無（wú）人（rén）機檢測能夠克服（fú）空間的（de）限製，大幅度提升橋梁（liáng）檢測效率，節約檢測（cè）成（chéng）本，保障人員安全。

目（mù）前，我國關於無人機（jī）橋梁檢測的研究尚處於分離式發展狀（zhuàng）態，即“人在回路的基於無人機的橋梁半自動檢（jiǎn）測”，無人機本身不具備自主識別結構、自動規劃路線功（gōng）能，隻作（zuò）為一個（gè）數（shù）據（jù）采（cǎi）集的媒介。研究的側重點在圖像（xiàng）後期技術（如目標分類、檢測、分割（gē）、三（sān）維重（chóng）構等），本質（zhì）是基（jī）於（yú）計算機視覺和深度學習的圖像處理，將拍到的圖片、視頻轉（zhuǎn）換成橋梁工程師能（néng）看懂的指標或者是能支持決策的數據。

全自動無人機橋梁檢測，需要自主規劃航線、自動采集（jí）所需數據，並（bìng）自動（dòng）完成數據分析，分（fèn）析結果直（zhí）接服務於決策。這（zhè）是（shì）未來的發展趨勢。

現今，美國北卡羅來納州走（zǒu）在美國橋梁檢測技（jì）術實踐前沿，成為橋梁（liáng）檢測行業的聚焦之地，他們相繼完成了對大橋的激光繪圖作業和無人機超（chāo）視距成像作業。

北卡試驗場

這是兩（liǎng）次很有意義（yì）的實踐。首（shǒu）先,在今年（nián）9月底完成的對巴（bā）斯奈特大橋的激（jī）光繪圖，是用數萬億個激光束對大橋（Marc Basnight Bridge）全貌進行了一次徹底掃描，用以觀（guān）察橋梁混凝土的應變和結構損傷。緊接著在（zài）10月初，美國聯邦航空管理（lǐ）局（FAA）批（pī）準美國北卡羅來納州交通廳（NCDOT）在超視距範圍使（shǐ）用無人機（jī）進行橋梁（liáng）檢查，無人機檢測結構安全的新時代（dài）正式開啟。

用無人機檢測橋（qiáo）梁結構損傷並不稀奇。美國自2013年以來就一直在州一級交（jiāo）通（tōng）廳嚐試使用（yòng）無人機檢測。然而，由於信號和安全性等原因，無人機在超視距範圍和橋梁結構死角的處理（lǐ）上一直不（bú）理想（xiǎng）。而隻（zhī）有將無（wú）人機的覆蓋範圍擴展到操作員視線之外，檢查才能在人類難（nán）以（yǐ）到達的地方收集更（gèng）多高分辨（biàn）率圖像（xiàng），橋梁（liáng）結構的（de）分析才能完整且（qiě）標準，進而有助於後（hòu）期的錄入、分析、對比等工作。

北卡羅來納州（zhōu）交通廳負責人埃裏克·博耶特（Eric Boyette）對這兩項檢測技（jì）術能夠在北卡州率先應用感到非常欣慰。他表（biǎo）示：“車載激光（guāng）檢測和超視距無人（rén）機自動檢測是兩項重要的技術實踐（jiàn），兩種載具的優勢都在於（yú）對交通影響極小。尤其是（shì）無人機（jī）檢測，當前任（rèn）務是保（bǎo）證無人（rén）機檢測流程的（de）完整性、安全（quán）性，後續將提高其他細節的（de）識別能力。這是一套全新的係統（tǒng），將使我們能夠完（wán）成對大橋的遠程檢查。”

該項目的部分應用（yòng）程（chéng）序由無人機製造商Skydio開發。其（qí）特點為機載的人工智能操作係統與動力係統，可令飛行器在缺乏可靠GPS信號（hào）的情況下避開障礙物（例如橋梁下部結構和下（xià）部桁架等），從而（ér）安全、完整（zhěng）地完成檢（jiǎn）測（cè）任務的全過程。這也是之前自動無人機檢測的難點之一。

技術（shù）、成本的全麵突（tū）破

無人機（jī）檢測（cè）有一些傳統難點。首先是無（wú）人機的信號問題。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（tiáo）件的幹擾，出現（xiàn）無信號和信號不穩（wěn）定的情況，導致無法完成檢測。第（dì）二是人機的自（zì）動操作問題。商（shāng）用無人機飛行會受到自重、風場等因素影響，即使是專業飛手，駕駛時（shí）也會出現（xiàn）難以把（bǎ）控的（de）情況。而用（yòng）於橋梁檢測的無人機（jī）需具備一（yī）定（dìng）特殊性，需用定製飛行（háng）器加載（zǎi）AI自動駕駛技術。第三是激光成（chéng）像與無人機圖像數（shù）據的獲取和三維成像技術，對飛行（háng）樣態、聚焦準確性等方麵（miàn）都有特殊要求。第四（sì）是關於橋梁不同種類（lèi）的損傷識（shí）別，主要對於混凝土裂縫和鋼結構損傷的探測。無論（lùn）空中還是路麵的載具，激光掃描出的成像要能夠直接與預設的橋梁健康分析係統對（duì）接，分析過程可以是半人工或由電腦自動完成。

本次試驗的無人（rén）機使用的是目前（qián）世界（jiè）上最先（xiān）進的AI自動飛行引（yǐn）擎。該技術可令無人機在360°的全障礙環境中完成自動安全導航，即使沒有GPS信號的區域也可以使用。成像傳輸方麵（miàn），一座150米的鋼桁架橋，兩小時可完成全部成像傳輸作業，並交回數據庫作同步分析。

成本方麵，超視距（jù）全自（zì）動無人機檢測技術，將替代人工觀察員或無人機駕駛員，這會使橋梁檢測成本進一步降低。經過美國（guó）國家公路和運輸官員協會（AASHTO）計算（suàn），與傳統檢測手段相比，無人機檢測的成本（běn）可降低75％，主要體現在人工成本和時間成本的大幅降低，再算上節省下來的社會幹擾成本（如封（fēng）橋斷路等），無人機檢測的綜合成本會更低。

市場方麵，北卡州交通（tōng）廳（tīng）負責人表（biǎo）示，這是一（yī）項（xiàng）“能改變遊戲規則的成就”。這種技術一旦進一步（bù）成熟，其市場是州內的2萬座橋梁（liáng）和全美60萬座橋梁，很有希望徹底告別危（wēi）險的吊索和昂貴（guì）的人工成本，也為未來的橋（qiáo）梁和（hé）基建檢查鋪平了道路。

​本文刊載 / 《大橋養護與（yǔ）運營》雜誌 2020年 第4期 總第12期

作者 / Anthony Davis