无人机应用公路桥梁巡检竞赛项目展示【五】

为深入贯彻落实党中央、国务院关于发展低空经济的工作部署，促进低空经济在交通运输领域创新发展，加快推进无人机技术在公路桥梁巡检领域的应用，进一步提升桥梁养护的智能化与精细化水平，由交通运输部公路局指导、中交公路规划设计院举办无人机应用公路桥梁巡检竞赛。

从今天开始，我们将对此次进入决赛的参赛队伍及其优秀案例进行推送，进一步展示我国无人机在公路桥梁巡检方面的应用能力。

本期所展示的优秀申报项目

1.江阴大桥无人机智慧巡检

2.泰州大桥无人机巡检项目

PJT. 1

申报项目名称

江阴大桥无人机智慧巡检

申报单位

江苏扬子江高速通道管理有限公司

申报单位简介及资质情况

江苏扬子江高速通道管理有限公司是隶属江苏交通控股有限公司的路桥经营管理企业，主要负责江阴大桥、沪苏通大桥、张靖皋大桥(在建）3座跨江大桥以及广靖高速、锡澄高速、通锡高速等8条高速公路的运营管理工作。公司先后通过了ISO9001国际质量体系认证，荣获了国际桥梁最高奖“尤金·菲戈”奖。全国建筑行业最高奖“鲁班奖”、“詹天佑土木工程奖”、国家科技进步二等奖、江苏省科技进步一等奖等多项殊荣。2023年，团队着手试点无人机机场部署，在调研了大量的机场应用市场后，结合自身管养特征，在江阴大桥主桥南北两侧和G2高速锡澄段共部署了3台无人机机场，自主培养1名CAAC中型无人机机长，3名无人机飞手。2023年7月江阴大桥跨江大桥无人值守智慧巡检技术成功亮相江苏交控智慧巡检技术交流会，作为国内首个跨江大桥无人机场自动化巡检平台，相关技术成果和应用经验，一度吸引了全国高速公路养护同行的关注。

技术方案

（一）工程概况

江苏扬子江高速通道管理有限公司江阴大桥管理处管辖京沪高速公路江阴大桥段和广靖锡澄段，辖段主线里程56.72公里，匝道里程16.09公里，桥梁数量65座，其中江阴大桥主跨为1385米的钢箱梁悬索桥。

为解决传统巡检养护工作中安全风险高、巡检效率低、盲区覆盖不足、数据支撑薄弱等问题，扬子江高速通道管理有限公司于2018年开始组建无人机巡检小组，探索无人机高速公路场景的行业应用，耗时近4年时间，最终形成了数字底座搭建+桥梁结构化巡检航线设计+行业级无人机精准采集的巡检模式，实现了分部件、分构件、点对点的无人机桥梁巡检效果。2023年，为进一步探索跨江大桥无人机自动值守巡检养护作业模式，团队着手试点无人机机场部署，由江阴大桥管理处采购了3台大疆机场。其中，机场1位于江阴大桥北侧（江阴大桥管理处水塔顶部），机场2位于江阴大桥南侧（扬子江公司楼顶），均用于江阴大桥的结构巡检工作，包括主缆、锁夹、吊索、塔柱等不同部件结构；机场3位于G2京沪高速K1093上海方向门架，主要用于对无锡互通枢纽区域进行整体巡检，包括中小桥梁底超高车辆撞损、桥下易燃物堆积、路侧隔离栅打开等风险辨识。通过此次试点工作，团队最终深化了“数字底座搭建+桥梁结构化巡检航线设计+行业级无人机精准采集”模式；实现了从“人工操控无人机”向“无人值守自动化巡检” 的跨越；形成了一套完整的使用无人机针对跨江大桥核心结构进行常态化、自动化巡检的解决方案。该方案通过设备固定化、作业自动化、数据实时化破解了传统巡检的安全、效率与数据痛点，为跨江大桥及高速枢纽智慧养护提供了可复制的新范式，也为全流程数字化闭环管理奠定了坚实基础。

