無人機應(yīng)用公路橋梁巡檢競賽項目展示【六】

日期：2025-08-28 瀏覽：　

　　為深入貫徹落實黨中央、國務(wù)院關(guān)于發(fā)展低空經(jīng)濟的工作部署，促進低空經(jīng)濟在交通運輸領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展，加快推進無人機技術(shù)在公路橋梁巡檢領(lǐng)域的應(yīng)用，進一步提升橋梁養(yǎng)護的智能化與精細化水平，由交通運輸部公路局指導(dǎo)、中交公路規(guī)劃設(shè)計院舉辦

　　從今天開始，我們將對此次進入決賽的參賽隊伍及其優(yōu)秀案例進行推送，進一步展示我國無人機在公路橋梁巡檢方面的應(yīng)用能力。

　　上海市建筑科學(xué)研究院有限公司是上海建科集團股份有限公司下屬核心企業(yè)，是上海市高新技術(shù)企業(yè)，首批獲得“上海品牌”建設(shè)工程咨詢企業(yè)，中國綠色建筑影響力10強設(shè)計咨詢企業(yè)。上海建科院交通市政板塊業(yè)務(wù)擁有80余項資質(zhì)與認可，并通過CMA資質(zhì)認定、資質(zhì)平臺CNAS實驗室和檢驗機構(gòu)認可，管理體系已通過ISO9001質(zhì)量、ISO14001環(huán)境、OHSAS18001職業(yè)健康安全的三合一體系認證，是上海市建交系統(tǒng)單位資質(zhì)類型最齊全、專業(yè)門類最多、綜合等級最高的單位之一。申報單位針對既有橋隧基礎(chǔ)設(shè)施運維中傳統(tǒng)人工作業(yè)效率、質(zhì)量、安全及不可達盲區(qū)等行業(yè)共性瓶頸問題，經(jīng)過多年持續(xù)研發(fā)和聯(lián)合攻關(guān)，建立了國內(nèi)首創(chuàng)的橋梁檢測三維數(shù)字作業(yè)系統(tǒng)和大型橋梁自動檢測裝備，其中基于無人機的巡檢技術(shù)已應(yīng)用于上海、浙江、江蘇、天津、寧夏、廣西等多個省市，獲得發(fā)明專利授權(quán)10余項，主牽獲得華夏建設(shè)科學(xué)技術(shù)獎一等獎、上海市公路學(xué)會特等獎、上海市數(shù)字城市建設(shè)科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎等科技獎勵。

　　項目聯(lián)合申報單位寧夏交投科技發(fā)展有限公司是寧夏回族自治區(qū)屬大型國有企業(yè)寧夏交通建設(shè)投資集團有限公司與央企上市公司中遠海運科技股份有限公司共同出資設(shè)立，專注交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化和智能化的國有交通科技型公司，是國家高新技術(shù)企業(yè)、國務(wù)院國資委科改示范企業(yè)、國有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型試點示范企業(yè)，擁有民用無人機運營資質(zhì)，具備公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)利用的全流程建設(shè)能力。公司成立以來開展多項省級交通數(shù)字化項目，在公路智能化巡檢及公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化應(yīng)用方向有豐富的經(jīng)驗。

　　項目聯(lián)合申報單位上海大風(fēng)技術(shù)有限公司成立于2019年，致力于成為無人機智能應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先專家，專注于無人機在全新領(lǐng)域的探索與創(chuàng)新。公司依托自主研發(fā)的軟硬件產(chǎn)品，為交通、物流、電力、建筑、應(yīng)急、消防等行業(yè)提供革命性的解決方案。

　　本系統(tǒng)由全自研飛行器、地面控制系統(tǒng)與智能處理平臺三大部分組成。三者協(xié)同工作，構(gòu)成橋梁巡檢任務(wù)的完整閉環(huán)流程，實現(xiàn)“自主飛行→數(shù)據(jù)采集→智能分析→成果輸出”的全流程作業(yè)。

