在特殊（shū）結（jié）構橋梁（如斜拉橋、懸索橋、鋼管混凝土拱橋等）或者大跨高墩橋梁的檢測過程中，常規檢（jiǎn）測手段存在局限性,比如（rú）檢查盲區。盲區的檢測效率低、難度（dù）大、危（wēi）險係數高，而且檢測精細（xì）度（dù）遠（yuǎn）遠不夠。因此，采用先進的無人智能檢測技術開展養護檢測工作變（biàn）得越來越有必要。本文簡單介紹（shào）了4種在長大橋梁檢測中的無人智能檢測技術，包括無人機、高清攝像、纜索機（jī）器人、水下（xià）機器人，以及無人智能設（shè）備綜合應用案例。
常（cháng）規檢測手段的局（jú）限
橋梁檢（jiǎn）測主要是對橋梁外觀和結構性能進行檢查評定，通常對（duì）結構性能的檢查是（shì）通（tōng）過一係列的力學試驗完成，而對其外（wài）觀的檢查主要依靠肉眼或者（zhě）輔助工具（如橋檢車、望遠鏡等），來檢測橋梁主要構件是否出現裂（liè）縫、開裂破損（sǔn）、露（lù）筋鏽蝕、支座脫空等病害（hài）。
隨著我（wǒ）國公路建設裏程不斷增加，大型橋梁數量增多，養護維護（hù）和檢測工作的難度也不斷提（tí）高。截至2016年底（dǐ），全國公路橋（qiáo）梁共有80.53萬座，4916.97萬米。特大橋梁4257座，大橋86178座，二（èr）者長度約占橋梁總（zǒng）長的61.1%。
對於特殊結構橋梁(如（rú）斜拉橋（qiáo）、懸（xuán）索（suǒ）橋、鋼管混凝土（tǔ）拱橋等)或者大跨高墩橋梁（liáng）來說,常規檢測手段存在局限性,有檢查盲區,而盲區檢（jiǎn）測效（xiào）率低、難度大、危險係（xì）數高。如對斜拉橋拉索的檢測,人工爬上拉索向下進行檢測作業,不僅效率低、難度大、危險係數高,而且檢測精細度遠遠不夠,而采用纜（lǎn）索機器人檢測拉索能很好地解決這（zhè）個問題（tí）。為了（le）保證橋梁使用的安（ān）全和問（wèn）題隱患的有效消除,采用先進的智能檢測技術開展（zhǎn）養（yǎng）護檢測工作變得越（yuè）來越有必要。以下（xià）主要介紹無人機檢測技術、高清攝像檢（jiǎn）測技術、纜索機器人檢測技術、水下機器人檢測技術（shù）這4種無人智能檢測技術。
無人智（zhì）能檢測技術
無人機
無人機橋梁快速檢測係統主要由無人機、數據傳輸係統、任務（wù）荷載係統（tǒng）、地麵站係統、其他設備等組成。無（wú）人機一般（bān）采用起降平穩的多旋翼無人機，利於數據采集和（hé）觀測。數據傳輸係統用於係統控製信號、檢測（cè）數據的傳輸。地麵站係統則用於實時監控無人機飛行、檢查拍攝情況，利於及時糾正飛行軌跡和發現橋梁明顯病（bìng）害。其他設備（bèi）除了常規的維修保養（yǎng）工（gōng）具外，還包含檢測結（jié）果分析（xī）處理係統。用於橋梁檢測的無人機與常規航拍無人機的任務荷載係統略有不同，前者的三軸增穩雲台、高清攝像機置於飛（fēi）行器（qì）上方，航拍用雲台（tái）一般布置在下方。常（cháng）用於橋梁檢測的多旋翼無人機係統如圖1。
2.無（wú）人機特點
相比傳統橋梁檢（jiǎn）測技術,無人機檢測技術具有以下優點：
①無人（rén）機可以直接到達檢測部位，無須其他輔助措施，節省費用；
②檢測橋墩、橋座、橋腹等危險場所，無須（xū）搭架（jià）或者（zhě）吊籃配合人員檢測（cè），極（jí）大地提高了（le）安全性；
③對於部（bù）分無法企及的橋腹（fù）、拉索等部位，無人機（jī）可以抵（dǐ）近觀察（chá）了（le）解更多細節；
④定（dìng）點懸停觀測、實時傳（chuán）輸畫麵、效率高、基本不影響正常交通；
⑤在天氣情況允許的（de）前（qián）提下，實施檢測（cè）橋梁具備較高的及時性；
缺（quē）點是梁體狹小空（kōng）間處無法檢測，需傳統檢測方式；續航能力（lì）一般；工作（zuò）環境受天氣環境影響大。
