无人机在桥梁维护管理中的应用

第1期（总第127期）

2019-3-25

市政设施管理

Shizheng Sheshi Guanli

工作研究

无人机在桥梁维护管理中的应用

魏 鹏

［摘 要］ 本文从新型设备—无人机出发，简述无人机在桥梁设施维护工作中的优势及方向，进一步结合实际应用，提出无人机在实际工作中的优化改进。对于提高桥梁设施巡检效率，完善桥梁设施维护效果评价，加强桥梁设施安全影响区管理等具有重要的现实意义。

［关键词］ 无人机 选型 结构设施巡检

根据2017中国桥博会上交通运输部与国家铁路局等相关负责人透露，目前我国公路桥梁数量已超过80万座，高铁桥梁累积长度超过1万公里。仅宜宾以下的长江干流上，包括在建的长江大桥总量达到135座。桥梁已成为中国建造的靓丽名片。

重庆市桥梁协会研究数据显示，截至2014年底重庆已建和在建桥梁数量也已达1.3万余座，其中高速公路桥梁2974座，普通公路桥梁8462座，市政桥梁1551座，轻轨专用桥4座，铁路桥16座。按照《城市道路管理条例》、《城市桥梁检测和养护维修管理办法》、《重庆市市政设施管理条例》、《重庆市城市桥梁养护技术规程》、《重庆市市政设施管理局结构设施管理手册》的要求：

（1）对城市桥涵设施应当加强日常巡检：桥涵等结构设施日常巡检、经常检查的工作量大，需要通过先进的设备技术手段提升工作效率。同时也急需一种对特殊部位①进行检查的方法。

（2）对养护、维修工程的质量进行监督检查：桥梁设施的特殊部位工作人员难以到达，其维护质量难以评价。

（3）对结构设施占、挖、接、改的行政许可与施工现场文明施工进行管理：在桥梁设施安全影响区内，大面积、高密度的施工现场文明施工管理缺乏全面性。

因此，为了加强市政设施管理，加快桥梁设施维护管理工作精细化建设，本文针对桥梁设施管养的难点问题，通过对无人机系统应用现状调查，比选常见无人机机型，确定适用于结构设施管养的机型范围，再针对桥梁设施的特点，通过对无人机系统在桥梁设施管养中应用的实际效果的总结，及对这一新设备的风险评估与资产运营管理，提出无人机系统在实际应用中亟需优化改进的方向。旨在提高无人机在桥梁设施巡检效率与安全性，对桥梁设施特殊部位的维护质量进行效果复核及有效评价，并对加强桥梁设施安全影响区管理，立体化市政管理行政执法等具有重要的现实意义。

1 国内外发展现状

无人机出现在20世纪20年代，起初作为训练防空炮手的靶机使用。20世纪50年代，前苏联“拉-17”无人靶机的引入，拉开了我国无人机发展的序幕。1982年，陕西省科学技术委员会委托西北工业

4 结语

实施“大虹桥发展战略”是提升虹桥交通枢纽运行能级的客观需求。突出交通引领、交通牵引的理念是提升虹桥交通枢纽运行能级，促进长三角经济发展的重要保证。实现集约化、信息化、精细化管理是提升虹桥交通枢纽运行管理能级，促进长三角经济一体化发展的有效途径。

（作者单位：上海申虹投资发展有限公司，

收稿日期：2019-01-31）

① —特殊部位：结构设施检查盲区，比如桥梁梁体底板、塔柱、斜拉索和墩柱等等。

大学研发出一种主要用于航空测绘和航空物理探矿无人驾驶飞机，诞生了中国第一台民用无人机D-4。1991年美国雅马哈无人机的诞生，敲开了无人机在农业植保大范围应用的大门。1997年由澳大利亚Aerosonde公司研发的最早一款气象无人机—Aerosonde（气象侦察兵）投入使用。2005年我国台湾科学家利用Aerosonde公司生产的“MK-Ⅲ”无人机成功穿越了“龙王”的台风眼。2008年汶川地震发生后，多家机构和企业联合成立“无人机遥感应急赈灾联合组”， 将无人机拍摄获取的灾区航空遥感影像经简单拼接与注释后，就被立即送到抗震救灾指挥中心，服务于抗震救人以及对于堰塞湖的动态监测与风险评估。2009年，南方电网普洱供电局输电所，率先提出了“无人机巡线”的设想，自此国家电网公司正式立项研制无人机巡检系统。2010年法国Parrot公司发布了世界上首款四旋翼无人机—AR.Drone，越来越多的企业开始投身消费级无人机市场。2012年世界首款航拍一体机Phantom问世，无人机开始走向大众。

