黄若昀 范昊罡

（1.江苏高速公路工程养护技术有限公司,江苏 南京 211106；2.南京华智大为科技有限责任公司,江苏 南京 211899）

在对桥梁工程进行检测的过程中，相关单位的工作人员一定要充分意识到新型无人机检测技术的应用优势，明确目前所应用的主要新型无人机检测技术及其应用方法。合理运用新型无人机检测技术，包括无人机的合理选择、无人机本身的科学检测与航线规划、桥梁外观检测、桥梁病害图像识别、桥梁建模以及检测结果处理分析等，充分发挥新型无人机检测技术的应用优势，从而实现桥梁工程质量检测结果的科学、全面获取。

1 项目背景

本次需要检测的某大桥于2014年建成，其主桥是（35+35+158+40）m形式的独塔空间素面混合梁斜拉桥，桥面标准宽度是35.5 m，桥塔总高度是111 m，在中分带布设，朝主跨方向倾斜18°，桥面南北方向总坡度最大值均为4.2%，设计时速为40 km，汽车荷载设计为公路-I级，抗震设防烈度设计为7°。本次桥梁检测中，主要对该桥梁钢结构涂层情况、斜拉索螺栓缺失或松动情况以及路面缺陷情况进行检测，以此来为该桥梁的维修提供参考依据。

2 新型无人机检测技术的主要优势

相比传统无人机，新型无人机的主要优势包括以下几点：

第一，质量较轻。有关研究显示，通常情况下，新型无人机的起飞重量可控制在20 kg以内，飞行更加灵活。

第二，单价较低。通常情况下，新型无人机的单价在1万～100万美元，其中有近四分之一的新型无人机单价不超过10万美元，甚至有些新型无人机的单价不足1万美元。

第三，机动性高。有关研究显示，新型无人机的过载量可以超过4 kg，具有更好的机动性。

第四，适应性强。新型无人机的起升和降落都更加简单，起升和降落的方式更加灵活多样。新型无人机可通过母机带动、手挪、滑跑、弹射等方式起升，以消降、伞降、拦截网等方式降落，在各种地形环境下都可以适用[1]。

第五，安全性高。新型无人机在恶劣复杂的环境条件下也能适用，甚至能够在化学危害区、生物危害区内工作，具有更高的安全性。

3 桥梁检测中的新型无人机检测主要技术分析

在通过新型无人机检测技术对桥梁工程质量进行检测的过程中，相关单位与技术人员需要对其主要技术及其应用加以明确，包括异形检测无人机、中继无人机、多旋翼无人机以及建筑信息化模型地面站系统等。

3.1 异形检测无人机

异形检测无人机具有比较特殊的结构，它可以对桥梁外部进行有效检测。具体应用中，首先需要在无人机前段设置两个固定臂，使其方向向前，然后将滑轮、舵机置于固定臂上，再将摄像设备安装到两个固定臂中间，进而可有效解决传统无人机拍摄不能覆盖垂直面的问题。将八轴形式的动力系统作为无人机飞行驱动系统，即使是在强风条件下，也可以实现其飞行方向的有效调整。在异形检测无人机的旋翼顶端覆盖防护网，可使其紧贴桥梁底部进行拍摄。另外，将IUM模块以及GNSS模块配备在异形检测无人机中，可通过软件对其多路导航进行设置。通常情况下，异形检测无人机的飞行测量精度可达到1 cm以内，且对磁干扰具有很强的抵抗能力，为桥梁工程检测拍摄奠定良好的技术基础[2]。

3.2 中继无人机

中继无人机的主要功能是实现GPS信号的进一步增强，同时也可以对磁罗盘等进行校准。在桥梁检测中，中继无人机的应用可有效防止桥梁底部测量中的信号丢失，并有效抵抗桥梁底部的强烈磁场干扰，确保测量精度。