　　作為作業(yè)終端，無人機搭載激光雷達、視覺傳感器、慣性組合導(dǎo)航單元等多種傳感器，具備在無GNSS環(huán)境下的自主導(dǎo)航、避障飛行能力，可實現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的高精度三維建圖與橋梁表面缺陷拍攝。飛行器參數(shù)與照片如下所示。

　　地面控制系統(tǒng)與智能處理平臺主要用于任務(wù)規(guī)劃、飛行監(jiān)控與數(shù)據(jù)同步。用戶可在地面站界面中設(shè)定作業(yè)區(qū)域和巡檢構(gòu)件，實時查看飛行狀態(tài)，并在飛行過程中遠程接收采集數(shù)據(jù)。系統(tǒng)具備一鍵起降、緊急接管等功能，保障作業(yè)安全?？刂葡到y(tǒng)主要功能模塊和特點如下：

　　1）數(shù)字孿生交互：可交互的橋梁病害查看，關(guān)聯(lián)展示所有病害，并對病害做編輯及標(biāo)注。可對數(shù)字孿生模型直接進行長度、面積、體積等測量，并對比不同時間軸上的橋梁狀態(tài)做。此外，可將真實世界中的車流疊加到三維實景模型上，作為智慧城市的底圖。

　　構(gòu)件劃分：對橋梁進行高精度三維建模，并根據(jù)檢測標(biāo)準(zhǔn)對模型進行構(gòu)件劃分，支持自動劃分和人工自定義。

　　病害定位和關(guān)聯(lián)：通過照片與三維模型之間的對應(yīng)關(guān)系，將拍攝到的病害與其具體在橋梁中的位置進行關(guān)聯(lián)和定位。

　　采用（二、系統(tǒng)組成與功能特點）所述無人機對南通市焦港大橋全橋結(jié)構(gòu)進行全面巡檢，實施過程中無人機在梁底等復(fù)雜無衛(wèi)星定位和導(dǎo)航的陌生環(huán)境中自主飛行，無需人工操作和規(guī)劃航線，并可實時動態(tài)自主避障。

　　無人機首先手動或自主繞橋梁結(jié)構(gòu)進行環(huán)繞飛行，在飛行過程中，搭載的激光雷達實時掃描橋梁整體結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)在邊飛邊掃的過程中自動構(gòu)建高精度的橋梁三維點云圖。若在飛行過程中遇到障礙物，系統(tǒng)將自動避障，確保飛行安全與掃描連續(xù)性，為后續(xù)巡檢提供空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

　　根據(jù)構(gòu)件劃分結(jié)果，無人機將自主進行動態(tài)航線規(guī)劃，實現(xiàn)對目標(biāo)構(gòu)件表面的全覆蓋飛行拍攝。無人機搭載6100萬像素的全畫幅高清相機，能夠高精度拍攝橋梁表面的所選區(qū)域，即使是細微的裂縫、剝落等病害也能被清晰記錄，確保病害無遺漏。

　　拍攝完成后，系統(tǒng)會根據(jù)采集的高清照片構(gòu)建高精度的實景三維模型，模型精度可達亞毫米級。該模型不僅可用于查看、測量與標(biāo)記，還支持與原始照片一一關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)模型與實景數(shù)據(jù)的互查互證。用戶可在模型上任意位置點擊查看對應(yīng)的照片，或通過照片定位到三維模型上的具置。

　　系統(tǒng)支持自動生成包含圖像與標(biāo)記等的巡檢，大幅減輕人工整理負擔(dān)，相對于傳統(tǒng)巡檢方式效率提高10倍以上，且精度更高。同時，系統(tǒng)具備歷史數(shù)據(jù)對比能力，支持對比不同時間段的巡檢結(jié)果，從而實現(xiàn)橋梁病害的發(fā)展趨勢分析與可視化對照，大大幫助橋梁養(yǎng)護決策。