自此，随着无人机技术的发展，无人机用于结构设施巡检的报道时有出现。

（1）2015年4月，沪渝高速公路长阳榔坪段龙潭河特大桥桥梁管养人员利用无人机为特大桥高墩全面体检。通过无人机拍摄的高清图片和视频，加上后期对拍摄画面的技术分析，发现桥墩的各种病害，为后期养护打下基础。

（2）2015年秋季，美国John A. Blatnik桥桥梁管养人员将传统检测方法与无人机检测方法的结果进行比较，表明用无人机可以帮助管养单位降低检测桥梁的成本，同时也可以将风险最小化。

（3）2016年，北京恒华伟业科技股份有限公司设计出基于无人机路桥病害检测系统，从硬件软件两方面详细介绍了无人机巡检的实现过程。

近几年，无人机系统蓬勃发展，但其管理法规在全球都面临着相对技术发展滞后的问题。2016年7月，中国民用航空局飞行标准司对原《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》进行了修订，正式下发《民用无人机驾驶员管理规定》，其中主要内容是无人机驾驶员经过怎样的学习、训练和考试就可以取得资质，包括驾驶执照和训练合格证。但是对于总的无人驾驶航空器系统管理规定由于涉及到多部门和复杂情况，一直未能出台。在2016年UAS2016大会上，中国民用航空局适航审定司适航检查处处长李博就无人驾驶航空器系统大致提出四点管理建议：

（1）建设试点单位，结合试点单位遇到的问题和困难再调整法规的制定。

（2）建立无人驾驶航空器的国籍管理系统和适航检查系统。

（3）完善具体的管理规定和管理程序。

（4）对操作无人驾驶航空器系统的人员以及设备颁发相应的证件。

2 无人机系统的组成与选型

无人机系统主要包括飞机机型、飞控系统、数据链系统、发射回收系统、电源系统等。飞控系统又称为飞行管理与控制系统，相当于无人机系统的“心脏”部分，对无人机的稳定性、数据传输的可靠性、精确度、实时性等都有重要影响，对其飞行性能起决定性的作用。数据链系统可以保证对遥控指令的准确传输，以及无人机接收、发送信息的实时性和可靠性，以保证信息反馈的及时有效性和顺利、准确的完成任务。发射回收系统保证无人机顺利升空以达到安全的高度和速度飞行，并在执行完任务后从天空安全回落到地面。

本文从不同类别无人机机型的对比分析出发，仅对无人机机型进行选择。

2.1 无人机的分类

国内外无人机相关技术飞速发展，无人机系统种类繁多、用途广、特点鲜明，致使其在尺寸、质量、航程、航时、飞行高度、飞行速度，任务等多方面都有较大差异。由于无人机的多样性，出于不同的考量会有不同的分类方法。

2.2 无人机选型

根据无人机的分类和结构设施管养特点，应选择微型、超近程、低空和用于巡查的旋翼无人机。通过相关资料的收集整理和市场调研得出：动力来源上，电动型明显优于油动型。组成构造上，一体机优点更显著。品牌上，国产大疆创新科技品牌的无人机市场占有率最高（占全球70%的市场份额）。现选取均配有X5R相机的“悟2.0”和“经纬M600”进行比较。

无人机技术参数多，但大部分对本次研究影响较小，现对其中主要影响参数进行分析。

（1）最大载重，影响无人机携带新增仪器和改造的可能性。

（2）悬停精度，高精度能提高工作效率。

（3）飞行时间，提供更长的有效工作时间。