摘要：桥梁在施工或者后期养护中都需要对桥梁进行定期或不定期的检测，检查是否出现裂缝、露筋、支座开裂等现象，以判断施工质量是否达到要求或者是否需要进行维修，而传统的检测手段包括肉眼查看、监测车以及望远镜等。但对于一些特殊结构（比如斜拉桥、悬索桥或大跨度高墩桥梁），由于空间限制和现场设备条件限制，采用常规的检测手段往往很难检查到梁底、塔柱、斜拉索等关键部位，对于这些盲区需要采用特殊的检测手段。随着航拍技术和摇感技术的出现，无人机在各行各业中得到了广泛应用，桥梁检测中也开始引入无人机进行辅助检测，能够很大程度上解决常规检测存在盲区的问题。本文首先介绍了无人机在桥梁检测中的原理、特点和与传统检测手段的差别，然后阐述了无人机如何进行桥梁各部分结构的检测，最后分析了无人机在桥梁检测应用中关键性的避障问题，以帮助施工人员和养护人员在今后的桥梁相关工作中正确认识和运用好无人机检测技术。
关键词：无人机；桥梁检测；数据传输；
一．无人机桥梁检测系统工作原理及特点
无人机桥梁检测系统包括无人机、数据传输、地面站以及其它相关设备等组成部分。无人机通常是起降平稳的旋翼无人机，其上搭载高清相机来获取结构部件的目标图像信息，并依靠激光雷达和飞行控制系统来识别飞行中的障碍物和进行躲避。地面站则负责接受传输来的数据、监控无人机飞行和纠正分析轨迹，同时检查无人机拍摄影像和判断桥梁显著问题。但对桥梁问题的准确判别还需要无人机影像处理技术及三维重建软件来对无人机拍摄的影像进行滤波、增强、融合、拼接、影像纠正等操作。
对桥梁进行检测时，既可以采用肉眼观察、监测车、远程拍摄等常规性检测手段，也可以采用无人机检测手段。桥梁检查通常可以分为经常性检查、定期检查和特殊检查，不同的检查类型需要采用不同的检查方式。常规检测方式主要是针对一般性的桥梁工程项目，如高度和跨度不大的桥梁，而对于桥梁局部细微处，特别是无人机很难拍摄到死角，肉眼等常规检测手段也非常有效。但比较常规性的桥梁检测方式和无人机检测方式，无人机突破了观察空间和现场观察设备的局限，能够方便地被控制移动在桥梁结构处的多个定点，可以更加全面、清晰地掌握桥梁的健康情况，而且单次检测成本低、稳定可靠、检测精度更高、安全风险更小，有效地弥补了常规检测中的缺陷和不足。
就当前来说，我国的无人机桥梁检测技术已经发展地较为成熟，特别是在一些处于复杂山区地形中的桥梁工程和大跨度桥梁工程中，无人机桥梁检测技术展示了其卓越的技术优越性，在很大程度上弥补了传统的常规检测手段存的检测盲区，给桥梁施工质量检查和桥梁后期养护提供了极大帮助。
二、无人机在桥梁病害检测中的运用方式
高效、快捷的无人机检测手段通过高清相机和测距仪等检测设备，可接近对桥梁结构的多个部位进行拍摄和观察，甚至是持续悬停状态对关键性部位进行反复和多角度拍摄，并实时传输画面到地面站，是集合了飞行控制、图像捕捉等多功能的先进桥梁检测手段，在实际的桥梁工程项目中得到了广泛应用。下面对无人机如何进行桥梁病害检测按照检查具体部位的不同进行说明。
1.混凝土梁板病害检测
桥梁施工中施工条件和施工技术的影响和桥梁长期使用中自然环境的作用，桥梁底板中可能会产生纵横向裂缝或者露筋现象，这些结构裂缝会在荷载和外界环境的作用下不断扩大，最终发展成结构失效。混凝土底板检查时，如果能够控制无人机飞行到混凝土底板下部进行仰拍，则可以避免搭建复杂的底部检查结构进行人工检测，也不需要担心人工检查的安全性问题。此外，机器拍摄的裂缝形态能够被保存下来，可详细分析裂缝程度以判断采取何种修复措施。
2.支座病害检测