图1 无人机机场分布

（二）巡检内容

目前，团队形成的技术方案是构建高精度桥梁三维数字底座，为全流程巡检提供精准空间数据基准；基于桥梁结构特征与巡检需求，设计结构化巡检航线，实现主缆、吊索、索夹等关键构件的结构化巡检路径规划，确保采集范围无遗漏、重点区域全覆盖；通过三维可视化平台将巡检成果与数字底座深度融合，实现病害位置在模型中的精准投射、多期数据对比分析及报告可视化输出。

1、构建高精度桥梁三维数字底座

利用M350RTK搭载L2激光雷达进行带状飞行，对桥梁主体结构进行扫描，获取桥梁的点云粗模。基于粗模，通过平台的仿面航线功能规划桥梁外包络相对距离30米的仿面飞行航线，用于采集精细化点云数据。江阴大桥索塔高度约190米，桥面以上高度140多米，而L2量程达250米，在点云数据采集过程中，可精准扫描索夹、螺栓等细小目标物，最终生成主体完整、细节丰富的桥梁点云模型。

图2 桥梁精细化建模航线规划

图3 江阴大桥点云模型（抽稀）

2、结构化巡检航线设计

基于桥梁的激光雷达点云，对桥梁结构进行半自动化提取，可提取悬索桥与斜拉桥主缆、吊索、拉索、索夹、主塔外侧、主塔内侧、横梁、鞍室、边索、铆钉等结构部位矢量信息。按照行业术语描述结构部位，一键制作贴合结构几何特征的巡检航线。巡检结构可精细至构件级，可以按照编号进行区间巡检航线生产。避免养护人员学习复杂无人机航线绘制基础操作知识，如相对距离、重叠率、影像分辨率等专业概念，降低上手难度，有利于无人机精细巡检养护工作推广。

同时，巡检影像自带巡检目标语义化描述信息，将语义化信息转化为唯一编码，后台可自动解析。相同巡检点位历史巡检数据可通过唯一编码进行查询，通过长期监测，可记录缺陷发育过程与状态，有利于未来预防式养护工作开展。

图4 桥梁结构提取效果展示

图5 各主要部位巡查航线展示

3、巡检成果可视化展示

凭借技术架构创新，构建起二维影像与三维模型的深度融合体系，实现了平面视觉数据与立体空间结构的精准锚定与动态关联。无人机空中采集影像的位置可精准投射至三维模型对应结构位置，实现 “影像细节 - 模型坐标” 的双向映射，既保留二维影像的高清细节特征，又依托三维模型实现空间位置的可视化定位与追溯，让巡检数据从平面呈现升级为立体关联，为病害分析、定位及全生命周期管理提供连贯的数据支撑。

图6 巡检影像结构化展示

（三）无人机型号及其参数

机场搭载大疆经纬M30T无人机和M30ZOOM摄像机。大疆经纬M30T参数如下：

展开尺寸470×585×215mm，折叠尺寸365×215×195mm，重量3770±10g(含电池)，飞行载重4000g，飞行速度23m/s，飞行时间41分钟，悬停精度(垂直/水平)：±0.1m/±0.3m(视觉定位)、±0.5m/±1.5m(GPS定位)，±0.1m/±0.1m(RTK定位)，抗风等级7级。

（四）航线规划方法

由于桥梁的不同结构特性差异较大，所以在进行无人机巡检作业时，需匹配定制化的飞行方式与拍照策略，例如：对于主缆、吊索等狭长型构件，规划沿构件走向的巡航航线，搭配多角度拍摄模式，确保对索体表面裂缝、锈蚀、索夹连接部位等关键区域的全覆盖；针对索塔这类高耸结构，设计分层递进式航线，从顶部到底部逐步降高进行悬停拍摄，精准捕捉塔柱混凝土表观病害及预埋件状态。

