钢箱梁巡检无人化，室内无人机谱新篇

　　1.项目概况

　　钢箱梁在大桥的长期运行中因承受车辆荷载等因素会出现裂纹，疲劳裂纹的产生，不仅影响结构局部的正常受力，特殊情况下，还会造成次生病害。之前，主要依靠人工对钢箱梁焊缝、腐蚀检测、内部积水等全方面的检查，现场作业工作环境差，劳动强度大，耗时长，易遗漏。有限空间特种无人飞行器，基于激光雷达SLAM算法，无需外部GPS等信号可在有限空间进行自主定位、制图、飞行，可替代人工对钢箱梁进行日常巡检，降低有限空间作业风险、提高作业效率和信息化程度，实现钢箱梁智能巡检作业。

　　2.基于有限空间特种无人飞行器的钢箱梁巡检方案介绍

　　2.1飞行器、地面站及机巢介绍

　　笼形无人机是一款通用有限空间特种无人飞行器，由我司全栈自主研发设计，其采用全包裹保护笼外框，框架厚实，碰撞接触面大、传导力充分。该机型具有手动版本、半自主版本和全自主版本三个配置。其中：

　　手动版本为纯遥控器操控，适用于未知环境的探测，例如矿井、坑洞、罐体巡检，操纵人员在不打杆情况下无人机处于悬停状态，符合室外通用无人机的操作习惯。

　　半自主版本为可以一键起飞全程自主飞行，但是电池依然需要手动更换，无人机执行完巡检任务之后装箱取走，适用于仓库盘点、设备巡查，其工况确定、但巡检频次不高的场合。

　　全自主版本配置无人机机巢，实现了摆脱人员的无人化值守作业，适合工况确定、频繁巡检的场合，例如室内变电站巡检、城市生命线的泵站巡检、水力发电站站内巡检等。

　　该无人机功能定制比较灵活，可以加/改装多种载荷，例如补光灯、热成像、RFID阅读器与天线等。

　　无人机机巢是一种为无人机提供自动起降、充电、存储和数据传输等功能的设备。它可以提高无人机的作业效率和安全性，减少人工干预，适用于各种无人机应用场景，系统配套机巢采用稳定可靠的归中杆+触点方式充电。机巢内嵌边缘服务工控机，部署网联无人机软件平台和数字孪生服务程序，用户能够沉浸式体验无人机巡检效果，美观、直观、便捷。系统免费开放二次开发接口，方便上层业务集成。

　　总之，本系统部署便捷、插电即用，既可以独立闭环运行，又可以开放兼容，具有显著优势。

　　配置建议

　　2.2规格参数

　　无人机

　　地面站

　　机巢

　　软件平台(自主版本)

　　2.3系统架构

　　自主巡检版本包含无人机、机巢、软件平台部分。系统独立形成生态，插电即用，不需要建设额外基础设施。

　　无人机从机巢上起飞，执行完成任务之后重新降落到机巢上，归中杆可以将无人机归中，触点接触无人机上的充电组件实现触点充电。按照锂电池的通用特性，采用恒流+恒压的充电模式。

　　整套系统通过有线+无线以太网互联互通，实现数据与指令交互。软件平台部署在机巢端，支持无人机的接入、用户Web访问功能。

　　2.4系统功能

　　2.5部署方式

　　(1)准备工作

　　1)面积要求：机巢部署需要占用面积1m*1m，设备部署空间正上方无障碍物遮挡，机场与无人机飞行区域尽量保持通视状。

　　2)位置要求：选择靠近任务区域的位置，以减少无人机的飞行时间和能耗。

　　3)供电要求：设备需要220V市电(需接地)，供电端为三角插头;接入设备端为自锁航空插头，设备最大峰值功率150W(含充电、边缘节点、设备运行)。

　　4)网络通信：设备尾部留有以太网接口，通过网线有业主网口相连。根据现场环境布设WiFi6 自组网节点，可以在室内走动，通过手机连接WiFi查看信号强度是否已经覆盖到位。确保机巢能够连接到稳定的网络，以便进行远程控制和数据传输。

　　(2)机巢安装

　　1)环境要求：无人机的前方场景尽可能固定、丰富，利于定位，不要对着一堵高墙、晃动的人群、窗帘等。如果室内人员复杂不可控，则可额外安装围栏。

　　2)安装事项：选择平整、硬质地面进行摆放机巢，可使用电工胶带在地面粘贴笔直参考线，便于摆放，腿部需要使用螺丝/AB胶水固定牢靠。所有航线依赖于此固定的坐标原点，一旦机巢挪动，所有航线需要重新划设。

　　(3)机巢调试

　　1)打开机巢自带的软件平台，确认数字孪生模型中机巢的位置与实际的位置匹配、无人机的方向(前方x)与模型坐标的方向(红色x)一致。

　　2)在系统设置内检查各项功能正常运行，包括推杆收放、充电开启关闭、网络通信等。

　　(4)三维建模

　　1)模型采集：手动起飞无人机，尽可能多的覆盖全空间扫描，点云文件自动存储在机载计算机当中，通过FTP下载PCD三维模型文件。

　　2)内业建模：拖过点云和现场照片视频，进行模型构建，研发确认远程调试功能是否正常。

　　(5)无人机测试

　　1)基本功能：检查无人机外观，无误后手动模式飞行无人机确认功能正常。

　　2)航点采集：沟通需要巡检的点位，通过无人机打点方式将这些点位进行坐标录入。交付工程师对航线规划判断。根据实际作业情况，可以划设不同的飞行航线。

　　3)作业周期：与运维方沟通确认作业时间：立即起飞/延迟起飞/周期起飞。

　　4)充电测试：将无人机放入机巢中，确保无人机放置正确，充电接口连接良好，充电功能正常

　　5)自主测试：系统内下达指令，对全自主飞行进行功能验证、并确认巡检点位照片/视频/测温功能正常，并与运维方确认。

　　(6)巡检任务执行

　　运维方通过航线规划和任务设置，可选择手动、半自动、自动三种方式对钢箱梁内巡检点位进行智能巡检，飞行器通过激光雷达及可见光摄像头对箱梁内部进行视频及点云模型的数据采集。巡检后台可通过人为或接入后台智能算法模型对开裂、腐蚀、积水等问题进行识别，并通过点云模型确认问题部位的实际位置，便于后期维护工作的制定。飞行器也可搭载超声波测厚、红外识别等多种无损检测手段对钢箱梁进行无损探伤检测。

　　3方案优势

　　3.1与传统人工巡检相比较

　　钢箱梁巡检属于有限空间作业，常规人工巡检工作效率低，需要对人员进行专业培训后才能上岗就业，且依然存在一定的作业风险。同时人工巡检在作业质量上也很难完全保证。特种飞行器巡检则只需要1名飞手或者搭配机巢实现无人值守。在巡检效率和巡检质量上均能完全超越人工巡检。

　　3.2与其他机器巡检方案比较

　　2024年5月广东省公路建设有限公司湾区特大桥养护技术中心联合中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司、清华大学、成都市大通路桥机械有限公司等单位联合研发钢箱梁内智能巡检平台：通过履带式底盘在钢箱梁内复杂的环境中运动，并跨越箱室之间的人孔;通过摄像头和雷达等装置获取底盘实时位置和现场环境信息，反馈给远程操作人员。该方案与飞行器方案相比较，通过性和巡检效率均全面落后，且履带车针对不同尺寸的钢箱梁均需要定制化设计，而飞行器则具备更强的通用性。