桥梁建设初期的橡胶支座经长期自然作用，可能会出现过大变形和开裂现象，导致支座脱空问题。某一部位桥梁支座脱空后，该支座周边桥梁结构很容易发生局部下沉。对支座进行病害检查时，无人机可围绕支座对支座进行全面拍摄，方面人们具体掌握支座工作状态全貌，设定标准参数以后，支座变形的程度也可以被量化判断。
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3.桥墩、桥台病害检测
桥墩和桥台作为传递荷载的关键部位，出现不均匀下沉时往往现象并不明显，需要一段时间的积累才可在肉眼检测时被发现。为了更早发现不均匀沉降和及时采取措施，可利用无人机检测手段对桥墩等处进行放大化观测。
4.桥面铺装病害检测
桥面铺装层受损时，桥梁结构不再具备完整的防水体系，雨水经破损处渗入主梁中很容易导致钢筋锈蚀。桥面铺装病害检测时通常可利用监测车和人工检测手段，但有时也可在桥面施工尚未整体完工时对已铺装区域进行无人机实时检测，方面施工中及时整改。
三、桥梁检测中无人机如何避障
无人机避障中需要先掌握设备当前位置，无人机可以通过电子罗盘和气压高度计等传感器来获取位置及高度，并运用扩展卡尔曼滤波法（EKF）进行数据优化。系统中对当前位置和预期位置两组数据进行比较，通过PID控制器获得理想位置，从而实现对无人机位置的控制。
一般桥梁位于地域狭窄、线缆分布密集区域时，桥梁检测中无人机避障主要涉及两个方向，即前进方向的主动避障和升降方向的避障。
在前进方向上通常可设置十米左右的安全距离，如果小于这一距离，无人机可能因信息传输不通畅而响应滞后，如果大于这一距离，无人机的探测精度将会过低。在进行障碍距离判断时，需要利用无人机几何中心的激光雷达，通过激光反射计算与前方障碍物的距离。但需要注意的是，无人机激光雷达探测数据为极坐标系数据，需要进行转换得到无人机的正确位姿。当无人机飞行速度过快时，系统计算量更大，很容易出现命令延时的问题，需要采用PMW控制，让无人机在距离障碍较近时降低飞行速度以确保安全。而如果飞行前方存在多个障碍物，则需要运用激光雷达测试中与多个障碍物之间的位置关系，并通过控制系统规划出最优前进路线。
由桥梁的特点可知，除底板检测外，无人机在升降方向可能遇到的障碍物相对较少，可以利用反射棱镜将激光雷达的两束光线反射到无人机的上方和下方进行距离测算，另外激光雷达还能够帮助地面站获取无人机的飞行高度。
四、结语
人们对桥梁安全意识的提高使得桥梁检测水平迫切需要得到提升，而无人机技术的出现给桥梁检测领域发展提供了可能性，目前无人机研发在国内外不断推进，无人机检测技术也逐渐被运用到更多实际的桥梁工程项目中。无人机在诸多桥梁项目检测中的成功运用，给桥梁施工质量控制和精细化桥梁养护提供了很多有益的经验。但是无人机在弥补传统检测手段不足的同时也存在其固有的缺陷，在小型化、自动化和集成化等程度还存在缺陷，也还需要提高避障和影像校正、拼接、融合、分析等关键技术。因此，桥梁检测还需要对无人机进行深入研发，并采用多样化的检测手段形成优势互补，才能真正提高无人机在桥梁检测中的应用水平和提升桥梁养护管理水平，保证好桥梁结构的安全性和耐久性。
参考文献
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论文作者:杨娜,章任重
论文发表刊物:《基层建设》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/19
标签：无人机论文; 桥梁论文; 支座论文; 手段论文; 结构论文; 病害论文; 常规论文; 《基层建设》2017年第17期论文;