我國共有公路橋梁近（jìn）100萬座，此外2.2萬公裏的高速鐵路中，高鐵橋梁的累積長度超過線路總長的50%。目前中國40%的橋梁已經進入使用超過（guò）25年（nián）的老齡期，存在一定的（de）安全隱患需（xū）要進行檢測。橋梁作為國民經濟的重要樞紐，為保障安全，結構質量良好的橋梁也至少每三年檢測一次。然而橋梁的檢（jiǎn）測仍存在諸多問題，如檢測範圍不夠（gòu）全麵細（xì）致、阻塞交通、作業效率低下、成本高昂、檢測人員存在人身安全隱患等等（děng）。如何及時有針對性地進行路橋檢測是路橋相關部門麵臨的現實問題。 　　傳統的“ 體檢（jiǎn）” 方（fāng）式是，將（jiāng）橋梁檢測車開到橋（qiáo）麵上，通過伸展出的支架，工作人（rén）員爬上工作平（píng）台，然後緩（huǎn）緩降到橋麵下，對橋梁進行檢測。動輒（zhé）就要占用（yòng）幾股（gǔ）車道， 檢查速度慢，工人的安全也麵臨風險（xiǎn）。此外，采用（yòng）人工望遠鏡或高倍望（wàng）遠鏡對橋梁進行遠距離觀測的方式也在橋梁檢測中有（yǒu）所應用。這種方式成本低（dī），易於實施，無安全隱患，且基本（běn）不影響正常交通。但由於距離檢測目標較（jiào）遠，不（bú）易發現橋梁裂縫、結構件脫落等病害，且病害不易準確定位和描述，也存（cún）在檢測盲（máng）區，導致檢測人（rén）員工作量巨大。 　　傳統方法（fǎ）的弊端： 　　管養部門通常（cháng）定（dìng）期對橋（qiáo）梁進行檢查（chá），多采用傳統檢測手段，依靠肉眼或者輔助工（gōng）具（如橋檢車、望遠鏡等）來檢測橋梁主要構件（jiàn）是否出現（xiàn）裂縫、開裂破損、露筋鏽蝕、支座脫（tuō）空等（děng）病害。 　　對於特殊結構橋梁（如斜拉橋、懸索橋、鋼管混凝土拱橋等）或者大跨高墩橋梁，在梁底板、塔柱、索纜、斜拉索、塔頂避雷針等可（kě）及範圍以外，常規檢測手段和方法存在局限性，可操作的難度非常大，存在檢查盲區，其（qí）中局部（bù）盲區采取人工現場（chǎng）察看檢查，但效（xiào）率低、難度大、危險係數高。 　　隨著航拍技術、遙感技術的不斷發（fā）展，無人機應用更多地滲透（tòu）到各行各業。以無人機為載（zǎi）體、人工智（zhì）能為核心的（de）橋梁智能檢測方案，首先解決無人機在（zài）橋梁底部的精確定位問（wèn）題，然後通過航（háng）線規劃使無人機在橋（qiáo）梁底部自主飛行（háng），對采集（jí）的數據進行病害自動識別和（hé）模型三維重建， 將橋梁的各種病害標記在橋梁模型中。 　　通過橋梁檢測，我們可以確保橋梁的使用安全；及早發現橋梁病害及異常現（xiàn）象；為橋梁的維修養護提供科學依據，以適時采取合理的維修加固方法，延長橋梁的使用壽命、提高其承載能力，降低橋梁的維護費用，或（huò）拆除重（chóng）建；考察橋梁是否能滿足將來運輸量的要求；為橋梁設（shè）計、規範修（xiū）訂和完善等提供依據。 　　無（wú）人機檢測的優勢： 　　無人機能夠定點懸停觀測，實時傳輸畫麵（miàn），且能自控飛行，與常規檢（jiǎn）測相比，具有較多優勢。 　　1、使用成本低。所用的技術均為比較成熟的技術，在各領域都已大規模應用，如GNSS導航技術、數碼（mǎ）影像技術、無線電遙控等技術等，所有設備隻需電池供（gòng）電，沒有額外（wài）費用，使用成本遠低於搭架檢測和橋梁檢測車。 　　2、檢測精度高。多軸飛行器（qì）可以搭載高分辨率攝像機對各種橋梁病害進行細致拍攝，能隨時操控拍攝位置，可進（jìn）行多次，反複檢測。 　　3、使用靈活，適應範（fàn）圍廣。