無人機在公路應急搶險及橋梁日常巡檢中的應用

石浩

摘要：為了加強公路橋梁工程施工質量，針對項目應急搶險與日常巡檢工作中無人機的應用展開介紹。首先闡述無人機結構與巡檢觀測技術，隨后分析其在公路搶險保障中的使用，明確期間存在的優缺點，其次介紹在公路橋梁日常養護檢測環節中的運用，掌握無人機操作要點，提出優化建議，充分發揮無人機設備的優勢，獲取施工現場影像數據，繪制清晰度高的圖紙，以期能夠為今后公路橋梁工程應急事故解決、巡檢工作提供參考。

關鍵詞：無人機;公路;應急搶險;日常巡檢

近幾年無人機在各行各業中應用相當廣泛，它具有輕便、快速、靈活、視野寬闊等性能，所以在公路突發自然災害的應急搶險保暢、公路橋梁日常養護檢測中作用突出。甘肅省平涼公路局應急搶險保障中心在近兩年的日常工作中，通過無人機在公路自然災害搶險保障和橋梁日常養護檢測等方面的應用，現對其在公路應急搶險及橋梁日常巡檢中的優缺點進行剖析論述。

1. 無人機結構

公路橋梁工程施工過程中需要進行應急調度和指揮調度，考慮到這兩項工作的需求，一旦施工現場有事故發生，務必要及時展開生命救援。因為現場道路堵塞等諸多原因，道路巡查不能保證及時性，會導致應急調度期間無法結合施工現場情況做出正確的判斷，不僅浪費資金，還會威脅到現場所有施工人員的人身安全。所以，無人機在公路應急搶險及橋梁日常巡檢中的應用非常必要，既能夠縮短施工現場勘查工作花費的時間，又可以不斷提升相關工作效率。

在公路橋梁工程中應用無人機，需要創建巡查系統，該系統中包括諸多裝置，如攝像頭裝置、測距傳感器、電機調速裝置、導航裝置、通信裝置，由總控制中心負責監督、管理系統[8]。第一，攝像頭裝置。攝像頭裝置中有攝緣裝置、實時錄像裝置、實時記錄裝置、圖像智能處理裝置，攝像頭類型選擇紅外攝像頭，支持夜間與能見度低的環境下依然可以正常監測;第二，測距傳感器。該裝置在實際應用期間往往會通過超聲波測距離傳感器，安裝方法和攝像頭相同，將其放置在無人機前、后、左、右、上、下六個位置;第三，電機調速裝置。無人機要想達到無障礙飛行，電機調速裝置必不可少，利用電機調速裝置控制控制器傳輸脈沖頻率信號，從而達到無級調速的效果;第四，導航裝置。使用GPS導航無人機飛行器，一般要將GPS導航在航線中固定，才能夠達到理想的飛行效果;第五，通信裝置。無人機巡查系統中采用無線通信模式，內部設置GMS模塊，負責遠距離傳輸信息，控制器則要選擇ARM處理器，該處理器中有嵌入系統。

考慮到公路橋梁工程應急調度指揮工作需求，應用無人機進行應急調度指揮，系統內部的裝置結構要具有簡潔性。施工現場的車輛停放位置，要與事故發生區域有一定距離，車輛內部搭建臨時指揮中心，車頂則可以負責承載無人機。以上所屬五種無人機內部裝置，需要全部安裝在機身的上方，個別構件要結合需求安裝在無人機的內部，操控人員使用計算機接收無人機在現場觀測得到的信息，及時傳遞給救援人員，發現公路橋梁工程施工中潛在的安全隱患。

2.無人機巡檢觀測技術

第一，攝像技術。無人機的運行依靠航空攝影系統，該系統能夠同時執行多個任務負載。開始應用無人機之前需要展開測試，保證無人機運行的穩定性，隨后再由運營商控制無人機在施工現場的飛行，通過觀測獲得清晰的圖片與信息。技術人員獲得圖片數據之后進行處理、分析，繪制公路橋梁工程的地形圖，保證地形圖高精度與比例，為公路應急搶險及橋梁日常巡檢提供參考;第二，飛行控制技術。通過地面控制系統傳遞數據鏈路控制影像，由檢查員觀察了解施工現場的實際情況。隨后可以使用GPS自主導航線對無人機的飛行進行控制，確保其能夠在無人駕駛的情況下自動巡查;第三，穩定飛行技術。公路應急搶險與橋梁日常巡檢過程中為了保證無人機能夠穩定飛行，需要使用穩定飛行技術，利用具有紅外熱成像功能的攝像機與自動控制攝像機等裝備，獲取施工現場影像。

3.在公路應急搶險保障中的應用

在發生較大自然災害（如：地震、滑坡、水毀、泥石流、冰雪災害等）時，需要各方救援力量、大型救援設備深入重災區展開救援時，公路就是連接人民群眾的生命線，必須先行搶通。在對道路堵塞、塌方等情況清理時，首先要對堵塞、塌方體進行觀測，確定其體積數量、周圍地質等情況，以防在清通過程中發生次生災害，對現場情況及時有效的掌握，應急指揮人員才能準確判斷出，該組織多少應急力量、該如何選擇搶通路線，無人機就可以提供所需數據，讓應急搶險做到最快、最高效。

3.1 優點

3.1.1準備時間短，不受地形限制

無人機的個頭小巧、比較輕便，不用花費多少力氣就可以將其帶至現場，5分鐘之內就可以組裝完成，它對起飛的場地的條件要求也小，很適合在復雜地形下進行起飛觀測，如圖1所示。