　　針對梁底、箱梁內(nèi)部等GNSS-RTK失效的作業(yè)區(qū)域，本系統(tǒng)構(gòu)建了層次化多源異構(gòu)傳感器融合架構(gòu)，通過動態(tài)約束優(yōu)化分配策略實現(xiàn)對密閉空間等復(fù)雜環(huán)境的自適應(yīng)魯棒導(dǎo)航與自主飛行。硬件平臺集成了衛(wèi)星定位接收模塊、慣性測量單元（IMU）、視覺系統(tǒng)和激光雷達等多類傳感器，并采用異構(gòu)時間戳同步機制實現(xiàn)時空統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)核心為自主研發(fā)的多模態(tài)自適應(yīng)融合算法，整體基于滑動窗口多狀態(tài)估計框架，能夠根據(jù)定位信號與環(huán)境感知信息的可用性在不同工作模式之間動態(tài)切換。

　　本技術(shù)方案已在上海、浙江、江蘇、天津、寧夏、廣西等多座橋梁上進行應(yīng)用，部分項目展示如下。

　　1.建議制定無人機橋梁巡檢空域申請協(xié)調(diào)機制與標(biāo)準(zhǔn)化流程。在無人機橋梁巡檢的實踐中，空域管理權(quán)限的地域差異化顯著催生了跨區(qū)域作業(yè)的差異化壁壘與協(xié)同困境。在相當(dāng)程度上制約了無人機技術(shù)在大型基礎(chǔ)設(shè)施高效、規(guī)?；矙z管理中的應(yīng)用潛力。

　　2.建議建立無人機橋梁巡檢行業(yè)統(tǒng)一數(shù)據(jù)化交付標(biāo)準(zhǔn)。例如：統(tǒng)一構(gòu)件編碼與病害標(biāo)簽，明確最小作業(yè)單元SOP（航高、重疊度、GSD閾值、支座/伸縮縫/梁端近距拍攝距離），提交可復(fù)飛航線文件（KML/任務(wù)包）、原始影像及相機參數(shù)、作業(yè)日志，驗收時“第三方可一鍵復(fù)核”，從而使檢測結(jié)果可追溯、可復(fù)用，便于長期跟蹤與跨單位協(xié)同，進一步促進無人機巡檢“生產(chǎn)”應(yīng)用。

　　作為新質(zhì)生產(chǎn)力的代表，無人機正悄然改變傳統(tǒng)的工作生活方式。為推動高速公路橋梁巡檢向智能化、自動化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型，公司已立項江西省交通運輸廳科技項目《基于AI深度學(xué)習(xí)和數(shù)字孿生的鄱陽湖二橋無人機場智能巡檢技術(shù)研究及應(yīng)用》、集團科技項目《基于無人機的公路智能巡檢技術(shù)研究及應(yīng)用》，開展鄱陽湖二橋無人機智能巡檢系統(tǒng)試點應(yīng)用研究，同時基于試點應(yīng)用成功入選和完成交通運輸部公路局組織開展的“低空無人機應(yīng)用公路巡查檢查先行試驗項目”。

　　目前，公司聯(lián)合江西省交投養(yǎng)護科技集團有限公司已開發(fā)了基于AI深度學(xué)習(xí)和數(shù)字孿生的鄱陽湖二橋無人機智能巡檢系統(tǒng)，編制了《無人機高速公路橋梁、邊坡巡檢技術(shù)指南》《無人機高速公路應(yīng)急搶通技術(shù)指南》2項技術(shù)指南，正在申報《旋翼無人機路橋施工巡查應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》《旋翼無人機橋梁養(yǎng)護巡檢應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》兩項地方標(biāo)準(zhǔn)。

　　鄱陽湖二橋位于G56杭瑞高速，建成于2019年6月，總長5589米，是目前國內(nèi)跨內(nèi)陸湖泊最長的橋梁，主跨為420米的雙塔五跨雙索半漂浮體系鋼混組合梁斜拉橋，橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，區(qū)域全年八級以上大風(fēng)天數(shù)達到100天，人工巡檢難度大。