外業隻需一台（tái）越野車、一台筆（bǐ）記本（běn）電腦及一台遙控（kòng）裝置就可以對大型橋梁進行檢測（cè），且不需要專用起降場地（dì），有利於橋梁檢（jiǎn）測的日（rì）常化進行。 　　4、維修保養方（fāng）便。機（jī）體為模塊化結構，便於運輸，所（suǒ）搭載的的設備均為外（wài）設，可方（fāng）便靈活進行升（shēng）級或更換（huàn）。 　　無人機橋梁（liáng）快速檢測係統主要由無（wú）人機、數據傳輸係統、任務荷載係統、地麵站係統、其他設備等組成。 　　無人機檢測（cè）內容： 　　針對（duì）橋梁的鋼索（suǒ）、橋墩、橋（qiáo）墩支座、橋塔、橋腹等部（bù）位及螺栓脫落的（de）檢測，無（wú）人機具備諸多的優勢。 　　1. 無人機可以直接到達（dá）檢測部位，無需其它（tā）輔助措施,節省費用； 　　2. 檢測橋（qiáo）墩、橋座（zuò）、橋腹等危險場所，無需搭架或者吊籃配合人員檢測，極大地提高了安全性； 　　3. 對於部分（fèn）無法企及的橋腹、拉索等部位，無人（rén）機（jī）可（kě）以抵近觀察了解更（gèng）多細節； 　　4. 在橋梁日常巡查時，尤其是城市橋梁,無需（xū）封（fēng）閉道（dào）路中斷交（jiāo）通； 　　5. 在天氣情況允許的（de）前提下，實施檢（jiǎn）測（cè）橋（qiáo）梁具（jù）備較高的及（jí）時性； 　　6. 隨著無人機（jī）本身技術的日漸成熟,尤其是飛行安全性（xìng）得到了保障,無人機用於橋梁（liáng）檢測進入實（shí）用階段。 　　無人機在橋梁檢測中的應用現狀： 　　檢測過程通常由兩名（míng）技術人員（一（yī）人掌（zhǎng）控飛行控（kòng）製係統，另外一人控製雲台控製係統拍攝照（zhào）片）配合完成無人機的飛行和拍攝，然後將獲取（qǔ）到的數據回傳至後台係統中加以處理。目前應用無人機開展橋梁檢測的機構主要是（shì）各大科研院所，檢測內容主要包括（kuò）以下（xià）幾個方麵。 　　1. 無人機沿橋梁被檢（jiǎn）測麵飛行（háng），通過手機或遙控器等控製（zhì）設備完（wán）成橋梁底麵、柱麵及橫梁等結構麵的拍攝取證，將采集到的數據（jù）回傳，為專業人員（yuán）分析橋梁裂縫狀態提供依據，及（jí）時發現險情，極大減輕橋（qiáo）梁維護人員的工作（zuò）強度，提高橋梁檢測維護效率。裂縫識別精度能達到亞毫（háo）米級，即使0.1毫米的（de）縫隙也可以被識別出來。 　　2. 無人機和傳感器配合完成橋梁數據采集。其方法（fǎ）是在橋墩和接合處上安放無線傳感（gǎn）器，收集車輛往來時的結構振動等數據。無人機定期在傳感器上方盤旋獲取數據，並且航拍橋梁的細節照片，上（shàng）傳（chuán）到中（zhōng）央（yāng）計算機完成數據分析。 　　3. 無人機在橋（qiáo）梁（liáng）管理中起到非常（cháng）重要的（de）補充作用。主要是借助無（wú）人機的空中優勢，通過搭載高清照（zhào）相機或夜視傳感（gǎn）器設備，可以有（yǒu）效監控橋梁路（lù）麵病害、堵車（chē）、載荷等諸多情況。 　　 現有無人機平台在橋梁檢測應（yīng）用中的（de）局限性： 　　1. 在進行特殊橋梁特定（dìng）部位的檢測時，無法進行有效的航線（xiàn）規劃，尤其是規劃（huá）精度無法達到橋梁檢（jiǎn）測的需求； 　　2. 目前通常（cháng）的做法是采用人工飛行來滿足橋梁日常檢測，但是在抵近觀察的同時，人工控製也存在諸多問題，如飛（fēi）行員近距離長時間觀看視頻會產生眩暈感； 　　3. 