diào)，檢測(cè)范圍相對(duì)固定。

　　2.3橋梁綜合檢測(cè)車(chē)

　　橋梁綜合檢測(cè)車(chē)主要依靠汽車(chē)搭載檢測(cè)設(shè)備行駛于橋面上再通過(guò)超聲波、震動(dòng)等各種手段穿透橋面檢測(cè)橋梁。具有以下缺點(diǎn)：（1）設(shè)備穿透能力有限，遇到較厚橋面時(shí)，對(duì)橋底的檢測(cè)準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響；（2）無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)橋墩、橋柱的檢測(cè)[3]。

　　3無(wú)人機(jī)高效檢測(cè)方法

　　3.1傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)檢測(cè)方法

　　自無(wú)人機(jī)進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域開(kāi)始就有了無(wú)人機(jī)對(duì)建筑外部的檢測(cè)使用歷史，這一點(diǎn)國(guó)外使用的比國(guó)內(nèi)早許多，但發(fā)展進(jìn)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及中國(guó)。初期，無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)在建筑檢測(cè)中的發(fā)展初期可以理解為一種外行業(yè)技術(shù)的介入，跨行業(yè)溝通的障礙造成在作業(yè)階段中各專(zhuān)業(yè)人員交流困難，加大了對(duì)建筑物檢測(cè)的困難度。

　　3.1.1早期無(wú)人機(jī)檢測(cè)技術(shù)早期的無(wú)人機(jī)檢測(cè)技術(shù)中主要依靠部分小型企業(yè)的微小型直升機(jī)或多旋翼飛行器搭載基礎(chǔ)相機(jī)、攝像頭等基礎(chǔ)影像設(shè)備，由航模愛(ài)好者操作，再將拍攝的照片交付工程方或養(yǎng)護(hù)團(tuán)隊(duì)作為研究基礎(chǔ)。其主要缺點(diǎn)是：

　�。�1）早期無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)效率低，抗風(fēng)能力差，無(wú)法應(yīng)對(duì)復(fù)雜天氣；

　　（2）因技術(shù)限制影像設(shè)備無(wú)云臺(tái)輔助，僅靠旋翼系統(tǒng)穩(wěn)定飛行狀況；

　�。�3）早期無(wú)人機(jī)設(shè)備操作要求及難度極高。

　　3.1.2現(xiàn)階段無(wú)人機(jī)檢測(cè)技術(shù)近年來(lái)，我國(guó)無(wú)人機(jī)行業(yè)的科學(xué)研究處于上升階段，尤其是行業(yè)無(wú)人機(jī)的發(fā)展，平均每個(gè)月就會(huì)有3架新型無(wú)人機(jī)被創(chuàng)造。航空技術(shù)的迅猛發(fā)展，解決了部分無(wú)人機(jī)行業(yè)的困難：

　�。�1）影像設(shè)備穩(wěn)定性問(wèn)題，現(xiàn)階段類(lèi)似大疆創(chuàng)新公司在內(nèi)的多家無(wú)人機(jī)企業(yè)都為此提供了解決方案；

　　（2）飛行控制問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外的多家公司研制了針對(duì)各類(lèi)情況的專(zhuān)業(yè)飛行控制器；

　�。�3）人工智能的加入也讓無(wú)人機(jī)的操作要求更低。

　　3.2新型無(wú)人機(jī)檢測(cè)方法

　　本文主要研究的是一種新型無(wú)人機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，解決了當(dāng)今檢測(cè)行業(yè)的各類(lèi)問(wèn)題，為國(guó)內(nèi)橋梁檢測(cè)行業(yè)解決了大部分難題。其主要由異形檢測(cè)無(wú)人機(jī)、中繼無(wú)人機(jī)和建筑信息化模型地面站系統(tǒng)組成。

　　3.2.1異形檢測(cè)無(wú)人機(jī)新型無(wú)人機(jī)檢測(cè)中的異形檢測(cè)無(wú)人機(jī)主要承擔(dān)橋梁檢測(cè)中橋梁外部結(jié)構(gòu)檢測(cè)信息的收集。其主要為一種異形結(jié)構(gòu)無(wú)人機(jī)。其具體解決方案是：

　�。�1）在無(wú)人機(jī)前部設(shè)置2支向前的固定臂，固定臂頂端帶有滑輪、舵機(jī)等機(jī)械設(shè)備；

　�。�2）2支固定臂之間掛載影像設(shè)備，以解決傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)無(wú)法完成的垂直面上的完全覆蓋拍攝；

　�。�3）采用八軸飛行動(dòng)力系統(tǒng)，以便在橋梁附近遇到強(qiáng)風(fēng)時(shí)能及時(shí)修正飛機(jī)姿態(tài)；