　　項目結(jié)合高速公路橋梁常態(tài)化養(yǎng)護與應(yīng)急性養(yǎng)護的巡檢內(nèi)容和特點，從硬件性能、工況條件、巡檢實際需求等維度綜合考慮，選定DJI Matrice3D無人機+大疆機場2作為鄱陽湖二橋巡檢設(shè)備。無人機搭載2000萬像素的廣角相機和1200萬混合的長焦相機，最大作業(yè)半徑10Km，最長飛行時間50分鐘，最大可承受風(fēng)速12m/s，工作環(huán)境溫度-25℃至45℃，實現(xiàn)橋梁圖像數(shù)據(jù)采集多角度、全覆蓋、無盲點。

　　同時，考慮地理條件限制和行車、機場安全的需求，在橋梁主塔附近的護欄外側(cè)設(shè)置獨立支桿，并構(gòu)建高架平臺，將機場部署在穩(wěn)固的不銹鋼底座之上，以確保機場的穩(wěn)定性和安全性。

　　1.綜合展示更直觀。首頁接入電子地圖、BIM模型和專業(yè)圖層，以“一張圖”及工作臺的方式進行交互，可展示巡檢數(shù)據(jù)、任務(wù)列表、問題清單、和空間位置等信息。

　　2.作業(yè)監(jiān)控更智能。對無人機作業(yè)進行實時監(jiān)控，實時獲取無人機直播畫面、位置、朝向、任務(wù)完成進度、電池、飛行狀態(tài)等信息，支持無人機任務(wù)執(zhí)行、遠程控制和作業(yè)畫面同屏監(jiān)控等功能。

　　3.數(shù)據(jù)采集更高效。本方案以無人機為載體、人工智能為核心，解決了無人機飛行人工操控難、數(shù)據(jù)遠程回傳慢等問題，實現(xiàn)了對全橋T梁、蓋梁、墩柱、主塔的圖像數(shù)據(jù)采集全覆蓋，有效提升了病害數(shù)據(jù)采集效率。

　　1.高效巡檢，全天候值守。系統(tǒng)實現(xiàn)了跨江跨湖大橋的“無人值守”，通過在后臺為鄱陽湖二橋“量身定制”88條總長達184.3km的巡檢航線對橋梁的主梁、橋墩、索塔、航道燈等關(guān)鍵核心部位進行全面、細致的圖像數(shù)據(jù)采集，相比傳統(tǒng)的人工巡檢模式，工作效率提高了2-3倍，綜合檢測費用降低50%以上。

　　2.遠程監(jiān)測，數(shù)字化管理。系統(tǒng)集成了大數(shù)據(jù)處理與云計算技術(shù)，實現(xiàn)了海量多源數(shù)據(jù)的集中化管理與展示，能夠?qū)崟r呈現(xiàn)橋梁三維模型、巡檢視頻、圖片等監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過可視化界面，管理人員可以直觀了解橋梁的整體狀況及局部細節(jié)，快速定位潛在問題區(qū)域。

　　2.當(dāng)前無人機硬件性能可以滿足常規(guī)橋梁巡檢場景應(yīng)用需要，但對于特殊場景下橋梁巡檢應(yīng)用需求還存在困難。一方面無人機的續(xù)航能力很難滿足一次性長時間、長距離的巡檢需求，另一方面無人機在巡檢過程中容易受到強風(fēng)、雨雪等惡劣天氣的干擾，既影響數(shù)據(jù)采集質(zhì)量、也存在安全隱患。

　　2.由行業(yè)主管部門牽頭、地方單位協(xié)助，梳理橋梁巡檢場景下不同類型無人機性能指標(biāo)要求，推動無人機迭代升級，進而滿足橋梁巡檢場景應(yīng)用需求。九游體育

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