激光雷达与倾斜摄影结合！无人机桥梁巡检实战应用—江阴大桥吊索巡检项目案例

项目背景

江阴长江公路大桥，简称“江阴大桥”，是中国江苏省连接靖江市与江阴市的过江通道，位于长江三角洲地段的中部，是黑龙江省同江至海南省三亚国道主干线以及北京至上海国道主干线的跨江咽喉工程。

主桥位于长江下游江阴段最窄处。南岸位于江阴市西山，上距黄田港约3.2公里；北岸在靖江市十圩港下游侧，此处河岸线稳定，江面宽仅1.4公里，桥址区内无大的区域性断裂通过。

大桥主跨为1385米的钢箱梁悬索桥，一跨过江；南北引桥为预应力砼桥梁，南引桥168米，北引桥1518米，大桥全桥总长3071米。

2022年12月份，我们受业主委托，对江阴长江公路大桥吊索进行外观数据采集。

其中项目包含粗模数据采集（只保持结构完整）、吊索巡检航线规划、自主巡检数据采集、吊索巡检报告输出。吊索共计170组，总长度约为8.4KM，拟对桥梁整体规划5mm分辨率点云航线进行可见光模型数据采集。顶部使用带状环绕+正射进行补充采集。吊索巡检使用H20T相机规划优于0.5mm分辨率巡检航线，单根吊索采用4角度数据采集。采集成果为照片。

对该项目，业主评价“无人机巡检能够提供多角度固定位置的影像资料，尤其是在缆索腹面等常规手段无法观察到的位置有着绝对优势，降低了病害漏检的概率。影像资料由养护科进行梳理诊断时，会按规律给予固定的编号，提高诊断效率的同时，还便于同一位置不同时间的平行对比。下阶段，我们还计划将自动巡检和精准复拍功能与桥梁BIM系统进行联动，导入检查照片至对应的构造单元，完善大跨径桥梁档案，便于病害跟踪、追溯以及养护决策的制定。”

检测目的

吊索是悬索桥关键的受力构件之一，其养护状况的好坏直接影响到整个桥梁的使用寿命和可靠性。为了更好的保证吊索防护体系的完好性，确保桥梁的使用和安全，必须对吊索作定期的检查。

为实现科学养护的目的，吊索系统专项检测需求是：

1. 完整真实反映吊索表观情况，记录各病害数据；

2. 对吊索系统进行准确评估，并提出合理化的维护、修复等建议；

3. 通过几年的检测，分析吊索系统病害发展规律，为制定后续检测养护周期提供依据；

4. 以安全为前提，采用智能化的、快速、高效的检测手段，为江阴大桥智能化养护打好基础；

5. 科学管理，为规范检查检测程序，为实现养护工作程序化、管理制度化提供坚实的基础；

6. 通过规范的检测，科学养护，达到最佳养护效果。

检测内容

对全桥340 根吊索表观进行检测，提交检测报告。吊索系统检查的内容主要有：

• 采用无人机对吊索 PE 护套的外观进行检查，看是否有开裂和漆皮脱落等病害。

• 根据检测情况，及时出具检测分析报告，对吊索护套开裂表观状况作出分析，并且对病害处理提出合理化建议。

作业方案

本项目计划工期11个自然日，项目内容包括点云数据采集、建模航线规划、外业航飞、吊索巡检航线规划、数据整理、修模、报告输出等。我们需要尽快完成点云数据采集与建模数据采集，并且给吊索巡检预留充足的时间。由于外业航飞作业量大、作业时间短，并且天气多变，因此需要提前设计好相应航线及作业方案才能尽量缩短外业时间，减少天气对作业效率的影响。

1.点云数据及粗模数据采集作业设备选择

本项目基础数据采集使用一套M300 RTK+禅思P1全画幅相机+禅思L1雷达。

禅思L1可以同时采集激光雷达点云数据与可见光影像数据，且解算速度极快，使用简单方便。现场结算后即可使用DIM进行相应航线规划。

禅思P1选择35mm焦距镜头，5mm分辨率相对距离40m，配合DIM中点云航线规划模块可以精准的拟合待测结构外轮廓，采集高达亚毫米级的高清影像，从而恢复被摄对象的精确坐标和精细形状结构，相比于传统的航线规划方式，以及我们在WayPoint Master(航迹大师)内提供的，基于KML的立面航线规划，很难对复杂立面精准拟合轮廓，采集分辨率均匀的高清影像。基于点云航线规划，无论面上的结构是弧线、坡面、外凸、内凹、转角都能很好的贴合上去。

2.点云数据采集

为保证点云数据结构完整，便于后期可见光建模航线规划及吊索巡检航线规划。作业前期需使用WPM进行带状扫描并解算。后通过该基础数据使用DIM点云航线规划进行桥梁立面结构扫描。航线及成果展示如下图：

