中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
無(wú)人機(jī)檢測(cè)能夠克服空間的限制，大幅度提升橋梁檢測(cè)效率，節(jié)約檢測(cè)成本，保障人員安全。
目前，我國(guó)關(guān)于無(wú)人機(jī)橋梁檢測(cè)的研究尚處于分離式發(fā)展?fàn)顟B(tài)，即“人在回路的基于無(wú)人機(jī)的橋梁半自動(dòng)檢測(cè)”，無(wú)人機(jī)本身不具備自主識(shí)別結(jié)構(gòu)、自動(dòng)規(guī)劃路線功能，只作為一個(gè)數(shù)據(jù)采集的媒介。研究的側(cè)重點(diǎn)在圖像后期技術(shù)（如目標(biāo)分類、檢測(cè)、分割、三維重構(gòu)等），本質(zhì)是基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)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(biāo)或者是能支持決策的數(shù)據(jù)。
全自動(dòng)無(wú)人機(jī)橋梁檢測(cè)，需要自主規(guī)劃航線、自動(dòng)采集所需數(shù)據(jù)，并自動(dòng)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(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
現(xiàn)今，美國(guó)北卡羅來(lái)納州走在美國(guó)橋梁檢測(cè)技術(shù)實(shí)踐前沿，成為橋梁檢測(cè)行業(yè)的聚焦之地，他們相繼完成了對(duì)大橋的激光繪圖作業(yè)和無(wú)人機(jī)超視距成像作業(yè)。
北卡試驗(yàn)場(chǎng)
這是兩次很有意義的實(shí)踐。首先,在今年9月底完成的對(duì)巴斯奈特大橋的激光繪圖，是用數(shù)萬(wàn)億個(gè)激光束對(duì)大橋（Marc Basnight Bridge）全貌進(jìn)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(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）批準(zhǔn)美國(guó)北卡羅來(lái)納州交通廳（NCDOT）在超視距范圍使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行橋梁檢查，無(wú)人機(jī)檢測(cè)結(jié)構(gòu)安全的新時(shí)代正式開(kāi)啟。
用無(wú)人機(jī)檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)損傷并不稀奇。美國(guó)自2013年以來(lái)就一直在州一級(jí)交通廳嘗試使用無(wú)人機(jī)檢測(cè)。然而，由于信號(hào)和安全性等原因，無(wú)人機(jī)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(wú)人機(jī)的覆蓋范圍擴(kuò)展到操作員視線之外，檢查才能在人類難以到達(dá)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(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而有助于后期的錄入、分析、對(duì)比等工作。
北卡羅來(lái)納州交通廳負(fù)責(zé)人埃里克·博耶特（Eric Boyette）對(duì)這兩項(xiàng)檢測(cè)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(cè)和超視距無(wú)人機(jī)自動(dòng)檢測(cè)是兩項(xiàng)重要的技術(shù)實(shí)踐，兩種載具的優(yōu)勢(shì)都在于對(duì)交通影響極小。尤其是無(wú)人機(jī)檢測(cè)，當(dāng)前任務(wù)是保證無(wú)人機(jī)檢測(cè)流程的完整性、安全性，后續(xù)將提高其他細(xì)節(jié)的識(shí)別能力。這是一套全新的系統(tǒng)，將使我們能夠完成對(duì)大橋的遠(yuǎn)程檢查?！?/P>
該項(xiàng)目的部分應(yīng)用程序由無(wú)人機(jī)制造商Skydio開(kāi)發(fā)。其特點(diǎn)為機(jī)載的人工智能操作系統(tǒng)與動(dòng)力系統(tǒng)，可令飛行器在缺乏可靠GPS信號(hào)的情況下避開(kāi)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(cè)任務(wù)的全過(guò)程。這也是之前自動(dòng)無(wú)人機(jī)檢測(cè)的難點(diǎn)之一。
技術(shù)、成本的全面突破
無(wú)人機(jī)檢測(cè)有一些傳統(tǒng)難點(diǎn)。首先是無(wú)人機(jī)的信號(hào)問(wèn)題。實(shí)操中，無(wú)人機(jī)一般是通過(guò)GPS導(dǎo)航，但是GPS的信號(hào)容易受外在條件的干擾，出現(xiàn)無(wú)信號(hào)和信號(hào)不穩(wěn)定的情況，導(dǎo)致無(wú)法完成檢測(cè)。第二是人機(jī)的自動(dòng)操作問(wèn)題。商用無(wú)人機(jī)飛行會(huì)受到自重、風(fēng)場(chǎng)等因素影響，即使是專業(yè)飛手，駕駛時(shí)也會(huì)出現(xiàn)難以把控的情況。而用于橋梁檢測(cè)的無(wú)人機(jī)需具備一定特殊性，需用定制飛行器加載AI自動(dòng)駕駛技術(shù)。第三是激光成像與無(wú)人機(jī)圖像數(shù)據(jù)的獲取和三維成像技術(shù)，對(duì)飛行樣態(tài)、聚焦準(zhǔn)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(shí)別，主要對(duì)于混凝土裂縫和鋼結(jié)構(gòu)損傷的探測(cè)。無(wú)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(duì)接，分析過(guò)程可以是半人工或由電腦自動(dòng)完成。
本次試驗(yàn)的無(wú)人機(jī)使用的是目前世界上最先進(jìn)的AI自動(dòng)飛行引擎。該技術(shù)可令無(wú)人機(jī)在360°的全障礙環(huán)境中完成自動(dòng)安全導(dǎo)航，即使沒(méi)有GPS信號(hào)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(shí)可完成全部成像傳輸作業(yè)，并交回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)作同步分析。
成本方面，超視距全自動(dòng)無(wú)人機(jī)檢測(cè)技術(shù)，將替代人工觀察員或無(wú)人機(jī)駕駛員，這會(huì)使橋梁檢測(cè)成本進(jìn)一步降低。經(jīng)過(guò)美國(guó)國(guó)家公路和運(yùn)輸官員協(xié)會(huì)（AASHTO）計(jì)算，與傳統(tǒng)檢測(cè)手段相比，無(wú)人機(jī)檢測(cè)的成本可降低75％，主要體現(xiàn)在人工成本和時(shí)間成本的大幅降低，再算上節(jié)省下來(lái)的社會(huì)干擾成本（如封橋斷路等），無(wú)人機(jī)檢測(cè)的綜合成本會(huì)更低。
市場(chǎng)方面，北卡州交通廳負(fù)責(zé)人表示，這是一項(xiàng)“能改變游戲規(guī)則的成就”。這種技術(shù)一旦進(jìn)一步成熟，其市場(chǎng)是州內(nèi)的2萬(wàn)座橋梁和全美60萬(wàn)座橋梁，很有希望徹底告別危險(xiǎn)的吊索和昂貴的人工成本，也為未來(lái)的橋梁和基建檢查鋪平了道路。
本文刊載 / 《大橋養(yǎng)護(hù)與運(yùn)營(yíng)》雜志 2020年 第4期 總第12期
作者 / Anthony Davis
