长大桥梁无人机巡检作业技术规程

PAGEI长大桥梁无人机巡检作业技术规程1范围本文件规定了长大桥梁无人机巡检作业技术的基本规定、飞行准备、无人机飞行、数据采集、数据处理、设备维护保养、异常情况处置、作业安全等内容。本文件适用于长大桥梁使用无人机巡检作业，其它桥梁可参照执行。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件，凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。CJJ99城市桥梁养护技术规范JTG5120公路桥涵养护规范JTGH10公路养护技术规范JTG/T5214在用公路桥梁现场检测技术规程JTG/TH21公路桥梁技术状况评定标准3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1长大桥梁Longbridge总长1000米或单跨150米以上的桥梁。3.2自动巡检Automaticpatrol由飞行控制系统控制并开展桥梁自主巡检作业。3.3手动巡检Manualpatrol由操作人员人工控制无人机开展桥梁巡检作业。3.4粗飞方法Coarseflyingmethod使用大视场远距离开展桥梁巡检作业的方法。3.5精飞方法Precisionflyingmethod使用小视场近距离开展桥梁巡检作业的方法。3.6条带band无人机巡检路线最小划分单元。4基本规定4.1作业人员数据采集作业应配备操作人员、飞行辅助人员。4.1.2操作人员应具备无人机系统的运行维护、突发情况处置及桥梁检测业务能力，并通过相应机型的操作培训，取得相应的资格证书。4.1.3操作人员应具备空域申请能力。4.2作业环境作业点应在视距内且无遮挡。被巡线路沿线应无爆破、射击、打靶、飞行物、烟雾、火焰、无线电干扰等影响飞行安全的因素，并制定停飞、避让等应对措施。起飞、降落点应选取地势平坦的地面，地面无灌木、乔木等影响降落的植被覆盖，选取面积应≥2m*2m。作业相对湿度应≤95%。4.2.5现场瞬时风速应≤7m/s。4.2.6作业环境云下能见度应≥3km。作业环境温度应≥-20℃，且≤50℃。4.3无人机4.3.1无人机续航时间应≥30分钟，标配载荷应≥2.5kg。4.3.2无人机应具备上、下、左、右、前、后六向全方位避障功能，避障距离≥2m。4.3.5可搭载定焦相机或变焦相机。4.3.6应支持云台上置和云台下置。4.4地面站图像传输距离应≥1km。应支持通过地面站控制相机执行拍照、录像指令、变焦相机变焦倍数。4.5云台相机控制云台应具备三轴自动稳定功能，控制精度±0.05°；拍摄照片分辨率应≥2000万像素（定焦）或200万像素（≥10倍变焦），拍摄视频分辨率应≥1080P；相机应具备手动触发和自动触发功能，触发功能包括定点、等时间间隔、等距离间隔曝光等；4.5.4相机存储空间≥32G。4.6工作流程4.6.1应包括飞行准备、无人机飞行、数据采集、数据处理、设备维护保养、异常情况处置。图1无人机巡检作业工作流程4.6.2无人机巡检作业前应进行飞行准备，然后控制无人机飞行进行数据采集，无人机飞行过程中如出现异常情况，应对异常情况进行处置，再对采集的桥梁数据进行处理，最后应及时对设备进行维护保养，工作流程见图1。5飞行准备5.1应包括巡检方案制定、作业前准备工作、作业前无人机试飞等。5.1.1根据巡检需求制定巡检方案，应包括设备选型、航迹规划、巡检方式、方法选择等。5.1.2作业前应做好以下准备工作：a）指南针检查与校准；b）桨叶旋紧；c）电池安装正常；d）云台保护扣卸下；e）相机SD卡插入；f）各操纵杆恢复默认状态；g）各结构连接点无松动。5.1.3作业前无人机试飞应满足以下要求：a）手动操作无人机，飞行高度≥2m；b）无人机、遥控器电量≥80%；c）摇杆功能正常；d）图传、拍照功能正常；e）试飞时间≥2min。6无人机飞行6.1应包括无人机、地面站等。6.1.1无人机飞行数据宜满足以下要求：a）无人机与桥梁待检测部位的距离宜≥3m;b）无人机靠近桥梁待检测部位时，提升及平移速度宜≤0.5m/s;c）无人机飞行高度宜≤120m。7数据采集7.1数据采集应包括图像采集与传输设备。