　�。�4）在旋翼頂面及底面覆蓋防護(hù)網(wǎng)，使得無(wú)人機(jī)可以貼進(jìn)橋底面拍攝。本文使用的是一種新型異型無(wú)人機(jī)搭載技術(shù)，成熟可靠性極高的大疆A3飛控其配備3套IMU和GNSS模塊，配合軟件解析余度實(shí)現(xiàn)6路冗余導(dǎo)航系統(tǒng)，雙天線測(cè)向技術(shù)使得飛行精度縮小到1cm以內(nèi)，還能提供極強(qiáng)的抗磁干擾能力。

　　3.2.2中繼無(wú)人機(jī)新型無(wú)人機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)中的中繼無(wú)人機(jī)，主要承擔(dān)當(dāng)橋梁檢測(cè)里面的檢測(cè)無(wú)人機(jī)在橋梁底部丟失GPS、北斗全球定位信號(hào)、橋墩附近強(qiáng)測(cè)場(chǎng)干擾時(shí)，增強(qiáng)無(wú)人機(jī)全球定位信號(hào)、差分定位信號(hào)及磁羅盤(pán)校準(zhǔn)的工作。

　　3.2.3建筑信息化模型地面站系統(tǒng)新型無(wú)人機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)中的建筑信息化模型地面站系統(tǒng)主要是基于BIM等建筑信息化模型軟件對(duì)檢測(cè)建筑進(jìn)行更為全面的檢查，通過(guò)二維采集的照片合成至三維立體模型再對(duì)建筑外表面損壞情況進(jìn)行分析。本文主要采用PIX4D系列軟件，其軟件配套桌面版、移動(dòng)版和終端版，可用其實(shí)現(xiàn)全天候、全時(shí)段無(wú)限制快速完成對(duì)目標(biāo)建筑的檢測(cè)作業(yè)。其新版本搭載了BIM運(yùn)算系統(tǒng)在傳統(tǒng)3D模型和4D模型的基礎(chǔ)上，可獨(dú)立建立目標(biāo)建筑信息化模型，也可提前導(dǎo)入目標(biāo)建筑的建筑信息化模型。其對(duì)于成像精度沒(méi)有要求，可通過(guò)1.2萬(wàn)像素佳能云臺(tái)相機(jī)實(shí)現(xiàn)微米級(jí)4D成像，對(duì)于需要二次拍攝的部分也可搭載超清攝像機(jī)拍攝后重合到建筑信息化模型中。

　　4建筑信息化無(wú)人機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)施方案

　　飛行前將飛機(jī)航線、飛機(jī)位置坐標(biāo)最大飛行高度等數(shù)據(jù)輸入PIX4D手機(jī)終端，并設(shè)置無(wú)人機(jī)相機(jī)拍照間隔時(shí)間、光圈度等相機(jī)設(shè)置。將異形檢測(cè)無(wú)人機(jī)放飛至任務(wù)空域其自動(dòng)完成任務(wù)作業(yè)，對(duì)于橋梁特殊部位的檢測(cè)，如橋底面、橋墩減震器等位置時(shí)，使用中繼無(wú)人機(jī)在開(kāi)闊處向異形檢測(cè)無(wú)人機(jī)投射全球定位信號(hào)、磁羅盤(pán)信號(hào)等輔助控制檢測(cè)無(wú)人機(jī)。任務(wù)完成后將作業(yè)照片實(shí)時(shí)導(dǎo)入移動(dòng)終端，PIX4D移動(dòng)端軟件可實(shí)時(shí)運(yùn)算出目標(biāo)建筑的信息化模型。當(dāng)詳細(xì)檢測(cè)橋墩時(shí)可使無(wú)人機(jī)搭載超聲波等檢測(cè)儀器，使無(wú)人機(jī)前的固定臂置于橋墩兩側(cè)以限制無(wú)人機(jī)俯仰動(dòng)作即可起到穩(wěn)定無(wú)人機(jī)的作用。當(dāng)詳細(xì)檢測(cè)橋底面、橋面減震器等靠近地面的設(shè)備時(shí)，將檢測(cè)設(shè)備、照明燈等懸掛于無(wú)人機(jī)機(jī)體上，使無(wú)人機(jī)靠近橋底與橋墩銜接處，再將固定臂前端伸入縫隙中通過(guò)舵機(jī)對(duì)縫隙施加壓力以使得無(wú)人機(jī)懸空固定于橋墩處。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　新型異形無(wú)人機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)解決了當(dāng)今橋梁檢測(cè)行業(yè)所面臨的難題，并針對(duì)橋梁減震器、橋底面等特殊構(gòu)件檢測(cè)做了優(yōu)化。建筑信息化模型加入后可以有效降低橋梁檢測(cè)時(shí)的人力和時(shí)間成本，極大地提高橋梁檢測(cè)的效率，降低橋梁檢測(cè)工作人員的要求程度。

　　【參考文獻(xiàn)】

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