结构化巡检航线的生产过程主要分为以下几部分：选择桥梁（江阴大桥）→选择结构（索夹、吊索等）→选择朝向（上行方向/下行方向）→选择飞行设备（M30T/ZOOM）→确定巡检起始编号（索夹为例，1-30）→预览/保存航线。

航线规划算法能够按照上述流程中的相关参数自动匹配飞行器的安全起飞高度、飞行速度、飞机及云台偏航角度、云台俯仰角度、拍照模式等内容，形成结构化巡检航线。

图7 江阴大桥 上行方向 第1-第30号 索夹 内外侧 巡检航线生产过程

（五）数据处理流程

无人机通过结构化巡检航线采集的照片可通过无人机平台进行人工标注病害，同时可以在矢量模型中按照构件的方式直观的查看历史病害。

1.主桥索夹巡检

对于索夹巡检，1-43#索夹由北机场进行巡检，44-85#索夹由南机场进行巡检。主要按照内侧、外侧、俯角、仰角的角度进行拍摄。所有索夹采集完成共需要拍摄680张照片。

图8 1-43#索夹航线规划示意图

图9 病害照片位置展示及多期影像查找

图10 固定角度拍摄索夹对比

2.主桥主缆巡检

对于主缆巡检，从43#吊索以北区域由北机场进行巡检，43#吊索以南区域由南机场进行巡检。主要以外侧平视0度角度进行拍摄。要实现两条主缆外侧的单角度检查共需要拍摄842张照片。

图11 主缆单角度、单侧航线规划示意图

图12 主缆平视角度巡检拍摄照片

3.主桥吊索巡检

对于吊索，从43#吊索以北区域由北机场进行巡检，44#吊索以南区域由南机场进行巡检。每根吊索每个位置采用两个外侧侧视角度（22.5度）进行拍摄，巡检完所有吊索需要拍摄6916张照片。

图13 吊索航线规划示意图

图14 吊索巡查拍摄照片病害标注

4.主桥主塔巡检

对于主塔，北侧主塔由北机场进行巡检，南侧主塔由南机场进行巡检。采用外侧包围式视角进行检查，完成主塔巡检的全覆盖检查共需要拍摄1408张照片。

图15 主塔航线规划示意图

图16 主塔病害定点复拍示意图

5.无锡互通区域巡检

无锡互通区域巡检主要针对机场覆盖区域内中小桥梁底超高车辆撞损、桥下堆积物、路侧隔离栅打开等日常巡查较难发现问题进行检查，以每月一次的频率进行无人机自动巡检。

图17 无锡互通巡检航线展示

图18 无人机自动巡检无锡互通隔离栅打开情况

（六）巡检取得的成果

建立了江阴大桥的“无人值守”智慧巡检模式，实现了全天候应急事件无人机快速响应和画面回传。针对江阴大桥主缆、锁夹、吊索、塔柱等不同部件结构特点，在精细化点云模型基础上，提取出桥梁结构特征骨架，先后规划了近7000个可随意组合的巡航点，30条航线路径，以实现全桥360°无死角观测。60个工作小时即可进行一次全面的外观体检，极大地消除检查盲区，获取的病害图集可与桥梁结构进行空间、时间关联索引，为桥梁养护管理积累大量检测数据，为桥梁养护加固提供决策依据。

PJT.2

申报项目名称

泰州大桥无人机巡检项目

申报单位

江苏航空产业集团有限责任公司

申报单位简介

江苏航空产业集团有限责任公司是江苏交通控股有限公司全资控股的国有独资企业，承接省委省政府和江苏交控党委赋予的江苏省低空飞行服务中心建设运营重大任务，构建高速公路低空（无人机）一体化综合服务管理体系，已在江苏省7条高速公路578km路段开展无人机巡检巡查应用，拥有民用无人机驾驶航空器运营合格证及12项软件著作权。

技术方案

1、项目概况

泰州大桥是首座大跨度三塔两跨吊悬索桥体系，创下5项世界第一。作为连接江苏省泰州市与镇江市的过江通道，地处长江江苏段中部，是中国国家高速公路网中北京—上海高速公路（国家高速G2）、上海—西安高速公路（国家高速G40）的重要联络线，桥梁结构独特且长期承受大量客货流压力，对养护管理的专业性与智能化水平有着严苛标准。