當飛行達一定高度和遠度後，易（yì）與遠空背景形成融合，無法有（yǒu）效的對（duì）飛行狀況進行監控； 　　4. 飛行位（wèi）置與觀察部件（jiàn）的距離無法進（jìn）行（háng）有效地把控； 　　5. 由於橋（qiáo）梁結構的相似性，導致檢測（cè）數據無法與橋梁實體結構具體部位關（guān）聯（lián）。 　　無人機橋梁檢（jiǎn）測係統介紹： 　　地麵站係統。整個地麵（miàn）站係統基（jī）於客戶端/服務器模式（shì）(C/S)，客（kè）戶端完成數據采集、控製和接入功能，服務器端（duān）完成數據管理、分析的核心（xīn）功能。同時支持係統的在（zài）線、離線顯示。 　　與（yǔ）無人（rén）機通（tōng）訊功能。地麵站隨時保（bǎo）證與無人機平台係統的（de）通訊，具備信息的收、發功能（néng），在整（zhěng）個飛行過程中暢通無阻，實（shí）時、可（kě）靠地傳輸所有數據。 　　遇險自動（dòng）返航/一鍵返航。智能判斷非正常的控製信號丟失情況，做出適當的失控保護處理。當飛機全自動執行飛行任務時，即使無（wú）線信號丟失，飛機也會繼續完成預設的航線飛行任務（wù）；當飛機處於使（shǐ）用者手動控製下，而發生丟失控製信號的情況（kuàng）後，飛機會保持（chí）原地自主懸停，並在超過10秒後（hòu）信號仍（réng）未恢複情況下，精確找到（dào）起飛點，以最安全的路線（xiàn）和高度，自動返回起飛（fēi）點上空懸停，給飛行係統設備提供一個強大的安全保障（zhàng）。除此以外，用戶也可以隨時點擊（jī）返航按鈕，係統（tǒng）將（jiāng）立即中斷當前的飛行任務，命令飛機開始返航。 　　橋梁三維模型(3D) 導（dǎo）入。基於橋梁檢測的實際應用，支持將橋梁（liáng）結構設計的3D圖導入到地麵站（zhàn）係統中（zhōng），並且在導入的3D圖中可以實（shí）現對（duì）橋梁檢（jiǎn）測點的自助構件編號。 　　基（jī）於3D模（mó）型圖進行路徑規劃。在係統中導入的3D坐標可以直（zhí）接轉換為無人機接入的坐標，無人機在飛行和航線定（dìng）製時，可（kě）以直接參考該坐標，完成路徑規劃、自主飛行（háng）功能。 　　視頻回傳。在無人（rén）機飛行過（guò）程中，係（xì）統可以實時將無人機拍攝的圖像（xiàng）數據回傳（chuán）到地麵站係統，客戶可以將應用軟件安裝在移動端，如手機（jī）或者（zhě）平板電腦，然後（hòu）通過手機或平板電腦在線查看圖像數據。 　　微定位。在無人機飛行過程中，通過係統（tǒng）指定3D坐標結合飛行數據，如飛（fēi）行高（gāo）度、距離、速（sù）度等綜合（hé）數據計算出無人機（jī）當前的飛行位置，完成微坐標定位。在（zài）得到（dào）自動定位後根（gēn）據部（bù）件指定的（de）拍（pāi）攝點自動（dòng）開啟圖像采集功能。 　　告警（jǐng）及（jí）處置。可實時（shí）接收顯示空中視頻（pín）圖像和詳盡的飛行器遙測數據，對信號不良、電池電量不足、空中風力變化（huà）等重要問題自動報（bào）警提示和處理。 　　自動避障係統。采用全新（xīn）的視覺傳感導航係統，可感知附（fù）近障礙物，讓飛行器主動躲避。內置功能強大的（de）處理核心，配備五組視覺超聲波組（zǔ）合傳感器，輔以（yǐ）先進的視覺算法，保證整個檢（jiǎn）測航線的安全飛行。 　　高精（jīng）度視覺定位。係（xì）統提供高精度立體視覺算法（fǎ），近地麵定位精度可達厘米級。在複雜地形（xíng）和高速飛（fēi）行條件下均可提供定位信（xìn）息。視覺定位係統的有效高度高達（dá）20米。 　　多方向感知障礙（ài）物。