高清攝像
高清攝像綜合使用了攝影測量（liàng）與圖像識別技術，從影像中提取待病害位置、尺寸等信息。高清攝像係統（tǒng）主要由攝像部分、成像放大部分、轉動控製部分、圖像（xiàng）處理分析部分4部（bù）分組成。
攝像（xiàng）部分：主（zhǔ）要用於（yú）現場拍照，將（jiāng）病害以圖像的形式記錄下來。
成像放大部分：使用高（gāo）倍率的望遠鏡頭，對拍攝的病害進行放大處理，使圖像滿足檢測精度（dù）要求。
轉動控製部分：將拍攝區域網（wǎng）格化處理，轉動（dòng）控製部（bù）分可自動（dòng）將鏡頭對準待拍攝區域，大幅度提高拍攝速率。
圖像處理（lǐ）分（fèn）析部分：首先將斜視圖像（xiàng）轉換為正視圖像，而後使用（yòng）先進的圖像處理技術，識別出病害長度、寬度等尺寸信息。
1.高清攝像（xiàng）檢測（cè）應用
高（gāo）清攝像技術主要應用於高聳結構物（wù）的表觀檢測，如橋梁、火（huǒ）電站冷卻塔、水壩、核電站反應殼等。在長大（dà）橋梁檢測中，高清攝像技術多用於斜拉橋、懸（xuán）索橋的索（suǒ）塔外觀檢查和（hé）不易檢測到的橋梁側麵底麵等。
2.高清攝像特點
高（gāo）清攝像機具有以下優點（diǎn）：
①操作簡單快捷。設備總重不超（chāo）過15kg，現場2人即可順利操作。從開箱到組裝完畢（bì），總共不超過10分鍾。
②檢測精度高。50m距離範圍內（nèi），有效精度可達到（dào）0.1mm。
③安全可靠。操作人員在（zài）陸地空曠區域拍攝，避免在支架或（huò）掛籃上登高作（zuò）業，有效保證檢測人員的人身安全。
④不幹擾結（jié）構物的（de）正常運營。該方法為非接觸性量測手段，不幹擾被測物自然狀態。例如橋梁檢（jiǎn）測中無須封路，避免了道路審批的繁瑣辦（bàn）理流程。
⑤拍攝影像可長期保存（cún）。便（biàn）於與曆史缺陷進行對比，掌握病害的演變規律。
⑥展示效果好。檢測結果以高清漫遊的方（fāng）式呈現出來，還原現（xiàn）場，猶如身臨其（qí）境。
纜索機器人
纜索是斜拉橋的主（zhǔ）要承重部分，其（qí）造（zào）價約占（zhàn）全橋造價的25％～30％。但其長期暴（bào）露在大（dà）氣之中，受到風（fēng）吹、日曬、雨淋和環境（jìng）汙染的侵蝕，其表麵會受到較嚴重的破壞，這會對整座斜拉橋帶來不利的影響。然而大型斜拉橋纜索都存在安裝後難以進行健康（kāng）檢測的問（wèn）題，導（dǎo）致嚴重安全隱患。為了降（jiàng）低安全隱患，必須對橋梁纜索進行定期的檢測，並對其中有損（sǔn）傷的纜索進行塗裝、修複或更換。
纜索機器（qì）人是一種能夠攜帶相關（guān）設備攀（pān）爬纜索，並對其進行（háng）高空作業的（de）爬行機器人，它是（shì）專門針對高空斜拉（lā）索進行設計和應用，能夠實現纜索準確、及時、快速、方便地檢查。利用其作為載體，安裝高清攝像裝置和鋼絲探傷傳感器，能進行纜索外觀和內（nèi）部鋼絲情況的詳細檢測。
檢測機器人包括檢測裝置、爬行機構、控製係統、電源、電機等（děng）幾個（gè）部分，其在（zài）纜索上的安裝圖如圖3所示。
圖3 纜索機器人安裝示意圖
檢測裝（zhuāng）置的作用是檢測橋梁纜索外表及內部是否有損傷，可以是電渦流檢測裝置、磁（cí）漏檢測裝置、超聲波檢測裝置等（děng）。檢測的結果由控製和監視（shì）係統負責采集並（bìng）存儲。
爬行機構是機器人的驅動係統，它的任務是帶動整個機構按設定的任務自主地在（zài）纜索上運（yùn）動。
控製係統是整個係統的（de）中樞，它要完成同（tóng）地麵操作人員的通訊、采集檢測裝置檢測的結果、控製並（bìng）驅動爬行機構按照要求運動。
圖4 纜索機器人檢測到（dào）的斜拉索破（pò）損照片