为突破传统养护模式在复杂结构巡检、GNSS-RTK拒止环境巡查、数据整合分析等方面的瓶颈，航产集团联合泰州大桥、中科华兴开展泰州大桥无人机巡检项目。项目聚焦高耸构件、深墩、桥下空间等人工巡查盲区难以及时发现的共性难题，在泰州大桥构建起融入卫星InSAR、无人机、地面监测设备的“空天地”一体化监测体系，对泰州大桥开展常态化巡查。项目构建了一个多尺度、多维度、高精度、近实时的综合监测网络，引入基于多源传感数据融合的即时定位与地图构建技术，通过航产集团自主研发的桥下空间自主巡查无人机，突破桥下空间无GNSS信号的难题，实现病害多维度信息的精确感知。最终成功达成桥上桥下空间全方位无死角巡检。

2、巡检内容

无人机巡检覆盖泰州大桥关键结构，具体包括：

主体结构巡查：主塔塔顶、南北塔塔身、锚锭外观、桥下防撞护舷等结构外观破损、锈蚀情况；

附属设施巡查：护栏、伸缩缝、排水系统等附属结构的完整性与功能状态；悬索系统巡查：主缆、螺栓、吊索等机构外观破损、锈蚀情况。

GNSS-RTK拒止环境巡查：针对桥梁下部空间、钢箱梁底部等无GNSS信号区域的病害情况（如裂缝、锈蚀、破损）进行巡查。

3、技术方案

（1）设备选型

经过对桥梁巡检场景的深度剖析以及多类设备的综合对比，项目最终采用航产集团自主研发的自动起降机库无人机、桥下空间自主巡查无人机及大疆Matrice 400三款机型进行巡检巡查。

自动起降机库无人机最大续航时间达到70min，最快速度达到90km/h，最大起飞重量9kg，最大抗风等级12m/s。

桥下空间自主巡查无人机采用激光雷达自主定位，可实现3m/s持续撞击、5m/s不影响飞行安全，飞行时长18min，防尘防水IP55，可以实现小于30公分的贴近巡视，超清数据获取。

大疆Matrice 400续航时间59min，最大载重6kg，最大抗风速度12 12m/s，工作环境温度-20℃ 至 50℃（无太阳辐射）。

（2）航线规划方法

在进行关键结构的专项巡查时，会通过卫星雷达 InSAR 的监测结果判断重点巡查区域及点位，而后采用无人机对该区域及点位进行精细化巡查。

桥上空间巡查：基于泰州大桥三维数字空间，根据巡检内容的不同，规划针对主体结构、附属设施、悬索系统的巡检航线。无人机按照预设的巡检航线到达指定点位，执行指定作业任务，完成桥上空间巡查。

GNSS-RTK拒止环境巡查：桥下空间自主巡查无人机具备高精度实时定位与状态估计、自主导航与轨迹跟踪、环境感知与三维建图核心能力，可在GNSS-RTK拒止的桥梁下部空间实现自主航线规划、飞行与巡查作业：

①任务初始化：确定桥梁重点巡查区域后，无人机从固定点位起飞，自主飞行至目标区域。②环境感知与轨迹记录：进入GNSS拒止空间后，SLAM系统通过LiDAR实时扫描构建三维点云地图，同步融合IMU数据实现厘米级位姿估计，并持续监听记录无人机的飞行状态（位置、速度、姿态），生成结构化轨迹文件。③高保真轨迹复现：加载预录制的轨迹文件，由控制模块严格按文件中的时序和状态点生成指令，通过MAVROS-PX4闭环控制链路驱动无人机精准复现飞行路径。

