无人机替代桥梁检测车检测桥梁的可行性分析

在桥梁检测中，目前比较常见的是汽车式桥梁检测车，但是用汽车式桥梁检测车存在耗时、劳动密集、成本高昂等的问题。近年来，无人机开始被尝试用于桥梁检测。

随着无人机应用在越来越多的领域，人们开始了将无人机用于桥梁检测的探索，它可以覆盖传统的汽车式桥梁检测车难以到达的作业位置，能使桥梁检测的过程变得更快，更具成本效益，通过图像采集设备，获取大量数字化的图像和信息，可以使桥梁的检测信息更严谨，然而，这种方式仍然处于原始阶段，距离真正实现应用仍有很长一段路要走。

无人机替代桥梁检测车检测桥梁的短板与问题

说到现实中的应用，目前仍有很多技术方面的挑战。例如：无人机的本地化及检测需要的时间较长，等等。

将无人机应用于桥梁健康监测所面临的问题进行总结，可以分为四大主要方面。

第一，需检测的区域无人机是否可以到达？在实际操作中，很多时候是不能确定的。另外，无人机如何按照GPS所界定的方位准确飞行。实操中，无人机一般是通过GPS导航，但是GPS的信号容易受外在条件的干扰，出现无信号和信号不稳定的情况，当无人机进入监测区域后，如何获取准确有效的数据，同样需要认真考量。

第二，如何将无人机的性能娴熟地运用到桥梁检测中。通常商用无人机在飞行时，受到自重、风力等因素的影响，在驾驶时会出现难以把控的情况，从这个角度讲，用于桥梁检测的无人机需具备特殊性。

第三，图像数据的获取。无人机获取的数据图像质量是否能达到要求，这是最关键的一点。

第四，桥梁受到损坏时如何快速获取损坏情况的信息。

解决方案

第一，对于无人机的定位，特别是桥下的定位，是关于GPS界定环境的问题。在韩国，相关单位研究了基于录像的SLAM方法应对这个问题。这种方法是基于探头的技术，使用相机和RMU来估计无人机在桥下的位置。通过这种方法测试获得的结果，提高了GPS定位的准确性，获得相应的检测数据信息，从而能够非常清楚地看到桥梁的情况。

第二，关于无人机可进入性的限制和局限性问题，目前的研究结果，是选用带有附着能力的无人机进行检测。它自身能够非常紧密地附着在需要检测的结构上，这种无人机可以非常容易地检测到倾斜度比较大的部位和结构。

第三，无人机性能使用问题。如果只是常规的商用无人机不能满足桥梁的检测操作。目前正在研究专用的无人机，专门针对检测所需的功能，包括飞行状态、准确性、操控性等方面，实现定制化无人机做桥梁的检测。

第四，关于破损状况的识别和探测。用于不同类型破损的识别，主要是对于裂缝的探测，可以采用R-CNN的方法，获得混凝土结构既有图像，把获取的图像放入分析网格中，做进一步的裂缝分析。R-CNN可分为快速R-CNN和遮蔽R-CNN两种模式。这里包括针对第三项问题，在获取了图像之后评估其质量，然后找到相应的破损点。

目前还有将无人机应用于桥梁涂层厚度和腐蚀诊断的监测分析案例，通过获取数据再进行分析，可以了解涂层的厚度和材料腐蚀的情况，通过定点监测对这些情况实现可视化观察。但其过程存在一些缺陷，如假报警等。对于这种情况可以使用混合扫描系统，观察到更全面的影像，准确率可以提高40%，减少误报率。

目前，有不少基础设施安全公司在做这种项目实践，这些研究的目标都是基于使用无人机进行更好、更全面、更精确的桥梁检测，可以在耗时、成本、人力、效果等方面得到全面的提升。

本文节选自 《大桥养护与运营》杂志 2019年 第3期 总第7期 有改动

作者 / Hyung-Jo Jung

作者单位 / 韩国科学技术高级研究院，结构控制与智能系统实验室