7.2GPS定位卫星数量少于8颗，存在遮挡，导航信号差时，可增设移动信号基站，进行无人机辅助定位。7.3数据采集方式分为自动巡检和手动巡检。7.3.1GPS卫星数量大于8颗，无遮挡，导航信号正常情况下，宜利用无人机的位置信息进行自动巡检；GPS定位卫星数量少于8颗，存在遮挡，导航信号差时，宜采用手动巡检。采用自动巡检方式时宜在地面站控制系统中规划巡检任务及路线，保证无人机起飞后按照巡检任务规划及路线自动巡检。7.4应根据不同巡检需求，分别采用粗飞和精飞两种方法采集桥梁病害数据。粗飞方法适用于桥梁巡检部位表面三维模型建立、明显病害以及病害集中区域发现。其单个条带内部图片重叠率宜不低于50%，条带间重叠率宜不低于50%。精飞方法适用于病害精细化检测。其图像像素点分辨率宜不低于0.1mm/pixel。7.4.3定期检查、特殊检查宜采用精飞方法采集桥梁病害数据，日常检查、经常检查宜采用粗飞方法采集桥梁病害数据。7.5无人机巡检内容包括桥梁上部结构巡检、桥面系巡检、桥梁下部结构巡检和附属设施巡检。7.5.1桥梁结构巡检内容及要求参见附录A，应符合CJJ99、JTG5120、JTGH10、JTG/T5214、JTG/TH21相关规定。7.5.2桥梁上部结构巡检、桥面系巡检宜搭载下置摄像头，桥梁下部结构巡检宜搭载上置摄像头，保证数据采集无遮挡。7.6原始数据及处理数据应分别保存在数据库中。图像存储文件应按照桥梁+部位+（处理数据名称）+时间作为命名，巡检数据存储年限不低于2年。8数据处理8.1数据处理是对采集的桥梁数据进行分析识别桥梁结构表面病害。8.2数据处理应包括病害类型智能识别、病害参数智能识别功能，宜采用图像三维重建模型与BIM模型融合的处理方法实现病害三维可视化直观展示。8.3数据类型图片数据格式宜为jpg，包含大小、时间等信息。视频数据格式宜为MP4，应先进行取样处理，得到病害图片，病害图片应满足、7.4.2要求。8.4数据处理方法数据处理方法包含病害智能识别和人工干预修正。病害智能识别内容包括病害类型和病害参数（位置、数量、尺寸等）。8.4.3遇病害智能识别结果漏检、误检，应对病害检测结果进行人工干预修正。8.5病害智能识别病害类型智能识别应包括卷积神经网络模型选择、桥梁病害数据集收集、数据集制作、模型训练、模型测试和模型应用。图2病害类型智能识别流程8.5.2首先选择卷积神经网络模型，然后采集桥梁病害数据，制作数据集，进行模型训练、测试，得到病害类型智能识别模型，输入无人机采集待识别病害图像，输出病害检测结果图像及病害检测位置信息等，流程见图2。桥梁病害数据集应基于无人机巡检采集的真实数据。数据集中每种类型病害照片数量宜不少于300张，正样本数量不少于负样本数量，宜根据样本特点及数据集大小合理选择。8.5.5宜通过收集漏检、误检样本制作新数据集的方式，对模型进行迭代优化，提高病害检测准确率。宜根据所有平面图片与图像三维重建模型间的投影与反投影关系，进行病害的自动定位与像素标定值计算。病害参数智能识别宜包括病害检测结果图像输入、病害检测结果灰度化、病害检测结果二值化、病害定量参数计算。图3病害参数智能识别流程8.5.8将病害检测结果图像作为输入，然后进行灰度转换变为灰度图，将病害检测结果灰度图转换为多幅只包含一种病害的二值化图像，对每幅二值化图像进行病害定量参数计算得到病害参数识别结果，流程见图3。8.5.9病害定量参数可按照下列方法进行计算：a）病害数量根据病害连通区域个数进行计算；b）病害面积按式（1）计算S=N0×a式中：S—病害面积，mm2N0a—单个像素实际面积，mm2c）裂缝实际长度按式（2）计算L=l0×δ式中：L—裂缝实际长度，mm；l0δ—像素标定值，mm；d）裂缝平均宽度按式（3）计算W=S÷L（3式中：W—裂缝平均宽度，mm；S—病害面积，mm2L—裂缝实际长度，mm；e）任一点裂缝宽度等于该点裂缝骨架线的垂线到裂缝两侧边缘的距离;f）裂缝最大宽度等于任一点裂缝宽度的最大值；g）单个像素实际面积按式（4）计算a=δ2（式中：a—单个像素实际面积，mm2δ—像素标定值，mm。智能识别病害类型准确率应≥80%、病害几何尺寸检测精度应符合JTGT5214规范要求。8.6图像三维模型重建8.6.1图像三维模型重建精度应≤5cm。一次性处理图片数量应≥2000张。