3.1.2飛行距離遠，觀測范圍廣

一般無人機的飛行半徑可以達到3公里，飛行高度可以達到300米，視野開闊、觀測范圍大，對道路阻斷現場及周圍的情況可以一覽無余，并將影像資料實時傳回給現場指揮人員[1]。

3.1.3角度不受限制，觀測效率高

無人機對阻塞路段的觀測比人工節省了較多的時間，人工在觀測時往往受地形影響，無法快速到達最佳觀測點，也因地形影響不能做到全方位觀測，還存在非常大的風險[2]。無人機可以在高空中多角度、多斷面對阻塞路段進行觀測，也可以貼近危險區近距離觀測，既節省時間提高了效率、又降低了傷亡的風險[3]。

3.1.4高科技應用，提供數據支持

無人機上還可以搭載紅外測量儀、熱成像儀等先進設備。測量儀器可以對阻塞、塌方體進行測量，第一時間計算出體量，給應急搶通保暢提供有效數據支持，為應急救援爭取時間;熱成像儀通過對塌方體進行掃描，可以確定是否有被困人員，進行及時營救，成像如圖2所示。

3.2 缺點

在近兩年的實際應用中，它的缺點也隨之顯現出來了：

3.2.1抗風性較弱

在發生自然災害發生時，往往天氣狀況也比較惡劣，在惡劣天氣條件下無人機的效能就無法有效凸顯，體積較小的無人機在抗風性較差，在強風天氣下無法有效完成任務[4]。建議在遭遇強風的前提下，將飛行器高度降低，并以手動的方式降落飛行器到安全地點。

3.2.2對天氣條件要求高

甘肅隴東片區的山嶺重丘區，在降雨天多數伴隨有大霧出現，在大霧天無人機的影像拍攝就會大打折扣，無人機自身的安全性也得不到保障。所以，操作人員需要提前判斷天氣情況，如果能見度不足0.5英里，不建議無人機飛行。

3.2.3續航能力差

普通民用無人機的動力大多靠電池提供（也有燃料動力的無人機，但體型較大，主要是價格太高），每節電池的持續飛行能力大都在半小時之內，留空時間較短。針對這一問題，首先需要找到待機時間長、耐用性能好的電池能源，或者對無人機結構進行優化，降低能源消耗。

4在公路橋梁日常養護檢測中的應用

通過對G70線福銀高速涇河特大橋、S202線（新G244）線長慶橋石拱橋的日常養護檢測的使用，無人機的性能也發揮不錯，大部分橋梁都是涉水橋梁，且凈空較高，在對梁體的日常養護檢測中，人工和普通機械無法到達，專用橋梁檢測車的普及率太低，各公路養護單位幾乎都沒有，無人機的使用可以填補這方面的空缺。

4.1 優點

4.1.1受環境限制小

無人機可以利用空中懸停的性能對橋梁進行外觀和局部的檢測，代替人工在高空和有水流的橋下觀測，降低了安全風險[5]。

4.1.2操作簡便，節省費用

無人機輕巧便攜，養護人員在公路設施日常的養護巡查中可隨車攜帶，對需要觀測的橋梁設施隨時起飛無人機進行觀測，相對大型檢測車來說：便捷、成本小，在平常的巡查檢測中日積月累下來，也是一筆不小的費用[6]。

4.1.3影像資料存儲方便

無人機在觀測的過程中實時進行錄像，并將觀測的影像資料隨時存儲，檢測人員只需要將影像資料下載整理保存即可，原來的檢測資料大部分是圖片資料，無人機檢測既有影像資料、也有圖片資料，能更直觀的反映檢測過程和結果，觀測所得影像圖片如圖3所示。

4.2 缺點

4.2.1受信號影響大

無人機通過GPS信號定位，在進入橋梁底部時因接收不到信號，會自動飛離檢測點尋找GPS信號，不能精準定位，對特大型橋梁梁底的局部細節觀測不到位。建議采用增強與干擾抑制技術，優化無人機的導航信號。

4.2.2缺少自動避險功能

這個缺點只是相對一部分無人機來說，有些無人機是具備自動避險功能的，缺少自動避險功能的無人機在橋梁檢測中因遠距離的操作，人工無法掌握無人機離物體的距離，就會導致無人機和被檢測物體相撞，做成損毀[7]。無人機遠距離操作如圖4所示。針對這一問題，建議全面更換所有不具備自動避險功能的無人機，以免在飛行過程中無法自動規避風險，而導致設備損毀。

5.結論

綜上所述，無人機作為新興的觀測工具，在公路應急搶險保障和公路設施巡查檢測中的作用還是很大的，雖然存在一定缺點，但是在科技不斷創新下，像續航能力、自動避險這些問題已經得到了完善和解決，燃料動力的大中型無人機在抗風性方面也有所進步，其他弱點也會隨著科技的進步不斷完善。隨著無人機設備的普及以及相關功能的完善，今后無人機將會在公路應急搶險保障和公路設施巡查檢測中大展身手，為我省公路應急搶險和日常養護提供快速高效的技術支持及信息化保障，推進公路養護管理信息化、科技化進程。

參考文獻：

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[8]雷偉剛，潘屹峰，祖為國.虛擬現實技術在高速公路資產管理中的應用[J].電力勘測設計，2017（S1）：193-197.