無(wú)人機(jī)替代橋梁檢測(cè)車檢測(cè)橋梁的可行性分析

在橋梁檢測(cè)中，目前比較常見的是汽車式橋梁檢測(cè)車，但是用汽車式橋梁檢測(cè)車存在耗時(shí)、勞動(dòng)密集、成本高昂等的問題。近年來，無(wú)人機(jī)開始被嘗試用于橋梁檢測(cè)。

隨著無(wú)人機(jī)應(yīng)用在越來越多的領(lǐng)域，人們開始了將無(wú)人機(jī)用于橋梁檢測(cè)的探索，它可以覆蓋傳統(tǒng)的汽車式橋梁檢測(cè)車難以到達(dá)的作業(yè)位置，能使橋梁檢測(cè)的過程變得更快，更具成本效益，通過圖像采集設(shè)備，獲取大量數(shù)字化的圖像和信息，可以使橋梁的檢測(cè)信息更嚴(yán)謹(jǐn)，然而，這種方式仍然處于原始階段，距離真正實(shí)現(xiàn)應(yīng)用仍有很長(zhǎng)一段路要走。

無(wú)人機(jī)替代橋梁檢測(cè)車檢測(cè)橋梁的短板與問題

說到現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用，目前仍有很多技術(shù)方面的挑戰(zhàn)。例如：無(wú)人機(jī)的本地化及檢測(cè)需要的時(shí)間較長(zhǎng)，等等。

將無(wú)人機(jī)應(yīng)用于橋梁健康監(jiān)測(cè)所面臨的問題進(jìn)行總結(jié)，可以分為四大主要方面。

第一，需檢測(cè)的區(qū)域無(wú)人機(jī)是否可以到達(dá)？在實(shí)際操作中，很多時(shí)候是不能確定的。另外，無(wú)人機(jī)如何按照GPS所界定的方位準(zhǔn)確飛行。實(shí)操中，無(wú)人機(jī)一般是通過GPS導(dǎo)航，但是GPS的信號(hào)容易受外在條件的干擾，出現(xiàn)無(wú)信號(hào)和信號(hào)不穩(wěn)定的情況，當(dāng)無(wú)人機(jī)進(jìn)入監(jiān)測(cè)區(qū)域后，如何獲取準(zhǔn)確有效的數(shù)據(jù)，同樣需要認(rèn)真考量。

第二，如何將無(wú)人機(jī)的性能嫻熟地運(yùn)用到橋梁檢測(cè)中。通常商用無(wú)人機(jī)在飛行時(shí)，受到自重、風(fēng)力等因素的影響，在駕駛時(shí)會(huì)出現(xiàn)難以把控的情況，從這個(gè)角度講，用于橋梁檢測(cè)的無(wú)人機(jī)需具備特殊性。

第三，圖像數(shù)據(jù)的獲取。無(wú)人機(jī)獲取的數(shù)據(jù)圖像質(zhì)量是否能達(dá)到要求，這是最關(guān)鍵的一點(diǎn)。

第四，橋梁受到損壞時(shí)如何快速獲取損壞情況的信息。

解決方案

第一，對(duì)于無(wú)人機(jī)的定位，特別是橋下的定位，是關(guān)于GPS界定環(huán)境的問題。在韓國(guó)，相關(guān)單位研究了基于錄像的SLAM方法應(yīng)對(duì)這個(gè)問題。這種方法是基于探頭的技術(shù)，使用相機(jī)和RMU來估計(jì)無(wú)人機(jī)在橋下的位置。通過這種方法測(cè)試獲得的結(jié)果，提高了GPS定位的準(zhǔn)確性，獲得相應(yīng)的檢測(cè)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(guān)于無(wú)人機(jī)可進(jìn)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(wú)人機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。它自身能夠非常緊密地附著在需要檢測(cè)的結(jié)構(gòu)上，這種無(wú)人機(jī)可以非常容易地檢測(cè)到傾斜度比較大的部位和結(jié)構(gòu)。

第三，無(wú)人機(jī)性能使用問題。如果只是常規(guī)的商用無(wú)人機(jī)不能滿足橋梁的檢測(cè)操作。目前正在研究專用的無(wú)人機(jī)，專門針對(duì)檢測(cè)所需的功能，包括飛行狀態(tài)、準(zhǔn)確性、操控性等方面，實(shí)現(xiàn)定制化無(wú)人機(jī)做橋梁的檢測(cè)。

第四，關(guān)于破損狀況的識(shí)別和探測(cè)。用于不同類型破損的識(shí)別，主要是對(duì)于裂縫的探測(cè)，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(jìn)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(duì)第三項(xiàng)問題，在獲取了圖像之后評(píng)估其質(zhì)量，然后找到相應(yīng)的破損點(diǎn)。

目前還有將無(wú)人機(jī)應(yīng)用于橋梁涂層厚度和腐蝕診斷的監(jiān)測(cè)分析案例，通過獲取數(shù)據(jù)再進(jìn)行分析，可以了解涂層的厚度和材料腐蝕的情況，通過定點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)這些情況實(shí)現(xiàn)可視化觀察。但其過程存在一些缺陷，如假報(bào)警等。對(duì)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(zhǔn)確率可以提高40%，減少誤報(bào)率。

目前，有不少基礎(chǔ)設(shè)施安全公司在做這種項(xiàng)目實(shí)踐，這些研究的目標(biāo)都是基于使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行更好、更全面、更精確的橋梁檢測(cè)，可以在耗時(shí)、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(hù)與運(yùn)營(yíng)》雜志 2019年 第3期 總第7期 有改動(dòng)

作者 / Hyung-Jo Jung

作者單位 / 韓國(guó)科學(xué)技術(shù)高級(jí)研究院，結(jié)構(gòu)控制與智能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室