无人机桥梁检测系统
（具备自主飞行功能）
重庆XXX 科技有限公司
目 录
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无人机系统在桥梁检测中的应用 ............................................................................................. 1 1.1 1.2 1.3 2
无人机系统在桥梁检测中的优越性 . ..................................................................................... 1 无人机在桥梁检测中的应用现状 . ......................................................................................... 1 现有无人机平台在桥梁检测应用中的局限性 . ..................................................................... 2
亚派无人机桥梁检测系统方案 ................................................................................................. 2 2.1 2.2 2.3
无人机桥梁检测系统主要功能 . ............................................................................................. 2 亚派无人机桥梁检测系统架构图 . ......................................................................................... 2 亚派无人机桥梁检测系统介绍 . ............................................................................................. 3
2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 3
地面站系统 ..................................................................................................................... 3
自动避障系统 ................................................................................................................. 5 桥梁检测航线规划 ......................................................................................................... 6 全自动与人工控制 ......................................................................................................... 7 自动病害识别 ................................................................................................................. 8 自动生成检测报告 ......................................................................................................... 8
应用实例 ................................................................................................................................... 9 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
螺栓脱落检测 ......................................................................................................................... 9 桥体裂缝检测 ....................................................................................................................... 10 缆索PE 护层破损检测 ......................................................................................................... 10 支座滑移检测 ....................................................................................................................... 11 桥梁三维轮廓生成 ............................................................................................................... 11
1 无人机系统在桥梁检测中的应用
1.1 无人机系统在桥梁检测中的优越性
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。
1.2 无人机在桥梁检测中的应用现状
随着无人机技术的不断进步， 无人机用于桥梁检测的报道时有出现。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
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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。
1.3 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 亚派无人机桥梁检测系统方案
2.1 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。
2.2 亚派无人机桥梁检测系统架构图
选用稳定的无人机系统, 具有高耐久性、高稳健性等特点，结合桥梁检测的特殊性，进行针对性的研发改进，使无人机检测平台适用于桥梁的专业性检测，整个操作过程更加便捷有效。
检测人员
图1 系统架构图
亚派无人机系统主要由无人机飞行平台、避障系统、高清摄像机、遥控设备、地面站系统以及报告处理服务器几大关键部分组。
无人机平台、避障系统结合高清摄像机在实现安全飞行的同时可以获取高清的图像数据。
地面站系统与摇控设备组合可以实现飞行航线的规划、处理以及各种飞行类、检测类数据的展示与处理。
报告处理服务器可以根据客户需求定制各类检测报告。
现有无人机系统的特点
2.3 亚派无人机桥梁检测系统介绍 2.3.1 地面站系统
整个地面站系统基于客户端/服务器模式(C/S)，客户端完成数据采集、控制和接入功能，服务器端完成数据管理、分析的核心功能。同时支持系统的在线、离线显示。
图2 地面站实拍图1
2.3.1.1 与无人机通讯功能
地面站随时保证与无人机平台系统的通讯，具备信息的收、发功能，在整个飞行过程中畅通无阻，实时、可靠地传输所有数据。
2.3.1.2 遇险自动返航/一键返航
智能判断非正常的控制信号丢失情况，做出适当的失控保护处理。当飞机全自动执行飞行任务时，即使无线信号丢失，飞机也会继续完成预设的航线飞行任务；当飞机处于使用者手动控制下，而发生丢失控制信号的情况后，飞机会保持原地自主悬停，并在超过10秒后信号仍未恢复情况下，精确找到起飞点，以最安全的路线和高度，自动返回起飞点上空悬停，给飞行系统设备提供一个强大的安全保障。除此以外，用户也可以随时点击返航按钮，系统将立即中断当前的飞行任务，命令飞机开始返航。
无人机桥梁检测系统
（具备自主飞行功能）
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无人机系统在桥梁检测中的应用 ............................................................................................. 1 1.1 1.2 1.3 2
无人机系统在桥梁检测中的优越性 . ..................................................................................... 1 无人机在桥梁检测中的应用现状 . ......................................................................................... 1 现有无人机平台在桥梁检测应用中的局限性 . ..................................................................... 2
亚派无人机桥梁检测系统方案 ................................................................................................. 2 2.1 2.2 2.3
无人机桥梁检测系统主要功能 . ............................................................................................. 2 亚派无人机桥梁检测系统架构图 . ......................................................................................... 2 亚派无人机桥梁检测系统介绍 . ............................................................................................. 3
2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 3
地面站系统 ..................................................................................................................... 3
自动避障系统 ................................................................................................................. 5 桥梁检测航线规划 ......................................................................................................... 6 全自动与人工控制 ......................................................................................................... 7 自动病害识别 ................................................................................................................. 8 自动生成检测报告 ......................................................................................................... 8
应用实例 ................................................................................................................................... 9 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
螺栓脱落检测 ......................................................................................................................... 9 桥体裂缝检测 ....................................................................................................................... 10 缆索PE 护层破损检测 ......................................................................................................... 10 支座滑移检测 ....................................................................................................................... 11 桥梁三维轮廓生成 ............................................................................................................... 11
1 无人机系统在桥梁检测中的应用
1.1 无人机系统在桥梁检测中的优越性
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。
1.2 无人机在桥梁检测中的应用现状
随着无人机技术的不断进步， 无人机用于桥梁检测的报道时有出现。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
1
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。
1.3 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 亚派无人机桥梁检测系统方案
2.1 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。
2.2 亚派无人机桥梁检测系统架构图
选用稳定的无人机系统, 具有高耐久性、高稳健性等特点，结合桥梁检测的特殊性，进行针对性的研发改进，使无人机检测平台适用于桥梁的专业性检测，整个操作过程更加便捷有效。
检测人员
图1 系统架构图
亚派无人机系统主要由无人机飞行平台、避障系统、高清摄像机、遥控设备、地面站系统以及报告处理服务器几大关键部分组。
无人机平台、避障系统结合高清摄像机在实现安全飞行的同时可以获取高清的图像数据。
地面站系统与摇控设备组合可以实现飞行航线的规划、处理以及各种飞行类、检测类数据的展示与处理。
报告处理服务器可以根据客户需求定制各类检测报告。
现有无人机系统的特点
2.3 亚派无人机桥梁检测系统介绍 2.3.1 地面站系统
整个地面站系统基于客户端/服务器模式(C/S)，客户端完成数据采集、控制和接入功能，服务器端完成数据管理、分析的核心功能。同时支持系统的在线、离线显示。
图2 地面站实拍图1
2.3.1.1 与无人机通讯功能
地面站随时保证与无人机平台系统的通讯，具备信息的收、发功能，在整个飞行过程中畅通无阻，实时、可靠地传输所有数据。
2.3.1.2 遇险自动返航/一键返航
智能判断非正常的控制信号丢失情况，做出适当的失控保护处理。当飞机全自动执行飞行任务时，即使无线信号丢失，飞机也会继续完成预设的航线飞行任务；当飞机处于使用者手动控制下，而发生丢失控制信号的情况后，飞机会保持原地自主悬停，并在超过10秒后信号仍未恢复情况下，精确找到起飞点，以最安全的路线和高度，自动返回起飞点上空悬停，给飞行系统设备提供一个强大的安全保障。除此以外，用户也可以随时点击返航按钮，系统将立即中断当前的飞行任务，命令飞机开始返航。