無人機替代橋梁檢測車檢測橋梁的可行性分析

在橋梁檢測中，目前比較常見的是汽車式橋梁檢測車，但是用汽車式橋梁檢測車存在耗時、勞動密集、成本高昂等的問題。近年來，無人機開始被嘗試用于橋梁檢測。

隨著無人機應用在越來越多的領域，人們開始了將無人機用于橋梁檢測的探索，它可以覆蓋傳統(tǒng)的汽車式橋梁檢測車難以到達的作業(yè)位置，能使橋梁檢測的過程變得更快，更具成本效益，通過圖像采集設備，獲取大量數(shù)字化的圖像和信息，可以使橋梁的檢測信息更嚴謹，然而，這種方式仍然處于原始階段，距離真正實現(xiàn)應用仍有很長一段路要走。

無人機替代橋梁檢測車檢測橋梁的短板與問題

說到現(xiàn)實中的應用，目前仍有很多技術方面的挑戰(zhàn)。例如：無人機的本地化及檢測需要的時間較長，等等。

將無人機應用于橋梁健康監(jiān)測所面臨的問題進行總結(jié)，可以分為四大主要方面。

第一，需檢測的區(qū)域無人機是否可以到達？在實際操作中，很多時候是不能確定的。另外，無人機如何按照GPS所界定的方位準確飛行。實操中，無人機一般是通過GPS導航，但是GPS的信號容易受外在條件的干擾，出現(xiàn)無信號和信號不穩(wěn)定的情況，當無人機進入監(jiān)測區(qū)域后，如何獲取準確有效的數(shù)據(jù)，同樣需要認真考量。

第二，如何將無人機的性能嫻熟地運用到橋梁檢測中。通常商用無人機在飛行時，受到自重、風力等因素的影響，在駕駛時會出現(xiàn)難以把控的情況，從這個角度講，用于橋梁檢測的無人機需具備特殊性。

第三，圖像數(shù)據(jù)的獲取。無人機獲取的數(shù)據(jù)圖像質(zhì)量是否能達到要求，這是最關鍵的一點。

第四，橋梁受到損壞時如何快速獲取損壞情況的信息。

解決方案

第一，對于無人機的定位，特別是橋下的定位，是關于GPS界定環(huán)境的問題。在韓國，相關單位研究了基于錄像的SLAM方法應對這個問題。這種方法是基于探頭的技術，使用相機和RMU來估計無人機在橋下的位置。通過這種方法測試獲得的結(jié)果，提高了GPS定位的準確性，獲得相應的檢測數(shù)據(jù)信息，從而能夠非常清楚地看到橋梁的情況。

第二，關于無人機可進入性的限制和局限性問題，目前的研究結(jié)果，是選用帶有附著能力的無人機進行檢測。它自身能夠非常緊密地附著在需要檢測的結(jié)構(gòu)上，這種無人機可以非常容易地檢測到傾斜度比較大的部位和結(jié)構(gòu)。

第三，無人機性能使用問題。如果只是常規(guī)的商用無人機不能滿足橋梁的檢測操作。目前正在研究專用的無人機，專門針對檢測所需的功能，包括飛行狀態(tài)、準確性、操控性等方面，實現(xiàn)定制化無人機做橋梁的檢測。

第四，關于破損狀況的識別和探測。用于不同類型破損的識別，主要是對于裂縫的探測，可以采用R-CNN的方法，獲得混凝土結(jié)構(gòu)既有圖像，把獲取的圖像放入分析網(wǎng)格中，做進一步的裂縫分析。R-CNN可分為快速R-CNN和遮蔽R-CNN兩種模式。這里包括針對第三項問題，在獲取了圖像之后評估其質(zhì)量，然后找到相應的破損點。

目前還有將無人機應用于橋梁涂層厚度和腐蝕診斷的監(jiān)測分析案例，通過獲取數(shù)據(jù)再進行分析，可以了解涂層的厚度和材料腐蝕的情況，通過定點監(jiān)測對這些情況實現(xiàn)可視化觀察。但其過程存在一些缺陷，如假報警等。對于這種情況可以使用混合掃描系統(tǒng)，觀察到更全面的影像，準確率可以提高40%，減少誤報率。

目前，有不少基礎設施安全公司在做這種項目實踐，這些研究的目標都是基于使用無人機進行更好、更全面、更精確的橋梁檢測，可以在耗時、成本、人力、效果等方面得到全面的提升。

本文節(jié)選自 《大橋養(yǎng)護與運營》雜志 2019年 第3期 總第7期 有改動

作者 / Hyung-Jo Jung

作者單位 / 韓國科學技術高級研究院，結(jié)構(gòu)控制與智能系統(tǒng)實驗室