無(wú)人機檢測技術(shù)在橋梁檢測工程的應用論文
【摘要】近年來(lái)，隨著(zhù)無(wú)人機技術(shù)的迅猛發(fā)展，無(wú)人機的行業(yè)運用已滲透至各個(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)人機及建筑信息化模型在橋梁檢測行業(yè)的新型技術(shù)，為當今逐漸復雜的橋梁結構提供多種可行性方案。
【關(guān)鍵詞】橋梁檢測；無(wú)人機；應用
1引言
現如今，中國橋梁健康檢測的數量在不斷增加，傳統的檢測方式已經(jīng)遠遠跟不上發(fā)展的節奏，新型橋梁檢測方式顯得尤為重要。由于橋梁裝有大量鋼筋及橋墩處的桶型鋼筋所產(chǎn)生的強磁場(chǎng)嚴重影響無(wú)人機磁羅盤(pán)性能、橋板面遮擋無(wú)人機全球定位信號、信號遮擋無(wú)法控制無(wú)人機等問(wèn)題的產(chǎn)生導致傳統無(wú)人機檢測的受限發(fā)展[1]。本文將重點(diǎn)研究如何解決這些問(wèn)題。
2傳統的橋梁檢測方式
2.1橋梁懸臂檢測車(chē)
目前為止，市場(chǎng)上64%的大型或特大型橋梁的底面檢測都是使用橋梁檢測車(chē)來(lái)完成作業(yè)[2]。橋梁檢測車(chē)一般以折疊臂或桁架式懸臂檢測為主。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)險作業(yè)；
�。�3）懸臂架設受燈桿等上部結構影響等缺點(diǎn)。
2.2橋底檢測通道
橋底檢測通道多為橋梁建設時(shí)設計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。但有以下缺點(diǎn)：
�。�1）檢測通道受年限約束，通常在橋梁設計年限以?xún)�，檢測通道已經(jīng)失去作用；
�。�2）檢測通道架設在距離地面數十米的高空中，是極其危險的高空作業(yè)；
�。�3）由于通道位置不可調，檢測范圍相對固定。
2.3橋梁綜合檢測車(chē)
橋梁綜合檢測車(chē)主要依靠汽車(chē)搭載檢測設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橋梁。具有以下缺點(diǎn)：（1）設備穿透能力有限，遇到較厚橋面時(shí)，對橋底的檢測準確性產(chǎn)生影響；（2）無(wú)法實(shí)現對橋墩、橋柱的檢測[3]。
3無(wú)人機高效檢測方法
3.1傳統無(wú)人機檢測方法
自無(wú)人機進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域開(kāi)始就有了無(wú)人機對建筑外部的檢測使用歷史，這一點(diǎn)國外使用的比國內早許多，但發(fā)展進(jìn)程遠遠不及中國。初期，無(wú)人機航測系統在建筑檢測中的發(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，加大了對建筑物檢測的困難度。
3.1.1早期無(wú)人機檢測技術(shù)早期的無(wú)人機檢測技術(shù)中主要依靠部分小型企業(yè)的微小型直升機或多旋翼飛行器搭載基礎相機、攝像頭等基礎影像設備，由航模愛(ài)好者操作，再將拍攝的照片交付工程方或養護團隊作為研究基礎。其主要缺點(diǎn)是：
�。�1）早期無(wú)人機飛行控制系統效率低，抗風(fēng)能力差，無(wú)法應對復雜天氣；
�。�2）因技術(shù)限制影像設備無(wú)云臺輔助，僅靠旋翼系統穩定飛行狀況；
�。�3）早期無(wú)人機設備操作要求及難度極高。
3.1.2現階段無(wú)人機檢測技術(shù)近年來(lái)，我國無(wú)人機行業(yè)的科學(xué)研究處于上升階段，尤其是行業(yè)無(wú)人機的發(fā)展，平均每個(gè)月就會(huì )有3架新型無(wú)人機被創(chuàng )造。航空技術(shù)的迅猛發(fā)展，解決了部分無(wú)人機行業(yè)的困難：
�。�1）影像設備穩定性問(wèn)題，現階段類(lèi)似大疆創(chuàng )新公司在內的多家無(wú)人機企業(yè)都為此提供了解決方案；
�。�2）飛行控制問(wèn)題，國內外的多家公司研制了針對各類(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)人機的操作要求更低。
