橋梁是保證道路通暢的重要因素之一，近幾年隨著交通網(wǎng)絡(luò)覆蓋領(lǐng)域增大，受地形及地域因素的影響，各式公路橋梁的數(shù)目也逐漸增多；橋梁交通流量的增加對橋梁狀態(tài)的實時性監(jiān)測的需求頗為迫切，橋梁的養(yǎng)護計劃也依托檢測出的狀態(tài)加以確定。

橋梁外觀的檢測主要涉及橋面的鋪裝、防撞護欄、上部的橋梁結(jié)構(gòu)及下部的橋墩橋臺等。而橋梁養(yǎng)護多以橋梁的外觀檢測為基礎(chǔ)，并貫穿于整個運營期。例如橋梁檢測人員通過目測橋梁表面的凹坑、麻面等來判斷是否需要進行養(yǎng)護，并且采取何種力度的處治方式；利用簡單儀器檢測橋面是否發(fā)生超過安全限度的位移等。這些傳統(tǒng)的橋梁外觀檢測方法需要大量技術(shù)人員參與，成本較高、實時性差，且檢測時會對交通產(chǎn)生一定的阻礙。2007年8月1日I-35W密西西比大橋曾發(fā)生由于養(yǎng)護不足而突然坍塌的事故，由此可見,養(yǎng)護工作在橋梁服役周期內(nèi)至關(guān)重要，故亟需研發(fā)出可實時且準(zhǔn)確檢測橋梁外觀的新技術(shù)。

近年來，計算機技術(shù)的突飛猛進使得圖像識別再次進入大眾的視野，也給各行業(yè)研究人員新的啟發(fā)，圖像識別在醫(yī)學(xué)、航天等領(lǐng)域的成功應(yīng)用更增添了人們的信心。本文在傳統(tǒng)橋梁外觀檢測方法的基礎(chǔ)上，提出基于圖像識別的外觀檢測新技術(shù)，將會有效推動公路橋梁檢測技術(shù)的進步。

常用外觀檢測技術(shù)之優(yōu)劣

目測是傳統(tǒng)橋梁外觀檢測常用的方法。該方法對承擔(dān)該項任務(wù)的人員的知識經(jīng)驗要求較高，需要政府投入較多的人力及資金，而且檢測作業(yè)的安全難以受到保障。受橋梁結(jié)構(gòu)的影響，人工檢測的盲區(qū)較多，例如裂縫通常分為顯性與隱形，由于觀測隱形裂縫比較困難，會使技術(shù)人員忽視對該部分的養(yǎng)護工作，從而給橋梁安全埋下隱患。橋梁檢測車也在橋梁檢測過程中發(fā)揮一定作用，但因受市場范圍的限制，目前對其研究投入較少，對它的使用壽命亦無明確的規(guī)定，導(dǎo)致企業(yè)對橋梁檢測車的維護不夠充分，在實際檢測作業(yè)中易發(fā)生事故；因其體積較大，當(dāng)其作業(yè)時需要封閉部分交通；此外，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響，它檢測時也存在較大盲區(qū)。GPS技術(shù)則主要用于橋梁外觀檢測中的變形檢測，但受限于其精度，無法捕捉一些間隔較短的形變信息；而光纖傳感器易受環(huán)境因素的影響，難以實現(xiàn)長期監(jiān)測。

隨著近幾年攝像機精度的大幅提升，對激光雷達等儀器設(shè)備的研究不斷深入，橋梁檢測中出現(xiàn)了無損檢測，并開始在此方向上繼續(xù)探索。無損檢測，顧名思義即在進行檢測工作時并未對被檢物體造成損傷，目前所適用的主要設(shè)備為激光雷達、傳感器及超聲波等，本文所介紹的圖像檢測亦屬此列。當(dāng)攝像機進行檢測時無須接觸橋梁，更不會對橋梁造成損傷，且無必要根據(jù)不同的檢測內(nèi)容更換相機設(shè)備。而激光雷達一般只在橋梁的厚度或密度檢測時才能發(fā)揮良好的效果；由于道路橋梁環(huán)境復(fù)雜，超聲波檢測出的結(jié)果易受干擾，致使結(jié)果不準(zhǔn)確或難以分析；傳感器檢測技術(shù)則對與之配合使用的轉(zhuǎn)換裝置提出較高要求。