水下機器人
橋梁基礎（chǔ）是橋梁的重要（yào）結構之一,它不僅承受著橋梁的恒載和活載,還將它（tā）傳遞給地基。然而橋梁經過一段時間運（yùn）營後,往（wǎng）往會（huì）因為（wéi）基礎混凝土澆築質量（liàng）差（chà）或流水長期衝刷侵蝕等（děng）原因而出現病害,如基（jī）礎淘（táo）空、傾斜、下沉、混凝土衝蝕、磨損（sǔn）、破損、露筋、鏽蝕（shí）、夾泥、開裂和縮徑等,這些病害均會危及橋梁的正常使用。由於（yú）基礎往往位於水麵以下或（huò）埋置在土體之中,成橋後,基礎頂麵（miàn）以上（shàng）已修築墩台、梁板等結構物。另（lìng）外,基礎位於水麵（miàn）之下,人（rén）工檢測作業存在很大的安全隱患。這些現實情況給橋梁（liáng）檢測的順利實施帶來了很大的困難,檢測單位無法及時了解成橋（qiáo）後基礎的病害情況。針對上述狀（zhuàng）況,使用水下機器人檢測橋梁基礎成為長大跨（kuà）海、跨江橋梁樁基檢測（cè）的必要手段。
水下遙控機器人(英文縮寫ROV)潛水有多種，通常可分為小型觀察型和作業型兩種。按動力範圍和作業水深分類，作（zuò）業型又可分為（wéi）輕型、中型、大型和超深（shēn）型幾種。目（mù）前在水下遙控機器人的（de）基礎上，已經（jīng）研製成功更為先進的水下LBC多功能運動車，它是ROV和水下爬行器的完美結合，它（tā）具有普（pǔ）通（tōng）ROV的功能（néng）外，還具有爬行器功能。如果需要仔細觀察某一個平麵物體，LBC可（kě）以轉換到爬行器模式（shì），借助4個輪（lún）子在平麵上（shàng）自（zì）由爬（pá）行（háng），可以仔細檢查物體（tǐ）表麵。在水下爬行時，顯示器（qì）上會顯示裏程表。另外還具有成像聲呐和水（shuǐ）下定位係統。檢測人（rén）員應根據不同的檢測環境、檢測目的，選擇合（hé）適的水下機器人。
水下機器人檢測作業的（de）優點（diǎn）在（zài）於能深水（shuǐ）檢測，這是水下攝像儀檢測、潛水檢測無法比擬的優勢；缺點是目前（qián）水（shuǐ）下機器人的推進器動力還不足，一（yī）般水下檢查作業型的抗（kàng）水能力是2～4節。因此，檢查（chá）型的水下機器人目前適合於（yú）流速較低的跨（kuà）海橋梁（liáng）以及庫區橋梁的基礎（chǔ）檢測，對於（yú）流速較大的橋梁基礎尚不能完成檢測任務。
綜合（hé）應用（yòng）顯（xiǎn）身手
杭州灣跨海大橋是我國G15沈海高（gāo）速的重要（yào）組成部分，北起（qǐ）嘉興海鹽鄭家埭，跨越杭州（zhōu）灣海（hǎi）域後止於寧波慈溪水（shuǐ）路灣（wān），全長約36km。大橋主要工（gōng）程包括北（běi）引（yǐn）線、北（běi）引橋（qiáo）、北航道橋、中引橋、南航道橋，海中平台及匝道橋、南引（yǐn）橋和南引線，其中（zhōng）北航道橋為主跨448m的鑽石形雙塔雙索麵鋼箱梁斜拉橋，南航（háng）道橋（qiáo）為主跨318m的A形單塔雙索麵鋼箱梁斜拉橋。大橋受（shòu）海洋環境影響顯著，運營環（huán）境惡劣（liè），結構耐久性問題突出。為了有效掌握橋梁運營（yíng）使用情況，需要對主要結構及構件進行詳（xiáng）細、有效的檢（jiǎn）測。另外，南（nán）、北航道橋采用斜（xié）拉橋的結構型式，橋梁包括（kuò）斜拉（lā）索、索塔、鋼管樁等特殊和易（yì）損構件，常規方法無法滿足檢測的需要。
圖5 無人智能設備綜合應用——杭州灣跨海大橋北（běi）航道橋
為解決航道橋檢查檢測問題，在杭州灣跨（kuà）海大橋上（shàng）對無（wú）人智能設備進行了綜合應用。根據航道橋結構（gòu）特點、構件類型和位置，安排不（bú）同（tóng）的無人檢測設備，現場工作和成果（guǒ）分（fèn）析由專業檢測單位（wèi）承擔。以北（běi）航道橋（qiáo）為例，無人智能設備的綜合應用情況如下。