3.2新型無(wú)人機檢測方法
本文主要研究的是一種新型無(wú)人機檢測系統，解決了當今檢測行業(yè)的各類(lèi)問(wèn)題，為國內橋梁檢測行業(yè)解決了大部分難題。其主要由異形檢測無(wú)人機、中繼無(wú)人機和建筑信息化模型地面站系統組成。
3.2.1異形檢測無(wú)人機新型無(wú)人機檢測中的異形檢測無(wú)人機主要承擔橋梁檢測中橋梁外部結構檢測信息的收集。其主要為一種異形結構無(wú)人機。其具體解決方案是：
�。�1）在無(wú)人機前部設置2支向前的固定臂，固定臂頂端帶有滑輪、舵機等機械設備；
�。�2）2支固定臂之間掛載影像設備，以解決傳統無(wú)人機無(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，以便在橋梁附近遇到強風(fēng)時(shí)能及時(shí)修正飛機姿態(tài)；
�。�4）在旋翼頂面及底面覆蓋防護網(wǎng)，使得無(wú)人機可以貼進(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6路冗余導航系統，雙天線(xiàn)測向技術(shù)使得飛行精度縮小到1cm以?xún)�，還能提供極強的抗磁干擾能力。
3.2.2中繼無(wú)人機新型無(wú)人機檢測系統中的中繼無(wú)人機，主要承擔當橋梁檢測里面的檢測無(wú)人機在橋梁底部丟失GPS、北斗全球定位信號、橋墩附近強測場(chǎng)干擾時(shí)，增強無(wú)人機全球定位信號、差分定位信號及磁羅盤(pán)校準的工作。
3.2.3建筑信息化模型地面站系統新型無(wú)人機檢測系統中的建筑信息化模型地面站系統主要是基于BIM等建筑信息化模型軟件對檢測建筑進(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)現全天候、全時(shí)段無(wú)限制快速完成對目標建筑的檢測作業(yè)。其新版本搭載了BIM運算系統在傳統3D模型和4D模型的基礎上，可獨立建立目標建筑信息化模型，也可提前導入目標建筑的建筑信息化模型。其對于成像精度沒(méi)有要求，可通過(guò)1.2萬(wàn)像素佳能云臺相機實(shí)現微米級4D成像，對于需要二次拍攝的部分也可搭載超清攝像機拍攝后重合到建筑信息化模型中。
4建筑信息化無(wú)人機檢測系統實(shí)施方案
飛行前將飛機航線(xiàn)、飛機位置坐標最大飛行高度等數據輸入PIX4D手機終端，并設置無(wú)人機相機拍照間隔時(shí)間、光圈度等相機設置。將異形檢測無(wú)人機放飛至任務(wù)空域其自動(dòng)完成任務(wù)作業(yè)，對于橋梁特殊部位的檢測，如橋底面、橋墩減震器等位置時(shí)，使用中繼無(wú)人機在開(kāi)闊處向異形檢測無(wú)人機投射全球定位信號、磁羅盤(pán)信號等輔助控制檢測無(wú)人機。任務(wù)完成后將作業(yè)照片實(shí)時(shí)導入移動(dòng)終端，PIX4D移動(dòng)端軟件可實(shí)時(shí)運算出目標建筑的信息化模型。當詳細檢測橋墩時(shí)可使無(wú)人機搭載超聲波等檢測儀器，使無(wú)人機前的固定臂置于橋墩兩側以限制無(wú)人機俯仰動(dòng)作即可起到穩定無(wú)人機的作用。當詳細檢測橋底面、橋面減震器等靠近地面的設備時(shí)，將檢測設備、照明燈等懸掛于無(wú)人機機體上，使無(wú)人機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)舵機對縫隙施加壓力以使得無(wú)人機懸空固定于橋墩處。
5結語(yǔ)
新型異形無(wú)人機檢測系統解決了當今橋梁檢測行業(yè)所面臨的難題，并針對橋梁減震器、橋底面等特殊構件檢測做了優(yōu)化。建筑信息化模型加入后可以有效降低橋梁檢測時(shí)的人力和時(shí)間成本，極大地提高橋梁檢測的效率，降低橋梁檢測工作人員的要求程度。
【參考文獻】
【1】高晨.PDA在橋梁檢測中的應用分析[J].建設科技,2017(10):105.
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【3】盧玉韜.基于BIM的無(wú)人機橋梁檢測實(shí)施方案研究[J].土木建筑工程信息技術(shù),2017,9(2):73-77.
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