無人機高速公路邊坡日常養護巡查分析

陳 彬

(黑龍江省龍建路橋第六工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150009)

目前，國內外對于無人機的巡檢應用的范圍廣泛，在電力、農林業和通信領域里涵蓋。在國外，無人機技術已經得到了廣泛應用，因此，相對于國內有很多豐富的經驗。但是對于無人機在高速公路養護，邊坡巡查等領域應用研究的成果比較少，隨著高速公路的里程數也在不斷的增加，日常養護巡查的任務也在不在增加，因此，本文研究了無人機在高速公路運營及養護階段的巡查應用。

1 邊坡日常養護巡查的內容及要求分類

目前，邊坡主要是根據人類活動范圍需要對高速公路的地形或者地勢進行改造而形成的坡面，分為自然斜坡和人工斜坡等。其中基本要素包括：

圖1 邊坡基本要素

1.1 邊坡日常養護巡查的要求

首先根據邊坡的穩定情況以及邊坡的類別制定分類及養護巡查周期，一般情況下，可以分成4類。

表1 邊坡養護巡查分類和周期

當出現雨雪天氣的時候，會增加巡查的頻率。巡查人員通過目測邊坡的坡體以及邊坡的構造等一般檢查。

1.2 邊坡的日常養護巡查內容

一般高速公路邊坡日常養護巡查內容涵蓋防護工程、排水設施以及對邊坡安全穩定構成威脅的情況進行巡視。分為支擋結構防護和坡面防護。支擋防護結構針對于一般是穩定性比較差或者不穩定的情況的邊坡，采用支擋結構防護的方法增加邊坡率，以此確保邊坡的穩定。坡面防護主要是針對穩定性相對好的邊坡，坡面巖體風化脫落等局部現象被破壞等情況，采用坡面防護。由于雨雪天氣造成的坡面徑流沖刷道路邊坡，引起的不穩定性的邊坡，以及邊坡平臺設置的排水系統。

2 實地調研的邊坡巡查存在的問題分析

2.1 邊坡環境分析

根據實地調研，一般邊坡的環境存在以下幾個問題：許多的邊坡位于山區，高山嶙峋，遮擋了GPS的信號，因此信號有時候較弱，會接收不到，或者不穩定的現象；不少邊坡山頂位置設置了高空電線，錯綜復雜，相互交錯的不同等級的電線會產生強電磁場，無人機使用時，會受到干擾。

2.2 日常巡查中存在的問題

強烈的雨雪天氣會導致邊坡的坡體潛在的變形發生破壞。強降雨導致地表水轉化為地下水，地下水大大降低了巖土的強度，受到巖土介質產生的軟化左右，因此，導致的邊坡滑坡等災害的誘發。而且，一般都是養護人員實地巡查，采用眼看，敲打等人為的簡單的輔助措施巡查：危險系數高、工作量比較大，通常都是幾百公里，耗時耗工，遇到坡頂，陡坡只能采用望遠鏡查看，存在查看不清或者存在遺漏點等問題，而且內業工作量比較繁瑣，工作人員巡查完畢后，填制記錄表，每處都要填寫，復查難度比較大。

3 無人機的特性及選取

無人機完整意義上來說為無人機系統(Unmanned Aerial System，UAS)，是利用無線遙控或者程序控制而不需要駕駛員登機操作的空中飛行器，能夠自動飛行或遠程引導，并搭載設備完成一些特定任務。無人機系統主要包括飛行平臺、飛行控制系統、地面監控系統(地面站)、任務設備(航拍儀器)。

3.1 無人機的特點

無人機具有機動性和靈活性，重量輕，機身比較小巧，攜帶比較方便，對于坡頂以及高山嶙峋，地形錯綜復雜的地方比較適宜。不需要人員駕駛，不會發生人員意外，獲得的信息比較全面，影像信息清晰。無人機具有成本低的特點，只需要工作人員操作就可以，節省人員，后期維護費用也是能接受的。而且，無人機具有分辨率高，針對性高，可以多角度觀察坡體，坡面等信息，獲得數據準備，降低了人為的難度，避免了手工記錄表邊坡記錄表的繁瑣，但是，可能無人機由于重量輕，因此，大風天氣對于無人機的干擾比較明顯，導致的影像不穩定或者匹配的精度不是很高，無人機的飛行高度不是很高，航拍的范圍較小，因此數據量就會比較大。

3.2 無人機的分類與選取

目前大多數無人機主要是以固定翼和旋翼無人機為主要的類型，不同的無人機的功能也存在很大的差異，因此，針對環境條件，選擇適合自己的無人機的是很重要的。

(1)固定翼無人機的特點

固定翼無人機具有飛行速度比較快，飛行高度比較高，對于風阻，抗風能力比較強，同時在空中飛行比較穩，適合于面積比較大的和范圍比較廣的，同時距離比較長的飛行。

(2)旋翼無人機

旋翼無人機具有靈活性比較好，可操作性比較強的功能，但是，飛行高度受到限制，不能飛很高，負載能力也較差，適合于低空飛行。

(3)垂直起降無人機

同時具備以上兩種無人機的功能，但是價格有些貴。

(4)無人機選取

本文從無人機的自身性的條件、高速公路邊坡的環境條件和達到的目標為出發點，選取無人機。選擇續航時間較長的，可以在飛行的時候繞過干擾區(高壓線、風力、風場等)。

4 結 論

本文對高速公路日常的養護邊坡巡查的內容進行和總結和歸納，根據無人機的特性，以及高速公路的環境選取了適合的無人機，為推動高速公路邊坡養護巡查的智能化發展奠定了基礎。