將飛控係統與自動避障係統結合（hé），讓自動飛行更加安全可靠，使飛行平台具備自（zì）動躲避（bì）障礙能力的同（tóng）時，通過視覺和超聲波傳感器，能實 時監測周（zhōu）邊環境信息。視覺傳感器可以遠距離、高精度感測多種（zhǒng）障礙物，而超聲波傳感器作為補充，可識（shí）別玻璃、樹葉等難以感測的障礙（ài）物。避障係統將數據反饋回飛行控製係統（tǒng）後，飛行平台停（tíng）止往障礙（ài）物方向飛行（háng）。 　　多傳感器融合（hé）帶來更高可靠性（xìng）。避障（zhàng）係統的五個視覺（jiào）傳感模塊的數據被自動融合，並且自動選擇單目或者雙目視覺（jiào）算法以達到出色（sè）的定位效果。因此某個方（fāng）向的感（gǎn）應信息缺（quē）失不會對整個（gè）係統造成影響，給飛（fēi）行平台帶來了強大的避（bì）障可靠性。 　　橋梁檢測航線規劃。在係統（tǒng）輸（shū）入（rù）橋（qiáo）梁結構參數，結合包含（hán）地理信（xìn）息數據的3D結構（gòu）圖，針對需要檢測的部位對飛行航線進行規劃。 　　1)根據實際檢測需要，係（xì）統可以（yǐ）定點標注航點，線（xiàn）路規劃支（zhī）持設置多個航點，航點間設（shè）置（zhì）航（háng）向，完（wán）成整個自動檢測線路的（de）規劃。 　　2)飛行選擇設置自適應協調（diào）模式，在自適應協調轉彎模式（shì）下，飛行器會為不偏離航線而自動減速，完成最優橋梁（liáng）外側檢查點檢測及圖像獲取。 　　3)無人機通過地（dì）麵站控製，完成定點拍照功能（néng），通過定點拍照可以（yǐ）更加精確的獲取指定部位的（de）靜態照片，得（dé）到更（gèng）加清（qīng）晰的圖像數據。 　　4)支持飛行任務導出功能，在完成整個（gè）複（fù）雜的航線任務規劃後，係（xì）統支持將當前所有的航線參數導出並保存為文件。 　　5)支（zhī）持飛行任務導入功（gōng）能，根據飛行軌（guǐ）跡,形成（chéng）完整的檢測航線記錄。作為（wéi）下次檢測航線。 　　模擬航點及指定拍攝點設（shè）置示意圖如下： 　　橋梁模擬航線及拍攝點邏輯示意圖 　　全自動與人工控製： 　　1)可沿（yán）自動設置的線路飛（fēi）行。 　　自動飛行及數據采集處理示意圖 　　2)手動飛行。 　　人工搖控無人機橋梁飛行現場 　　自動病害識別。通過對視頻圖像（xiàng）數據（jù）進行自動分析（xī）處理，確定所檢測對象是否達標，各關鍵節點是否出現病害等（děng）。 　　自動（dòng）生成檢測報告。 　　對所有（yǒu）檢測數據進行綜合對（duì）比之後，得（dé）出檢測（cè）的初步結果，並對所有（yǒu）的結果按格式錄入報告係統（tǒng）。 　　報告係統主要（yào）集成如下幾個功（gōng）能： 　　（1）橋梁健康狀況評（píng）估。根據檢測結果與（yǔ）參考結果進行比較（jiào），結合BCIm計算模型進行判（pàn）定。II~IV得出橋（qiáo）梁健康狀況A~E級，I類（lèi）為合格或者不（bú）合格。 　　（2）報告模板編（biān）輯功能。可定義橋梁常規或定期檢測報告。基本模板包括如下幾部分 　　（a）工程概況（kuàng）； 　　（b）檢（jiǎn）測目的、內容及依據； 　　（c）儀（yí）器設備及（jí）參加人（rén）員； 　　（d）橋梁部件、構件劃分及編號； 　　（e）檢查結果； 　　（f）無損檢測（cè）； 　　（g）橋梁（liáng）技術狀況評定； 　　（h）病害匯總及成因分析； 　　（i）結論與建議； 　　（j）詳細檢（jiǎn）測結果附錄等。 　　