3.3 多旋翼无人机

多旋翼无人机是新型无人机中最常见的一种类型，就目前的桥梁检测来看，应用较多的就是四旋翼无人机。此类无人机的电机通常是通过电调来直接驱动，且能够通过为电调发送PWM信号的形式进行电机转速控制，其发射信号的高电平宽度越大，电机转速也就越快。具体工作中，可将第i个信号电机的转速设为，将所有旋翼的升力总和设为FA，将无人机承受的重力设为FG。在多旋翼无人机起升和降落时，首先需要让四个旋翼的保持相同，且无人机的横滚、偏航以及俯仰力矩都需要控制为零，对四个旋翼转速进行调整，便可改变多旋翼无人机的起升力。如果FA＜FG，多旋翼无人机便会下落；如果FA＞FG，多旋翼无人机便会起升；如果FA＝FG，多旋翼无人机便会悬停[3]。通过这样的方式，便可对多旋翼无人机的运行状态、拍摄内容以及拍摄角度进行灵活控制。

3.4 建筑信息化模型地面站系统

建筑信息化模型地面站系统是将BIM技术作为基础所建立的一种信息化模型。该系统的应用，不仅可以为新型无人机检测的安全性提供保障，同时也可以将新型无人机航摄获取到的二维照片转变为三维模型，从而对桥梁建筑外表面损坏和病害情况达到良好的检测效果。就目前来看，Pix4D系列建模软件是新型无人机检测中常用的建筑信息化模型地面系统软件，将该软件与其配套设施加以合理应用，可达到全天候、无限制的桥梁检测效果。具体应用中，可将信息检测模型建立在3D模型上，提前将相应的数据信息导入该软件中，便可实现桥梁工程建筑模型的科学建立；对于需要重新拍摄的内容，在获取之后，只需要再次导入该模型中，便可在不需要修改其他有效数据的基础上实现桥梁建筑模型的精确建立，从而实现高精度桥梁检测数据的获取[4]。

4 桥梁检测中的新型无人机检测技术具体应用策略

在通过新型无人机检测技术进行桥梁检测的过程中，相关单位的工作人员一定要将项目概况、检测任务、检测技术需求等作为依据，结合现场实际情况，对新型无人机检测技术加以合理应用。有效发挥出此项技术优势，实现测量结果的科学准确获取。以下是本次桥梁检测中的新型无人机检测技术应用策略。

4.1 无人机选择

本次检测中，选择的无人机为大疆M200型四旋翼无人机飞行器，搭载Z30型摄像头进行桥梁检测。表1是大疆M200型四旋翼无人机的主要技术参数，表2是大疆Z30型摄像头的主要技术参数。

表1 大疆M200型四旋翼无人机的主要技术参数

表2 大疆Z30型摄像头主要技术参数

4.2 无人机本身检测与航线规划

为确保无人机航摄效果，在起飞之前，首先需要安排2名专业技术人员对无人机的机身及其摄像头进行检测，使其整体重量得到科学控制，并确保无人机和摄像头的状态满足实际检测工作的需求。对于存在问题的参数，应及时做好调试。同时也需要根据桥梁工程的实际情况与特征，对无人机测量航线进行合理规划。通过这样的方式，为桥梁工程的无人机检测奠定良好基础[5]。图1为本次桥梁检测中的新型无人机航线规划图。

图1 本次桥梁检测中的新型无人机航线规划图

4.3 桥梁外观检测

在通过新型无人机检测技术进行桥梁检测的过程中，不同的航线，其拍摄方式也不同，且照片重叠率需要控制在90%以上。以下是该桥梁各个部位的无人机拍摄方式：

第一，在桥梁上空拍摄中，镜头始终朝向桥体，每一个航点都需要拍摄1张照片，其倾斜角度控制为45°，环绕半径控制在20 m～50 m，环绕高度控制在15 m、45 m、75 m。

第二，在桥梁两侧拍摄中，镜头始终朝向桥体，每一个航点需要拍摄3张照片，其倾斜角度分别控制在-30°、0°、30°，航线水平和垂直间距应控制在5m～10 m。

第三，在道路上空拍摄中，镜头应始终朝向路面，每一个航点需要拍摄3张照片，其倾斜角度分别控制在30°、60°、90°，无人机与拍摄点之间的距离控制在10 m，航点间距控制在3 m。

