关键词：岸桥；钢结构；无人机；巡检；检测
0.前 言
我司354项目岸桥自投入生产使用以来，已有近15年的使用时间。由于码头港口恶劣工作环境及设备更新费用的限制，码头工程技术部门必须通过全面、可靠的钢结构检测来确保岸桥主体结构的安全。传统的岸桥钢结构检测方法主要有两种：一种是通过望远镜对岸桥金属表面钢结构进行观测，这种方法的局限是检测距离远，存在视觉盲区，不能多角度、近距离地观测岸桥的金属结构；另一种是通过安装吊篮的方式进行人工拍摄和检测，这种方法的缺陷是操作人员危险系数高，吊篮制作安装费用大，拍摄和检测耗费时间长。
基于无人机拍摄的钢构巡检系统以四旋翼无人机为运行载体，利用其操作便利、结构简单、能避障悬停的特点，通过搭载任务模块对岸桥主体金属结构进行全方位、近距离、多角度的拍摄，能及时发现并记录岸桥金属结构的问题并传输至地面服务器，通过在线监测系统对照片进行处理分析，最后提供岸桥金属结构评估报告供用户下载。
1.基于无人机拍摄的钢构巡检系统组成
1.1无人机系统
无人机系统以四旋翼无人机为工作平台，四旋翼无人机起升动力通过四个旋翼与空气进行相对运动的反作用力获得。四旋翼无人机工作平台包含四旋翼无人机、动力驱动装置、飞行导航模块、飞行避障模块、飞行控制计算机五个部分[3]。
动力驱动装置由伺服控制器、舵机、无刷直流电机组成。伺服控制器根据飞行控制器的命令对舵机下达指令，舵机控制对应的直流电机，对直流电机进行速度调节，控制各个直流电机的转动，从而达到控制四旋翼无人机飞行速度的目的。
飞行导航模块由三轴速率陀螺仪、GPS导航仪、信号处理单元组成。GPS导航仪根据卫星定位，将四旋翼无人机所处的三位空间具体位置由信号处理单元反馈给飞行控制计算机，从而达到控制四旋翼无人机航线的目的；三轴速率陀螺仪实时检测四旋翼无人机的飞行参数及飞行姿态，将数据通过信号处理单元反馈给飞行控制计算机，从而达到控制四旋翼无人机飞行参数及飞行姿态的目的。
避障模块由8个超声波测距传感器和1个信号处理单元组成。当四旋翼无人机在飞行航线规定范围内遇到非预期或突发性障碍物，超声波测距传感器通过信号处理单元将无人机与障碍物的距离信息反馈给飞行控制计算机，飞行控制计算机通过收到的信息进行应急飞行航线调整，从而达到避免与障碍物碰撞的目的。
飞行控制计算机通过各信号处理单元数据传输，对四旋翼无人机工作平台的动力驱动装置、飞行导航模块、飞行避障模块、动力驱动装置进行调节，从而达到控制四旋翼无人机飞行的目的。
1.2拍摄任务系统
拍摄任务系统搭载有可见光高清摄像头和信号收发装置平台。采集拍摄时，地面测控指挥系统通过无人机系统控制四旋翼无人机悬停于待检测设备钢结构待检测部位侧方或下方，通过控制信号收发装置平台的步进电机来调整平台的俯仰与倾斜角度，从而使高清摄像头对准待检测部位，对待检测部位进行拍照并通过信号收发装置发送至地面计算机，再上传至在线监测系统。
1.3地面测控指挥系统
地面测控指挥系统由地面控制器和地面计算机组成。地面控制器通过待检测设备上布置的GPS定位器位置反馈，生成待检测设备的实时运动状态及空间运行轨迹，以此对无人机进行任务配载和飞行航路规划，并对无人机进行数据链传输，从而达到任务载荷控制、起降操纵和飞行航路控制的目的；地面计算机则实施显示并记录无人机的航行轨迹及飞行参数，同时接收拍摄任务系统采集传输过来的待检测图像，并上传至在线监测系统。
1.4在监测测系统
目前在用的钢结构在线监测系统，通过专业的钢结构检测团队，人工对比拍摄任务系统上传的照片，对拍摄的照片进行处理与分析，形成钢结构安全监测预警报告与钢结构剩余寿命评估报告。后期系统将研发钢结构AI图像识别系统，直接对上传的照片进行分析处理，生成评估报告。
2.基于无人机拍摄的钢构巡检系统在岸桥钢结构检测中的实施步骤
2.1对我司CR9#岸桥进行GPS定位器的点位布置，布点位置为后大梁后端部。
2.2通过CR9#岸桥上GPS定位器的位置信息与地面计算机中存储的岸桥三维模型相结合，解析岸桥的运行路线及空间位置，根据解析的数据进行四旋翼无人机的任务配载、飞行参数设定和飞行航路规划。
2.3对无人机系统进行全面检查，复测拍摄任务系统、地面测控指挥系统功能，利用地面计算机对无人机的飞行路线进行模拟。
2.4四旋翼无人机按规划路线执行飞行任务。地面控制器通过控制无人机各个螺旋桨的转速和信号收发装置平台的角度，对CR9#岸桥机身金属结构进行全方位、多角度、近距离地拍照。对于结构重点部位，尤其是传统钢结构检测的盲区部位进行长时间的悬停连续拍照。地面计算机采集并确认拍摄到的照片。
2.5拍摄任务完成后，四旋翼无人机按规划路线返回降落，工作人员对四旋翼无人机进行设备检查维护。
2.6拍摄照片上传至在线监测系统，专业钢结构检测团队对拍摄照片进行处理分析，生成钢结构检测报告。
2.7用户下载钢结构检测报告，根据报告内容对CR9#钢结构问题进行处理。
3.结 论
3.1检测结果
经过对CR9#岸桥选定区域检测发现，6个区域有腐蚀等不合格现象，见表1。
表1 CR9#钢结构检查结果表
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3.2优势展望
基于无人机拍摄的钢构巡检系统在岸桥钢结构检测的应用中，较传统检测方式覆盖率更高、巡检效率更高、报告速度更快，见表2。
表2 优越性比较表
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随着摄像机镜头像素的提升与AI图像识别系统的深入研发，系统钢结构检测的效率会得到进一步提升，准确性也将会迎来质的飞跃。
参考文献：
[1]周建伟.集装箱起重机钢结构安全风险的管理方法[J].科技传播,2016(03):145-146.
[2]魏瑞轩,李学仁.先进无人机系统与作战运用[M].国防工业出版社,2014,09.
[3]陈金良,高文明,史际刚.无人机飞行管理[M].西北工业大学出版社,2014,10.
论文作者:邱逸君, 陈东平
论文发表刊物:《科学与技术》2019年21期
论文发表时间:2020/4/17
标签：无人机论文; 钢结构论文; 旋翼论文; 系统论文; 地面论文; 在线论文; 目的论文; 《科学与技术》2019年21期论文;