（3）數據調用及（jí）報告成生。完（wán）成報告（gào）模板建立後，係（xì）統自動檢索（suǒ）數據庫中（zhōng）對應項目數據並填充至報告中，自動完成報告。 　　（4）曆史定期檢測數據展示。建立橋梁測量數據檔案，對在案的橋梁數據進行統計分析，將橋梁日常變遷及所有參數變化軌跡進行記錄和展示。 　　應用實例： 　　螺栓脫落（luò）檢測：通過視頻處理將脫落的螺（luó）栓點進行對比後，結合橋（qiáo）梁結構，發現對應的脫落點。采用原始圖像數據對脫落點進行展示並形成最終報告。 　　螺（luó）栓（shuān）脫落病害視頻幀截圖 　　 橋體（tǐ）裂縫檢測（cè）：通（tōng）過高（gāo）清攝像頭拍攝（shè）對應裂縫，經過圖片分析後，生成檢測（cè），對於裂縫長度、寬度可進行集中標注，使審（shěn）閱者在審查橋梁結（jié）構時，可以針對（duì）索搭、橋塔、橋腹、支座等特殊部位進行有效分析，評估裂縫對整個橋梁結構造成的病害更加直觀、清晰。 　　橋梁裂縫病害 　　 纜索PE護層破損檢測：對PE護層進行實（shí）時圖像抓取，可以及早有效的發現PE防護層（céng）的開（kāi）裂及（jí）脫落情況，及時有針對性的對受損部位進行修複處（chù）理，預防內部受力件受侵蝕而失效或者損（sǔn）壞。 　　纜索PE護層脫落病害 　　 支座滑移檢測：通過無人機（jī）對構（gòu）件進行多角度拍攝，由軟件自動生成支座的三維（wéi）立體圖形，通過對圖形結構數據進行分析，可以對支座滑移（yí）病（bìng）害進行有效（xiào）分析及展示。 　　橋梁支座滑移病害（hài） 　　 橋梁三維輪廓生成：通過對橋梁構件多角度拍攝，根據圖像由軟件自動生成三維立（lì）體圖形，將三維圖形導出後可形成高精度的橋梁三維模型，橋梁三維模型可作為公路橋梁檔案保存，以便將來為維修工作提（tí）供技術參考。 　　注意事項： 　　1、無人機檢（jiǎn）測一般由２名專業技術人員分別控製機身（shēn）運動、檢測攝像２部分進行（háng）飛行和數據采集。起飛（fēi）前，無人機需放置（zhì）平穩（wěn），調試（shì）各係統（tǒng）確保開機運行正常後，統一指令調度起飛。在飛行過程中，根據檢測對（duì）象的（de）差異控製不同的安全距離。橋（qiáo）墩（dūn）和塔（tǎ）柱一般控製（zhì）在５米左右，纜索和鋼構件等地形複雜部位一般控製在10米左右，具體安全距離需結合現場情況確定。 　　2、無人（rén）機空間位置（zhì）信息、攝錄畫麵實時顯示（shì）在地麵站係統的監控屏幕上（shàng），檢測人（rén）員根據監控初步判斷檢測對（duì）象是否存在病害。若存在（zài），檢測人員根據病害程度，選擇無人機懸停進行局部高清拍照或繼續前進。無人機飛行控製、攝像係統采用無線傳輸信號進行控製，檢測係統采集數據存儲在（zài）無人機機身（shēn），有效避免長距離無線傳輸引起的數（shù）據衰減或（huò）幹（gàn）擾。 　　3、檢（jiǎn）測過程受日照方向、風速、天氣狀況（kuàng）等影響較大，一般應（yīng）選擇檢（jiǎn）測對象迎光麵，采集圖像數據較為（wéi）清晰，避免出現逆光，提高數據采集成功率。一般（bān）選擇在晴天無風環（huán）境下（xià）進（jìn）行檢測，盡量減少環境因素影響，降低檢測過程的安全風險。 　　4、通過現（xiàn）場無人機數據采集後，將圖像等數據下載，利用視頻和圖像處理軟件，分析並確定發現病害的具（jù）體位置和病害尺寸等，然後根（gēn）據《公路技術狀況評定標準（zhǔn）》（ＪＴＧ／Ｔ Ｈ２１－ ２０１１）等相關（guān）規範，對檢測對象的構（gòu）件進行評定。