L1数据采集航线展示

L1外业成果展示

3.可见光模型数据采集

利用上述点云采集方式采集的点云成果，经过去噪、抽稀处理后，在DIM中进行点云航线规划，按照该桥外观结构，拆分为靖江侧、江阴侧分别进行航线规划，辅以顶部环绕航线等进行补充采集。

可见光数据成果

由上图可见，由于桥梁结构及纹理导致模型输出后效果不是特别理想，后期需要进行修模才能进行模型展示及缺陷标注，成本较高。由此，我们考虑到后期大范围推广及作业会导致诸多问题，所以在DIM中新增巡检展示功能，即可进行BIM模型加载，以保证展示效果，减小外业成本，提高作业效率。

修模数据效果展示

BIM模型加载效果展示

4. 吊索巡检数据采集及机型选择

• 机型选择

  本次数据采集不中断交通，为保证任务顺利完成及路面车辆安全，我们采用M300RTK+H20T与M30T搭配作业。即桥梁外侧使用M300 RTK+H20T进行数据采集，桥内使用M30T远距离和高变焦倍数、-45度带俯角采集作业，保证桥面车辆通行安全与作业顺利。

相较于H20T变焦相机，M30T变焦相机升级为4800万像素，同等距离与变焦倍数下，M30T成像效果与分辨率高于H20T。

电池箱相较于M300电池箱，新增待命模式与标准模式，实测外界温度-5-15℃下，使用3组TB30电池在待命模式下即可进行无缝轮转作业。

图传方面，实测在不安装4G图传模块情况下，M30T作业距离优于M300 RTK。

由上所述，使用M30T进行桥梁检测工作中，作业效率及成果效果皆高于M300 RTK。

• 吊索巡检航线规划

  利用DIM桥梁检测下的吊索巡检航线，描绘指定吊索上下两端kml，即可设计仿吊索巡检航线。对吊索按一定重叠度获取4角度高清照片数据。

  本次江阴长江公路大桥桥梁外侧利用H20T变焦相机，距离吊索10米位置，8倍变焦进行数据采集，获取照片分辨率优于0.5mm。利用M30T相机，生产距离吊索15m位置，12倍变焦进行数据采集，获取照片分辨率优于0.5mm。

吊索巡检航线展示

• 外业飞行注意事项

  巡检过程中，作业流程类似贴近摄影测量，但桥梁巡检往往更加复杂，比如主缆上可能会存在亮化工程遗留的悬空电线，在风力大小的影响下会对作业安全产生极大影响。因此，作业前，使用飞机对待测物周围进行初步巡视，如存在悬挂物或其他会产生安全影响的情况，可联系业主进行消缺，如业主无法及时消缺，可在航线生产过程中增大作业距离与变焦倍数进行避让，必须确保外业飞行安全。

  桥梁内侧巡检，航线生产过程中需要注意加入镜头俯角以抬升航线，常规运输车辆高度小于5m，为保证作业时受车辆引起气流影响。航线生产过程中可增大对地距离，如10-15m。同时应使用点云校验航线安全，如道路中央可能会存在路灯等障碍物等。

5.数据整理及报告输出

数据整理需要按照现场吊索的编号规则，其中行车方向靖江向为下游侧，江阴向为上游侧，如下图所示：

如上图对每根吊索原始数据进行分类保存，分类完成后由工作人员对原始数据进行人工合适确认并使用DIM中吊索检测功能输出报告。

总结

相比于吊索检测机器人巡检，无人机巡检更加灵活。吊索检测机器人对吊索巡检时受限于吊索上的亮化工程/减震架等障碍物阻挡，导致无法进行全桥吊索巡检。如江阴大桥中索长超过20m的吊索（1-28号、59-85号），均设置有减震架。如使用无人机作业，则不受限制。

数据质量方面，无人机可挂载高分辨率变焦相机进行远距离拍摄采集，实际拍摄质量与范围优于吊索巡检机器人。如下图：

针对索夹、锚头等位置，使用无人机可在生产航线时进行同步采集，如使用吊索检测机器人时由于机体限制或相机位置导致无法采集/需人工手持单反相机进行拍照采集。

吊索巡检机器人拍摄效果

无人机数据采集效果

由上所述，使用无人机参与桥梁检测具备诸多优势：

1. 无人机可以直接到达检测部位，无需其它辅助措施，节省费用；

2. 检测桥墩、桥座、桥腹等危险场所，无需搭架或者吊篮配合人员检测，极大地提高了安全性；

3. 对于部分无法企及的桥腹、拉索等部位，无人机可以抵近观察了解更多细节；

4. 在桥梁日常巡查时，尤其是城市桥梁，无需封闭道路中断交通；

5. 在天气情况允许的前提下，实施检测桥梁具备较高的及时性；

6. 航线可精确重复执行，配合机巢可以进行周期性巡检，无需作业人员到达现场。

无人机还能巡检桥梁的那些结构部位？

桥柱巡检

悬索巡检

字牌巡检

桥侧巡检

桥底巡检

锚碇巡检

如您对无人机桥梁巡检感兴趣，可添加微信：18419515161进行了解。

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