3.杭（háng）州灣（wān）跨海大橋所在海（hǎi）域具有潮差大、潮流（liú）急、衝刷（shuā）深的特點，采（cǎi）用（yòng）傳統人工水下樁基（jī）探摸作業具有較大風險。為有效掌握大橋樁基礎的運營狀況，特別是鋼管（guǎn）樁（zhuāng）的腐蝕以及河床的衝刷深度，大橋每年利用水下機器人抽檢部（bù）分鋼管樁（zhuāng）基礎。通過水下機器人上的拍攝設備，可知目前所檢樁基與（yǔ）承台結合（hé）位完好，樁身整體（tǐ）結構完（wán）整，鋼管樁表麵防腐塗層未發現（xiàn）有明顯脫落（luò）及鏽蝕的地方。另外，利用機器人上安裝的聲呐掃描裝置，對樁基所在河（hé）床進（jìn）行了掃描，確定了衝刷深度。
1.利（lì）用高清攝像設備對北航道橋的索塔外（wài）表麵進行全麵檢查，檢查（chá）頻（pín）率每年1次。由於高清攝像設備的特點，檢（jiǎn）查範圍可涵蓋索塔上（shàng）、下塔柱的各個側麵。通過遠距離拍攝（shè），對平時采用常規檢測手段、難以抵近的部位進（jìn）行了詳細檢查；同（tóng）時利用配套的圖像識別和處理係統，不僅將索（suǒ）塔表麵（miàn）的裂縫、破損、滲水等病（bìng）害，進行準確、有效的識別和記（jì）錄，還對拍攝照片進行拚接，形成了索塔表麵病害的三維展示圖。通過係（xì）統形成的檢測成果，一方麵便於直觀查看病害位置和類型，另一方麵形成了（le）索塔外表麵病害基準數（shù）據庫，在後續的檢查過程中方便對相同病害（hài）進（jìn）行跟（gēn）蹤觀測。
2.利用纜索機（jī）器人對北航道橋全（quán）部112根拉索進行檢查，檢查頻率為每年1次（cì）。應（yīng）用纜索機器人（rén）檢測斜拉索（suǒ），檢測（cè）過程不（bú）需封橋，不影響（xiǎng）橋梁（liáng）正常通行；還能夠檢測到高（gāo）空（kōng）段人工無法檢測到的斜拉索部位，檢測更詳細；檢測中，機器人負責（zé）測量過程的（de）采集數據，操控人員負責安裝和控製，大大減輕了檢測人員（yuán）的（de）工作（zuò）量，且（qiě）安全性好。因此，采用纜索機器人能夠有效滿足杭州灣跨海大橋斜拉索外觀的（de）檢測需要。
圖7 杭州灣大橋水下機器人檢測（cè）成果
4.在大橋的檢測過程中，無人機的作用主要包括橋梁整（zhěng）體巡檢和配合檢查。一方麵，利用無（wú）人（rén）機（jī）對航道橋進行整（zhěng）體巡（xún）檢，了解橋梁安全保護區內有無違法現象、航道輔助設施是否齊全完善。另一方麵（miàn），利用無人機輔助高清（qīng）攝像設備對索塔外表麵進行檢查，對（duì）需要（yào）複核的病害進行抵近（jìn）拍攝，確保了（le）高清攝像（xiàng）檢測結果的準確性。
綜上（shàng），通過在杭州（zhōu）灣跨海大橋航道橋上綜（zōng）合（hé）應用無人智能設（shè）備，有效解決了跨海纜索橋梁結構的（de）檢查檢測問題。利用（yòng）無（wú）人智能設備的專（zhuān）項檢測結果，結（jié）合大（dà）橋現有外觀檢查（chá）資料，可以更加科學、全麵、準確地評價橋梁結構的技術狀況和（hé）運（yùn）營（yíng）使用情（qíng）況。
未來，隨著社會科技水平的不斷提高，應用在橋梁檢測領域的檢測方法（fǎ）和手段也將逐步智能化。采用橋梁智能化檢測技術能夠保障橋梁結構在運營過程中的安全性，確保使用者的生命財產（chǎn）安全。在科學技術、人工智能（néng）飛速發展，逐漸（jiàn）普及的今天，已經有越來越多的新（xīn）型智能化檢測技術運用於橋梁檢測養護工作中。有關單位應當對這些信息技術加強了解，結合（hé）實（shí）際（jì）情況，合理（lǐ）、科學地引入，提升橋梁（liáng）檢查工作的有效性。
