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无人机桥梁检测解决方案

2020-05-26 21:04 性质:转载 作者:珞珈航空 来源:宁波珞珈航空
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我国共有公路桥梁近100万座,此外2.2万公里的高速铁路中,高铁桥梁的累积长度超过线路总长的50%。目前中国40%的桥梁已经进入使用超过25年的老龄期,存在一定的安...

我国共有公路桥梁近100万座,此外2.2万公里的高速铁路中,高铁桥梁的累积长度超过线路总长的50%。目前中国40%的桥梁已经进入使用超过25年的老龄期,存在一定的安全隐患需要进行检测。桥梁作为国民经济的重要枢纽,为保障安全,结构质量良好的桥梁也至少每三年检测一次。然而桥梁的检测仍存在诸多问题,如检测范围不够全面细致、阻塞交通、作业效率低下、成本高昂、检测人员存在人身安全隐患等等。如何及时有针对性地进行路桥检测是路桥相关部门面临的现实问题。  

传统的“ 体检” 方式是,将桥梁检测车开到桥面上,通过伸展出的支架,工作人员爬上工作平台,然后缓缓降到桥面下,对桥梁进行检测。动辄就要占用几股车道, 检查速度慢,工人的安全也面临风险。此外,采用人工望远镜或高倍望远镜对桥梁进行远距离观测的方式也在桥梁检测中有所应用。这种方式成本低,易于实施,无安全隐患,且基本不影响正常交通。但由于距离检测目标较远,不易发现桥梁裂缝、结构件脱落等病害,且病害不易准确定位和描述,也存在检测盲区,导致检测人员工作量巨大。

传统方法的弊端:

管养部门通常定期对桥梁进行检查,多采用传统检测手段,依靠肉眼或者辅助工具(如桥检车、望远镜等)来检测桥梁主要构件是否出现裂缝、开裂破损、露筋锈蚀、支座脱空等病害。

对于特殊结构桥梁(如斜拉桥、悬索桥、钢管混凝土拱桥等)或者大跨高墩桥梁,在梁底板、塔柱、索缆、斜拉索、塔顶避雷针等可及范围以外,常规检测手段和方法存在局限性,可操作的难度非常大,存在检查盲区,其中局部盲区采取人工现场察看检查,但效率低、难度大、危险系数高。

随着航拍技术、遥感技术的不断发展,无人机应用更多地渗透到各行各业。以无人机为载体、人工智能为核心的桥梁智能检测方案,首先解决无人机在桥梁底部的精确定位问题,然后通过航线规划使无人机在桥梁底部自主飞行,对采集的数据进行病害自动识别和模型三维重建, 将桥梁的各种病害标记在桥梁模型中。

通过桥梁检测,我们可以确保桥梁的使用安全;及早发现桥梁病害及异常现象;为桥梁的维修养护提供科学依据,以适时采取合理的维修加固方法,延长桥梁的使用寿命、提高其承载能力,降低桥梁的维护费用,或拆除重建;考察桥梁是否能满足将来运输量的要求;为桥梁设计、规范修订和完善等提供依据。

无人机检测的优势:

无人机能够定点悬停观测,实时传输画面,且能自控飞行,与常规检测相比,具有较多优势。

1、使用成本低。所用的技术均为比较成熟的技术,在各领域都已大规模应用,如GNSS导航技术、数码影像技术、无线电遥控等技术等,所有设备只需电池供电,没有额外费用,使用成本远低于搭架检测和桥梁检测车。

2、检测精度高。多轴飞行器可以搭载高分辨率摄像机对各种桥梁病害进行细致拍摄,能随时操控拍摄位置,可进行多次,反复检测。

3、使用灵活,适应范围广。外业只需一台越野车、一台笔记本电脑及一台遥控装置就可以对大型桥梁进行检测,且不需要专用起降场地,有利于桥梁检测的日常化进行。

4、维修保养方便。机体为模块化结构,便于运输,所搭载的的设备均为外设,可方便灵活进行升级或更换。

无人机桥梁快速检测系统主要由无人机、数据传输系统、任务荷载系统、地面站系统、其他设备等组成。

检测内容:

针对桥梁的钢索、桥墩、桥墩支座、桥塔、桥腹等部位及螺栓脱落的检测,无人机具备诸多的优势。

1)无人机可以直接到达检测部位,无需其它辅助措施,节省费用;

2)检测桥墩、桥座、桥腹等危险场所,无需搭架或者吊篮配合人员检测,极大地提高了安全性;

3)对于部分无法企及的桥腹、拉索等部位,无人机可以抵近观察了解更多细节;

4)在桥梁日常巡查时,尤其是城市桥梁,无需封闭道路中断交通;

5)在天气情况允许的前提下,实施检测桥梁具备较高的及时性;

6)随着无人机本身技术的日渐成熟,尤其是飞行安全性得到了保障,无人机用于桥梁检测进入实用阶段。

无人机在桥梁检测中的应用现状

检测过程通常由两名技术人员(一人掌控飞行控制系统,另外一人控制云台控制系统拍摄照片)配合完成无人机的飞行和拍摄,然后将获取到的数据回传至后台系统中加以处理。目前应用无人机开展桥梁检测的机构主要是各大科研院所,检测内容主要包括以下几个方面。

一、无人机沿桥梁被检测面飞行,通过手机或遥控器等控制设备完成桥梁底面、柱面及横梁等结构面的拍摄取证,将采集到的数据回传,为专业人员分析桥梁裂缝状态提供依据,及时发现险情,极大减轻桥梁维护人员的工作强度,提高桥梁检测维护效率。裂缝识别精度能达到亚毫米级,即使0.1毫米的缝隙也可以被识别出来。

二、无人机和传感器配合完成桥梁数据采集。其方法是在桥墩和接合处上安放无线传感器,收集车辆往来时的结构振动等数据。无人机定期在传感器上方盘旋获取数据,并且航拍桥梁的细节照片,上传到中央计算机完成数据分析。

三、无人机在桥梁管理中起到非常重要的补充作用。主要是借助无人机的空中优势,通过搭载高清照相机或夜视传感器设备,可以有效监控桥梁路面病害、堵车、载荷等诸多情况。

现有无人机平台在桥梁检测应用中的局限性

1)在进行特殊桥梁特定部位的检测时,无法进行有效的航线规划,尤其是规划精度无法达到桥梁检测的需求;

2)目前通常的做法是采用人工飞行来满足桥梁日常检测,但是在抵近观察的同时,人工控制也存在诸多问题,如飞行员近距离长时间观看视频会产生眩晕感;

3)当飞行达一定高度和远度后,易与远空背景形成融合,无法有效的对飞行状况进行监控;

4)飞行位置与观察部件的距离无法进行有效地把控;

5)由于桥梁结构的相似性,导致检测数据无法与桥梁实体结构具体部位关联。

2无人机桥梁检测系统方案

无人机桥梁检测系统主要功能

自动防撞、返航、告警、防风平衡。

与桥梁三维模型相结合形成良好的操控界面,实现自动航线规划。

数据智能分析,为桥梁病害评估提供依据。

高清摄像机:多种类型和分辨率的高清、夜视摄像机可供选择。

具备可扩展性,可与其它微型检测设备结合,丰富检测功能.

自主飞行与人工遥控相结合。

无线数据传输。

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