無人機(jī)替代橋梁檢測車檢測橋梁的可行性分析
在橋梁檢測中,目前比較常見的是汽車式橋梁檢測車,但是用汽車式橋梁檢測車存在耗時(shí)、勞動密集、成本高昂等的問題。近年來,無人機(jī)開始被嘗試用于橋梁檢測。
隨著無人機(jī)應(yīng)用在越來越多的領(lǐng)域,人們開始了將無人機(jī)用于橋梁檢測的探索,它可以覆蓋傳統(tǒng)的汽車式橋梁檢測車難以到達(dá)的作業(yè)位置,能使橋梁檢測的過程變得更快,更具成本效益,通過圖像采集設(shè)備,獲取大量數(shù)字化的圖像和信息,可以使橋梁的檢測信息更嚴(yán)謹(jǐn),然而,這種方式仍然處于原始階段,距離真正實(shí)現(xiàn)應(yīng)用仍有很長一段路要走。
無人機(jī)替代橋梁檢測車檢測橋梁的短板與問題
說到現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用,目前仍有很多技術(shù)方面的挑戰(zhàn)。例如:無人機(jī)的本地化及檢測需要的時(shí)間較長,等等。
將無人機(jī)應(yīng)用于橋梁健康監(jiān)測所面臨的問題進(jìn)行總結(jié),可以分為四大主要方面。
第一,需檢測的區(qū)域無人機(jī)是否可以到達(dá)?在實(shí)際操作中,很多時(shí)候是不能確定的。另外,無人機(jī)如何按照GPS所界定的方位準(zhǔn)確飛行。實(shí)操中,無人機(jī)一般是通過GPS導(dǎo)航,但是GPS的信號容易受外在條件的干擾,出現(xiàn)無信號和信號不穩(wěn)定的情況,當(dāng)無人機(jī)進(jìn)入監(jiān)測區(qū)域后,如何獲取準(zhǔn)確有效的數(shù)據(jù),同樣需要認(rèn)真考量。
第二,如何將無人機(jī)的性能嫻熟地運(yùn)用到橋梁檢測中。通常商用無人機(jī)在飛行時(shí),受到自重、風(fēng)力等因素的影響,在駕駛時(shí)會出現(xiàn)難以把控的情況,從這個(gè)角度講,用于橋梁檢測的無人機(jī)需具備特殊性。
第三,圖像數(shù)據(jù)的獲取。無人機(jī)獲取的數(shù)據(jù)圖像質(zhì)量是否能達(dá)到要求,這是最關(guān)鍵的一點(diǎn)。
第四,橋梁受到損壞時(shí)如何快速獲取損壞情況的信息。
解決方案
第一,對于無人機(jī)的定位,特別是橋下的定位,是關(guān)于GPS界定環(huán)境的問題。在韓國,相關(guān)單位研究了基于錄像的SLAM方法應(yīng)對這個(gè)問題。這種方法是基于探頭的技術(shù),使用相機(jī)和RMU來估計(jì)無人機(jī)在橋下的位置。通過這種方法測試獲得的結(jié)果,提高了GPS定位的準(zhǔn)確性,獲得相應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)信息,從而能夠非常清楚地看到橋梁的情況。
第二,關(guān)于無人機(jī)可進(jìn)入性的限制和局限性問題,目前的研究結(jié)果,是選用帶有附著能力的無人機(jī)進(jìn)行檢測。它自身能夠非常緊密地附著在需要檢測的結(jié)構(gòu)上,這種無人機(jī)可以非常容易地檢測到傾斜度比較大的部位和結(jié)構(gòu)。
第三,無人機(jī)性能使用問題。如果只是常規(guī)的商用無人機(jī)不能滿足橋梁的檢測操作。目前正在研究專用的無人機(jī),專門針對檢測所需的功能,包括飛行狀態(tài)、準(zhǔn)確性、操控性等方面,實(shí)現(xiàn)定制化無人機(jī)做橋梁的檢測。
第四,關(guān)于破損狀況的識別和探測。用于不同類型破損的識別,主要是對于裂縫的探測,可以采用R-CNN的方法,獲得混凝土結(jié)構(gòu)既有圖像,把獲取的圖像放入分析網(wǎng)格中,做進(jìn)一步的裂縫分析。R-CNN可分為快速R-CNN和遮蔽R-CNN兩種模式。這里包括針對第三項(xiàng)問題,在獲取了圖像之后評估其質(zhì)量,然后找到相應(yīng)的破損點(diǎn)。
目前還有將無人機(jī)應(yīng)用于橋梁涂層厚度和腐蝕診斷的監(jiān)測分析案例,通過獲取數(shù)據(jù)再進(jìn)行分析,可以了解涂層的厚度和材料腐蝕的情況,通過定點(diǎn)監(jiān)測對這些情況實(shí)現(xiàn)可視化觀察。但其過程存在一些缺陷,如假報(bào)警等。對于這種情況可以使用混合掃描系統(tǒng),觀察到更全面的影像,準(zhǔn)確率可以提高40%,減少誤報(bào)率。
目前,有不少基礎(chǔ)設(shè)施安全公司在做這種項(xiàng)目實(shí)踐,這些研究的目標(biāo)都是基于使用無人機(jī)進(jìn)行更好、更全面、更精確的橋梁檢測,可以在耗時(shí)、成本、人力、效果等方面得到全面的提升。
本文節(jié)選自 《大橋養(yǎng)護(hù)與運(yùn)營》雜志 2019年 第3期 總第7期 有改動
作者 / Hyung-Jo Jung
作者單位 / 韓國科學(xué)技術(shù)高級研究院,結(jié)構(gòu)控制與智能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室