（2）数据处理流程

本项目针对桥梁巡检数据处理的痛点，开展针对性技术研究，将AI自动识别技术深度融入处理流程。针对桥梁裂缝病害，采用裂缝量化识别算法，通过无人机采集的病害影像数据，研究基于深度学习的图像超分辨率重建技术（如SRGAN, ESRGAN等）。通过重建，提升裂缝区域图像的清晰度和细节，为精确量化提供高质量输入。在超分辨率重建的基础上，进一步优化裂缝检测模型，使其能提取出裂缝表观信息，采用自研发的图像分割算法（TS-crack-net及其改进模型）， 对检测到的裂缝进行像素级分割，精确提取裂缝的轮廓、长度、面积等几何参数。 基于裂缝分割结果，提取裂缝的中心线。通过沿中心线布设一系列垂线，测量这些垂线与裂缝边缘交点间的距离，从而计算裂缝在不同位置的宽度。

4、巡检成果

自2024年以来，现已在泰州大桥累计飞行时长240小时，飞行架次360架次，飞行里程8640公里，发现人工难以发现的疑似病害693处。并通过“空天地”一体化监测体系成功判断出泰州大桥主桥区域测试点整体处于持续沉降阶段，雨季整体变形波动较大，但整体变化平稳。

图1 “空天地”一体化监测体系监测成果

图2 无人机巡检拍摄成果

项目主要实现了以下成果：

（1）助力隐患及时发现

通过融入卫星InSAR、无人机、地面监测设备的“空天地”一体化监测体系，实现全局观测、精细巡查。无人机巡检成功捕捉到泰州大桥多处人工巡检难以察觉的细微病害，如主梁底部的微小裂缝、桥墩隐蔽部位的钢筋锈蚀等。这些病害的及时发现，为桥梁预防性养护提供了关键依据，有效避免了病害进一步发展引发的安全隐患。

（2）突破盲区盲点问题

研发应用桥下空间专用巡查无人机，成功突破桥下GNSS信号缺失的制约，在复杂环境下实现稳定自主飞行与精准数据采集。此举有效扫除了人工巡查盲点，同时桥检车巡查1台班直接成本为4000-6000元，通过远程集控，无人机巡查1天直接成本约为200元，巡查成本降低20-30倍。

（3）大幅提高巡检效率

针对通用无人机航时短的限制，创新引入续航能力≥80分钟的长航时无人机，可实现1天完成全桥梁主要构件的系统性巡查，而人工巡查同样的工作量需要8-9天，效率提升8-9倍，并且大幅降低高空作业安全风险。

问题及建议

1、存在问题

（1）复杂环境适应性问题

当前无人机在强风、暴雨等极端天气下稳定性不足，桥梁周边的电磁干扰和构造物遮挡易导致信号中断或定位漂移，威胁飞行安全并降低检测可靠性。

（2）训练样本不足问题

桥梁病害数据库覆盖度有限，裂缝、锈蚀等损伤存在地域性差异，现有AI模型对特殊结构桥梁的病害识别泛化能力较弱。

2、相关建议

（1）加强装备研发

研发抗干扰强化机型，集成多传感器冗余系统，通过环境预扫描技术提前规避风险区域，同时建立气象响应机制暂停高风险作业。

（2）建设桥梁病害样本库

构建专属、海量、多维度的桥梁病害样本库，重点补充悬索桥、斜拉桥等特殊结构的典型病例数据。

组织机构

中交公路规划设计院有限公司

中交公规土木大数据信息技术（北京）有限公司

江苏润扬大桥发展有限责任公司

《桥梁》杂志社

媒体支持

《桥梁》杂志社

桥梁视界

专家评审委员

桥梁工程、无人机技术、AI算法等领域专家

组委会

中交公路规划设计院有限公司

组委会秘书处

中交公规土木大数据信息技术（北京）有限公司

联系人和联系方式

中交公路规划设计院

刘芳亮　13718001749

交通运输部公路局

郝朝伟　010-65292735

《桥梁》杂志社

郭海龙　13051886728

联系人：陈颖

联系邮箱：xmt@bridgecn.org

联系电话：18511928578

稿件投递

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