第四，在斜杆四周拍摄中，镜头需要始终朝向斜杆，每一个航点水平拍摄1张照片，航点间距控制在5 m[6]。

整个检测过程可在地面控制终端实时查看，当电池电量偏低时，无人机会自动返航，待更换电池之后再继续从断点位置续航。本次测量共花费了2.2 h，检测路径共8条。检测中，无人机更换电池次数为6次，拍摄获取到的有效照片超过1 000张。

4.4 桥梁病害图像识别

通过新型无人机航摄技术获取了该桥梁工程的测量图像之后，无人机会将获取到的图像及时上传到地面终端系统。通过地面终端系统中的计算机软件，可对桥梁上存在的一些病害进行识别：借助云端智能技术，可对桥梁上的破损、锈蚀、裂缝等病害做出初期筛选。然后将相应的病害标注到图片和后续建立好的模型中，其识别精度可以达到毫米级别。识别中，对于一些存疑的识别结果，专家需要在图片上做好人工标记，以便在后续维修中进一步核实[7]。

4.5 桥梁建模

在新型无人机飞行检测任务结束之后，获取到的所有图片都将会上传到云端服务器，并通过云端服务器对其参数进行设置，包括相应的传感器尺寸、文件大小、重建精度等。在完成相应参数设置之后，计算机便会自动进行图片的多视角三维重建，然后将图片和数据导入Pix4D建模软件中，便可对桥梁建筑的信息化三维模型进行构建。图2为本次所检测桥梁建筑的信息化三维立体模型示意图。

图2 本次所检测桥梁建筑的信息化三维立体模型示意图

4.6 检测结果处理和分析

在完成了桥梁工程的信息化模型建立之后，为实现新型无人机检测精度的科学评定，本次分析中，对几种主流地图测量参数和新型无人机检测结果模型参数进行了对比，包括桥体宽度对比、桥体长度对比以及桥体周长对比。表3为本次桥梁检测中的新型无人机检测结果模型参数与几种主流地图测量参数的对比结果。

表3 本次桥梁检测中的新型无人机检测结果模型参数与几种主流地图测量参数的对比结果

通过实际应用发现，在新型无人机检测技术进行本次桥梁检测之后，其测量精度可控制在厘米级别。为进一步确保新型无人机检测技术的测量精度，本次研究中，也对无人机测量结果模型参数和实际测量参数进行了对比。表4为本次桥梁检测中的新型无人机检测结果模型参数与实际测量参数的对比结果。

表4 本次桥梁检测中的新型无人机检测结果模型参数与实际测量参数的对比结果

通过上述对比可知，在本次桥梁检测中，通过新型无人机检测技术获得的结果与实际测量结果十分接近，其误差可控制在5 cm以内。由此可见，新型无人机检测技术在当今的桥梁检测中具有较高的可靠性与可行性。表5为本次桥梁工程新型无人机检测获得的主要病害数量结果。

表5 本次桥梁工程新型无人机检测获得的主要病害数量结果

除了以上的桥梁工程病害数量统计之外，在本次通过新型无人机检测技术对该桥梁工程进行检测之后，其所有的病害都会明确呈现在桥梁建筑信息化模型中，包括病害的具体位置、大小、形状、病害严重程度等。通过这样的方式，便可为该桥梁后续的运维养护工作提供科学、准确的数据支撑，从而进一步提升桥梁工程的维修养护工作质量。

5 结语

综上所述，在桥梁检测中，新型无人机检测技术所发挥的作用十分显著。相比传统无人机检测，新型无人机检测不仅具备更高的检测效率和检测精度，同时也更加安全、便捷，花费更少。因此，在桥梁检测工作中，相关单位的技术人员应加大力度对新型无人机检测技术及其应用进行研究，通过运行参数、航行路线、拍摄方式等的合理设置，来实现桥梁工程信息的全面、精准获取，并对获取到的信息加以充分利用，采用信息化建模软件来进行桥梁建筑三维模型的建立，使其各类质量问题直观地显示在模型中，为后续的病害处理提供科学的参考依据。