檢測

近年來智能檢測技術(shù)得到不斷發(fā)展，與傳統(tǒng)檢測方法的最大差異在于，本文所述的圖像檢測技術(shù)可以實施無接觸檢測，在檢查裂縫及變形時未破壞部分橋梁的結(jié)構(gòu)；而與其他無損檢測法相比，該方法適用于各種材質(zhì)，降低了投資成本。實時性強的圖像檢測的原理是利用圖像處理與模式識別等領(lǐng)域的理論和方法，借助各種視覺傳感器采集數(shù)據(jù)檢測出圖像中存在的目標(biāo)對象，并通過有線和無線傳輸?shù)姆绞剿椭了惴ǘ?。軟件算法部分在完成了相機標(biāo)定后依靠內(nèi)置各種算法對數(shù)據(jù)進行處理，確定這些目標(biāo)對象的語義類別，并標(biāo)定出目標(biāo)對象在圖像中的位置或識別其特征，從而實現(xiàn)對橋梁的檢測。圖像檢測技術(shù)具有省時高效、性價比高、檢測盲區(qū)少且準(zhǔn)確性高的優(yōu)點，已逐步應(yīng)用于各行各業(yè)中。

目前常用于工業(yè)中的攝像機有單目、雙目及單反三種類型，圖像技術(shù)首先利用攝像機采集橋梁外觀圖像，并建立串聯(lián)的相機網(wǎng)絡(luò)，將相機采集到的圖像信息利用有線或無線傳遞到云端。而人為檢測的主觀性較大，不同的技術(shù)人員針對同一個圖形得到的信息結(jié)果會存有差異，不利于對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)進行準(zhǔn)確評估。各種圖像處理方法為橋梁病害的測定打開了新思路，通過對相機進行標(biāo)定，然后依據(jù)圖像信息將橋梁部分結(jié)構(gòu)外觀重建三維模型。針對不同問題采用不同算法進行特征檢測，并與正常狀況下的特征進行匹配，進而得出需檢測部位的特征狀態(tài)，達到圖像檢測的效果，其具體流程原理如下圖所示。硬件設(shè)備相機的類型根據(jù)實際檢測的內(nèi)容及檢測位置加以選擇，對其精度亦提出較高要求，若精度偏低則會導(dǎo)致所得到的圖像信息提取困難，而選取合適的相機標(biāo)定方法也至關(guān)重要。

橋梁檢測新技術(shù)的蓬勃發(fā)展

目前橋梁正向大型化、空間化方向發(fā)展，對橋梁的各種性能要求也在逐步提升。橋梁建設(shè)周期較短，但其運營期內(nèi)的養(yǎng)護卻是個長期的過程。因橋梁傳統(tǒng)的維護方法存在較多缺陷，隨著近年來計算機技術(shù)的突飛猛進，各行各業(yè)開始跨界融合，給予相關(guān)研究人員很大的啟發(fā)，促使他們深耕于橋梁檢測技術(shù)領(lǐng)域，涌現(xiàn)了一批創(chuàng)新技術(shù)并得到推廣應(yīng)用。此外，隨著大型橋梁的相繼涌現(xiàn)，橋梁的高度也在不斷增加，特別在一些多風(fēng)地區(qū)，橋梁經(jīng)常會受到較大風(fēng)力的沖擊，故對其實時性監(jiān)測至關(guān)重要。

針對橋梁外觀檢測，可采用無人機搭載高精度攝像頭進行圖像采集，以無人機平臺為基礎(chǔ)搭建橋梁外觀檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)對其外觀表面的自動掃描、圖像識別、表面損傷自動判斷等功能。某高?？蒲袌F隊為滬蘇通長江大橋設(shè)立了塔梁變形檢測系統(tǒng)，可實時監(jiān)測塔梁的變形情況，便于對塔梁實施養(yǎng)護，提高其使用壽命與橋梁的安全性；他們在婁底至雙峰路段的橋梁，通過機器視覺系統(tǒng)與振動分析相結(jié)合的方法來檢測大橋的損傷點及荷載；他們還在機器視覺與卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的基礎(chǔ)上，對橋梁支座病害進行實時性研究，并結(jié)合圖像對病害加以預(yù)測，為養(yǎng)護人員制定養(yǎng)護計劃提供科學(xué)依據(jù)等。

與傳統(tǒng)的橋梁外觀檢測方法相比，本文所介紹的圖像識別法具有實時性強、易于識別損傷等優(yōu)點，它代表了橋梁檢測方法的發(fā)展方向，對于橋梁病害的檢測有著重要的現(xiàn)實意義。