無人機檢測能夠克服空間的限制，大幅度提升橋梁檢測效率，節(jié)約檢測成本，保障人員安全。

目前，我國關(guān)于無人機橋梁檢測的研究尚處于分離式發(fā)展狀態(tài)，即“人在回路的基于無人機的橋梁半自動檢測”，無人機本身不具備自主識別結(jié)構(gòu)、自動規(guī)劃路線功能，只作為一個數(shù)據(jù)采集的媒介。研究的側(cè)重點在圖像后期技術(shù)（如目標分類、檢測、分割、三維重構(gòu)等），本質(zhì)是基于計算機視覺和深度學(xué)習(xí)的圖像處理，將拍到的圖片、視頻轉(zhuǎn)換成橋梁工程師能看懂的指標或者是能支持決策的數(shù)據(jù)。

全自動無人機橋梁檢測，需要自主規(guī)劃航線、自動采集所需數(shù)據(jù)，并自動完成數(shù)據(jù)分析，分析結(jié)果直接服務(wù)于決策。這是未來的發(fā)展趨勢。

現(xiàn)今，美國北卡羅來納州走在美國橋梁檢測技術(shù)實踐前沿，成為橋梁檢測行業(yè)的聚焦之地，他們相繼完成了對大橋的激光繪圖作業(yè)和無人機超視距成像作業(yè)。

北卡試驗場

這是兩次很有意義的實踐。首先，在今年9月底完成的對巴斯奈特大橋的激光繪圖，是用數(shù)萬億個激光束對大橋（Marc Basnight Bridge）全貌進行了一次徹底掃描，用以觀察橋梁混凝土的應(yīng)變和結(jié)構(gòu)損傷。緊接著在10月初，美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）批準美國北卡羅來納州交通廳（NCDOT）在超視距范圍使用無人機進行橋梁檢查，無人機檢測結(jié)構(gòu)安全的新時代正式開啟。

用無人機檢測橋梁結(jié)構(gòu)損傷并不稀奇。美國自2013年以來就一直在州一級交通廳嘗試使用無人機檢測。然而，由于信號和安全性等原因，無人機在超視距范圍和橋梁結(jié)構(gòu)死角的處理上一直不理想。而只有將無人機的覆蓋范圍擴展到操作員視線之外，檢查才能在人類難以到達的地方收集更多高分辨率圖像，橋梁結(jié)構(gòu)的分析才能完整且標準，進而有助于后期的錄入、分析、對比等工作。

北卡羅來納州交通廳負責(zé)人埃里克·博耶特（Eric Boyette）對這兩項檢測技術(shù)能夠在北卡州率先應(yīng)用感到非常欣慰。他表示：“車載激光檢測和超視距無人機自動檢測是兩項重要的技術(shù)實踐，兩種載具的優(yōu)勢都在于對交通影響極小。尤其是無人機檢測，當(dāng)前任務(wù)是保證無人機檢測流程的完整性、安全性，后續(xù)將提高其他細節(jié)的識別能力。這是一套全新的系統(tǒng)，將使我們能夠完成對大橋的遠程檢查。”

該項目的部分應(yīng)用程序由無人機制造商Skydio開發(fā)。其特點為機載的人工智能操作系統(tǒng)與動力系統(tǒng)，可令飛行器在缺乏可靠GPS信號的情況下避開障礙物（例如橋梁下部結(jié)構(gòu)和下部桁架等），從而安全、完整地完成檢測任務(wù)的全過程。這也是之前自動無人機檢測的難點之一。

技術(shù)、成本的全面突破

無人機檢測有一些傳統(tǒng)難點。首先是無人機的信號問題。實操中，無人機一般是通過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，導(dǎo)致無法完成檢測。第二是人機的自動操作問題。商用無人機飛行會受到自重、風(fēng)場等因素影響，即使是專業(yè)飛手，駕駛時也會出現(xiàn)難以把控的情況。而用于橋梁檢測的無人機需具備一定特殊性，需用定制飛行器加載AI自動駕駛技術(shù)。第三是激光成像與無人機圖像數(shù)據(jù)的獲取和三維成像技術(shù)，對飛行樣態(tài)、聚焦準確性等方面都有特殊要求。第四是關(guān)于橋梁不同種類的損傷識別，主要對于混凝土裂縫和鋼結(jié)構(gòu)損傷的探測。無論空中還是路面的載具，激光掃描出的成像要能夠直接與預(yù)設(shè)的橋梁健康分析系統(tǒng)對接，分析過程可以是半人工或由電腦自動完成。

本次試驗的無人機使用的是目前世界上最先進的AI自動飛行引擎。該技術(shù)可令無人機在360°的全障礙環(huán)境中完成自動安全導(dǎo)航，即使沒有GPS信號的區(qū)域也可以使用。成像傳輸方面，一座150米的鋼桁架橋，兩小時可完成全部成像傳輸作業(yè)，并交回數(shù)據(jù)庫作同步分析。

成本方面，超視距全自動無人機檢測技術(shù)，將替代人工觀察員或無人機駕駛員，這會使橋梁檢測成本進一步降低。經(jīng)過美國國家公路和運輸官員協(xié)會（AASHTO）計算，與傳統(tǒng)檢測手段相比，無人機檢測的成本可降低75%，主要體現(xiàn)在人工成本和時間成本的大幅降低，再算上節(jié)省下來的社會干擾成本（如封橋斷路等），無人機檢測的綜合成本會更低。

市場方面，北卡州交通廳負責(zé)人表示，這是一項“能改變游戲規(guī)則的成就”。這種技術(shù)一旦進一步成熟，其市場是州內(nèi)的2萬座橋梁和全美60萬座橋梁，很有希望徹底告別危險的吊索和昂貴的人工成本，也為未來的橋梁和基建檢查鋪平了道路。

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