图像三维重建模型与BIM模型融合，大小、位置应一致。8.6.4宜采用倾斜摄影建模方法进行图像三维模型重建，流程参见附录B。图像三维重建模型数据格式宜为OSGB，OBJ，FBX、3DS等。建模速度应满足500张图片建模时间≤5h。8.7数据处理成果参见附录C。9设备维护保养9.1无人机设备维护保养应及时清理巡检设备上的油污、碎屑，保持各部位清洁。按照设备维护保养通用要求，分为日常检查保养和定期检查保养。日常检查保养应包括但不限于以下内容:a）保持任务载荷设备清洁；b）保持数据存储空间充足。定期检查保养应包括但不限于以下内容：a）机身外观完整无损；b）机身框架完好无裂纹；c）橡胶件状态良好；d）紧固件、连接件稳定可靠。9.2无人机电池维护保养飞行结束后应及时拔出无人机电池，置于阴凉通风处，待冷却后装入密闭保温的箱体中。9.2.2对长期不使用的电池，宜将电池电量放电至40%-65%后存放。9.2.3对长期不使用的电池宜每隔2-3个月充放电一次。9.3云台相机维护保养9.3.1云台连接部分应无松动、变形、破损，转动部分无卡顿。9.3.2相机外观应无破损、变形等。9.3.3镜头应无刮花、破损等。9.3.4相机应拍照正常，照片清晰度正常。9.3.5相机应拍视频正常，视频清晰度正常。9.3.6相机应供电充足，与机体通信可靠。10异常情况处置10.1设备故障处置遇设备电量不足、设备无信号等情况，应立即点击一键返航，与无人机设备进行连接。10.1.2遇无人机通信链路长时间中断，且预定时间内未返航，应根据无人机失去联系前的地理坐标和机载追踪器发送的报文信息进行搜寻。10.1.3遇设备出现报警故障无法恢复，应立即停止检查作业，操作无人机返航。10.1.4遇设备GPS信号丢失，应采用姿态模式，控制无人机降落到安全区域。遇无人机失去机械动力，应控制无人机降落到安全区域。遇无人机坠落，应立即上报并妥善处置，避免发生次生灾害。10.2突发事件处置遇天气突变，不能具备飞行条件，应立即停止作业，操作无人机返航或就近降落。10.2.2遇操作人员身体不适，应由替补人员进行操作，如无替补人员应立即停止作业。遇航空主管部门发布空域管制要求，应立即停止作业，待管制结束，重新申请。11作业安全11.1人员安全11.1.1起飞和降落时，现场所有人员应与无人机始终保持足够的安全距离，安全距离≥5m，作业人员不得位于起飞和降落航线下。11.1.2现场人员应正确佩戴安全帽和穿戴个人防护用品，正确使用劳动防护用品。11.1.3现场作业人员应穿戴长袖棉质服装。1作业前8h及作业过程中不应饮用酒精类饮品。1作业时，作业人员禁止使用手机。除必要的对外联系外，工作人员不得使用手机。11.2设备安全11.2.1巡检作业时，若需要跨越杆（塔）检查，必须将无人机升高。从杆（塔）上侧通过后下降进行作业。1严禁无人机在变电站（所）、电厂上空穿越。11.2.3当无人机悬停巡视时，应顶风悬停；若对无人机姿态进行调整时，监护人员要提醒无人机驾驶员注意线路周围的障碍物。11.2.4操作人员、飞行辅助人员应同时监控飞机姿态，判断离带电设备距离及附近的干扰源。附录A（资料性）桥梁结构巡检内容及要求桥梁上部结构巡检内容及要求见表A.1。表A.1桥梁上部结构巡检内容及要求巡检构件方式方法内容病害检测信息塔柱自动/手动精飞涂装裂缝、掉块、掉漆、锈蚀数量、类型、位置、走势、尺寸粗飞类型、位置斜拉索、吊索自动/手动精飞护套破损、脱落数量、类型、位置、尺寸粗飞类型、位置主缆自动/手动精飞锈蚀数量、类型、位置、尺寸粗飞病害类型、位置支座自动/手动精飞开裂、锈蚀数量、类型、位置、尺寸等粗飞类型、位置桥面系巡检内容及要求见表A.2。表A.2桥面系巡检内容及要求巡检构件方式方法内容病害检测信息桥面铺装自动/手动精飞破损、裂缝、错台、坑洞、剥落数量、类型、走势、位置、尺寸粗飞类型、位置伸缩缝自动/手动精飞凹凸不平、裂缝、剥落、破损数量、类型、走势、位置、尺寸粗飞类型、位置桥梁下部结构巡检内容及要求见表A.3。表A.3桥梁下部结构巡检内容及要求巡检构件方式方法内容病害检测信息主梁手动精飞裂缝、蜂窝、麻面、剥落、露筋、空洞、孔洞、钢筋锈蚀数量、类型、走势、位置、尺寸粗飞类型、位置桥墩手动精飞裂缝、蜂窝、麻面、剥落、露筋、空洞、孔洞、钢筋锈蚀数