基于雷達、CNN無人機技術在橋梁結構的無損檢測

肖 姜 袁瑞鵬 薛 梅 郜明珠 叢吳崎 王嘯宇

(1.揚州大學 江蘇 揚州 225000；2.南通大學 江蘇 南通 226000；3.江蘇海洋大學 江蘇 淮安 223001)

一、無損檢測的意義

由于橋梁工程的工程量巨大、施工線超級長和工程投資特別大等特點，在施工過程中工程質量會受到諸多因素的影響，任何一個施工環節出現任何問題，都將會對項目結構質量產生致命性的影響，正因如此加強橋梁結構的質量安全管理與檢測是目前至關重要的。

為了提高橋梁工程的質量，在大型項目結構檢測過程中使用無損檢測技術有利于施工原材料充分利用以及及時發現施工過程中的不足之處以備查漏補缺之用，并有效推廣項目結構新的施工材料、新的施工技術以及新的施工工藝，準確評估工程質量。經實踐證明，若在工程實踐中沒有做好質量檢測相關工作，就會給工程項目埋下質量性的安全隱患，從而影響人們的生命財產安全以及影響人們日常生活。

二、雷達的處理數據的方法

雷達處理數據的方法:增益處理、去除零漂、道均衡、帶通濾波等是相對來說比較傳統的數據處理方法。我們也可以通過分析處理反射波的極性、信號強度、波動時間等信息，再通過二維濾波、偏移歸位、反褶積等方法對相關的數據信息進行處理。電磁反射波的時間、振幅和極性也可以通過發射波來進行判斷；區分不同的物質界面，可以通過分析各介質之間內部反射波的低頻率；同樣，通過分析同相軸的時間、形態、強弱、方向等相關數據也可以獲得部分信息。

三、橋梁無損檢測的方法

隨著現代化信息技術在橋梁結構無損檢測領域中的發展，迎來了檢測機制的突破和評估方法的變革，促使著橋梁結構無損檢測朝著系統化、網絡化和人工智能化方向發展，現如今橋梁無損檢測的方法主要有以下三種。

(一)聲發射法檢測

在一定荷載作用下，橋梁工程中的混凝土結構會發生變形，混凝土本身的結構會發生顯著的變化，當出現裂紋、斷裂之后往往都會通過波的形式來釋放自身的能量。技術人員在利用聲發射法對橋梁工程進行檢測的時候，將聲發射器直接放在需要檢測的部位上，通過在檢測不同位置收集到的聲波時間差就可以非常清楚的知道裂縫或者斷裂出現的位置信息。然后再運用聲波發射器對問題位置進行深度檢測。深度檢測基于深度學習(Deep Learning)方法的檢測手法，更加有利于提高檢測效率與檢測質量。

(二)CNN無人機檢測技術

在傳統的橋梁結構檢測中，人工望遠鏡是使用最多的一種檢測儀器，但是對于一些大型的項目結構的檢測，使用人工望遠鏡檢測明顯不太現實。因此，利用全新研發的加載傳感器裝置的CNN無人機檢測技術之后，通過優化導航技術，可以保證無人機在距離地面的小范圍區間內飛行。加上通過卷積神經網絡技術(Convolutional Neural Network，CNN)，先導入數據樣本(裂縫)，產生訓練樣本，然后建立訓練網絡，接下來進行仿真測試，最后進行性能評價分析(如誤差分析)，驗證模型的準確性。最后在高級精度識別的基礎上自動識別裂縫，自動繪畫出大型項目結構的損傷情況，如裂縫的大小、裂縫的走勢，讓大型項目結構的損傷一目了然，真正做到了機器智能化。

(三)雷達檢測技術

地質雷達進行工程質量檢測能夠快速精確測定缺陷區的形狀、大小和深度；節省勞動力、操作方便簡單、速度迅速；能在大范圍內進行大型項目結構檢測；不受周圍其他環境的影響。

探地雷達檢測技術原理：在日常生活中，我們可以通過雷達的發射天線將頻率為10～1000MHz的高頻電磁波以脈沖的一種形式定向地送入到地下，接下來雷達波在遇到如空洞或鋼筋等本身存在電性差異的一些地下目標體的時候，原本在地下介質中照常傳播的電磁波將會發生反射，電磁波反射后回到地面以后從而被接收天線所接收。反射到達地面的雷達波被接收天線接收了以后，我們可以通過對接收到的反射回地面雷達波進行相關的處理和分析，然后進一步根據接收到的雷達波的波形、強度、雙程走時等相關參數來進行推斷出地下目標體的空間位置、結構、電性以及幾何形態等相關數據，這樣的話就可以完成對地下隱蔽目標物的一個相關數據的探測。

但是由于探地雷達技術的價格比較昂貴、對檢測人員要求較高，盡管在道路以及橋梁的結構檢測方面有廣闊前景，這項技術還是有待進一步推廣研究。

四、無損檢測技術在橋梁結構中的應用

(一)超聲波技術的應用

橋梁結構會在萬有引力的作用下長期承受著巨大負荷，這樣會導致其出現疲勞等現象。這種結構的疲勞會不斷累計，到達一定程度時，橋梁就會在極短的時間內發生巨大的破壞從而失效。超聲波的頻率較高，其頻率的傳輸在某種程度上很靠近波的傳播定律。與地下結構層探測類似，超聲波的工作原理主要是通過用一些物件敲擊橋梁表面從而產生低頻應力波，通過一些傳輸的介質傳播到橋梁結構內部，如果遇到橋梁結構內部交界或者斷裂面，應力波就會反射回到檢測設備。

(二)探地雷達技術的應用

對于一些大型項目結構進行檢測時，探地雷達技術不易受到外界環境的干擾，相對來說比較穩定，并且操作相對來說較簡單，檢測速度較快，需要用到的設備也輕巧易攜帶。所以如今很多公路的密實性、厚度和橋梁的無損傷檢測都會用到探地雷達檢測技術。如今可以在夜間運行的探地雷達車已經研發成功，可以更加準確地進行數據檢測，也在一定程度上提高了檢測的效率和質量，給橋梁檢修工作提供了更加準確可靠的分析數據，發展前景十分廣闊，也成為了我國科學技術發展的一項創新新技術。

(三)光纖傳感檢測技術的應用

隨著橋梁工程建設的形式及規模不斷擴大，僅借助超聲波檢測技術來實現橋梁的全部檢測工作根本無法滿足項目結構檢測的需求。目前，新型無損檢測技術備受歡迎。從技術層面來看，光纖在使用的過程當中，能夠針對不同的物理量產生相應的反應。這方面的特征，被充分地使用到了光纖傳感檢測技術當中。例如，在實際的檢測工作中，可以將檢測儀收集到的光信號，通過轉換外界物理量的這種形式，可以保證處于信號搜集狀態，來充分了解道路橋梁檢測的各項內容。