1、概述

無(wú)人機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展為建筑物的立面檢測(cè)與維護(hù)帶來(lái)了革命性的變化。傳統(tǒng)的建筑立面檢測(cè)（玻璃幕墻檢測(cè)）與維護(hù)工作通常需要人工登高、懸垂作業(yè)，存在一定的危險(xiǎn)性和工作效率低下的問題。而基于無(wú)人機(jī)的建筑立面檢測(cè)與維護(hù)技術(shù)，則能夠在保障人員安全的同時(shí)，提高工作效率，降低維護(hù)成本。本文將介紹基于無(wú)人機(jī)的建筑立面巡檢與維護(hù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用案例。

2、巡檢方案

針對(duì)傳統(tǒng)人工巡檢的難點(diǎn)和痛點(diǎn)，睿鉑科技的無(wú)人機(jī)巡檢方案具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）無(wú)人機(jī)可以輕松抵達(dá)建筑的各個(gè)部位，結(jié)合數(shù)字孿生仿真、全覆蓋式巡檢，解決人工巡檢的遺漏和盲區(qū)問題；

（2）高分辨率巡檢影像，結(jié)合AI識(shí)別、人工復(fù)核的方式，對(duì)于病害點(diǎn)的識(shí)別更加準(zhǔn)確和全面；

（3）民用無(wú)人機(jī)市場(chǎng)成熟，學(xué)習(xí)成本、使用成本和維護(hù)成本都很低，且操作簡(jiǎn)便、部署靈活、作業(yè)高效，單人單機(jī)即可完成巡檢作業(yè)；

（4）人機(jī)巡檢可以通過搭載高清攝像頭、紅外熱像儀等多種傳感器設(shè)備，對(duì)建筑物進(jìn)行全方位、多角度的巡視和觀測(cè)。這些傳感器可以檢測(cè)建筑物外觀、設(shè)備和結(jié)構(gòu)的異常情況，提前預(yù)警潛在的問題，有助于及時(shí)進(jìn)行維護(hù)；

（5）數(shù)字孿生技術(shù)結(jié)合巡檢管理系統(tǒng)，對(duì)病害數(shù)據(jù)進(jìn)行三維可視化的展示與分析，為科學(xué)、高效地管理和運(yùn)維提供更加準(zhǔn)確、更加全面的依據(jù)。

方案具體的流程為：第一步，通過建立實(shí)景三維模型實(shí)現(xiàn)巡檢對(duì)象的數(shù)字孿生；第二步，依據(jù)實(shí)景三維模型規(guī)劃巡檢航線；第三步，無(wú)人機(jī)按照巡檢航線采集高分辨影像數(shù)據(jù)；第四步，對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行定位定姿處理；第五步，AI病害識(shí)別；第六步，通過通途智慧巡檢管理系統(tǒng)對(duì)病害點(diǎn)進(jìn)行三維可視化的瀏覽、管理、統(tǒng)計(jì)、分析并形成巡檢報(bào)告。

2.1、數(shù)字孿生

在第一次進(jìn)行建筑檢測(cè)時(shí)，通過建立實(shí)景三維模型實(shí)現(xiàn)建筑的數(shù)字孿生，還原建筑的真實(shí)情況，還原精度可達(dá)到厘米級(jí)。

建筑三維實(shí)景模型（整體）

建筑三維實(shí)景模型（局部）

三維實(shí)景模型主要用途有2個(gè)：

（1）三維實(shí)景模型可以做為病害數(shù)據(jù)三維可視化管理的數(shù)字底圖，對(duì)于所有已識(shí)別的病害，通過模型來(lái)進(jìn)行展示和管理，讓運(yùn)維管理人員可以更加直觀地研判建筑的真實(shí)情況；

（2）三維實(shí)景模型可以做為巡檢航線規(guī)劃的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)全自主飛行。

針對(duì)城市建筑的結(jié)構(gòu)和特征，睿鉑科技結(jié)合自身的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，選擇了旗下D2M傾斜攝影相機(jī)，并在自主研發(fā)的Riebo Route Assistant（RRA）航線規(guī)劃軟件中設(shè)計(jì)了巡檢模塊，專門用于建筑的三維實(shí)景建模，在確保空三通過率和模型質(zhì)量的基礎(chǔ)上，大量減少航線和航片數(shù)量，從而大幅提高建模效率。

D2M三維建模相機(jī)

 

2.2、航線規(guī)劃

無(wú)人機(jī)巡檢不同于普通的無(wú)人機(jī)航測(cè)作業(yè)，根據(jù)相關(guān)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)巡檢時(shí)無(wú)人機(jī)需要貼近檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行攝影，為了保證無(wú)人機(jī)在復(fù)雜環(huán)境中的飛行安全，且為了確保影像對(duì)檢測(cè)對(duì)象的完整覆蓋，因此需要進(jìn)行航線規(guī)劃，讓無(wú)人機(jī)按照航線自動(dòng)完成巡檢作業(yè)。

Riebo Route Assistant（RRA）航線規(guī)劃軟件中的巡檢模塊，可以根據(jù)實(shí)景三維模型自動(dòng)生成仿真航線，結(jié)合上文中的快速建模技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一般場(chǎng)景的首次巡檢在一天內(nèi)完成建模和巡檢。

RRA航線規(guī)劃軟件

2.3、數(shù)據(jù)采集

巡檢影像數(shù)據(jù)采集工作由大疆MAVIC3T無(wú)人機(jī)完成，外場(chǎng)作業(yè)僅需一人、一車和一套采集設(shè)備即可完成，并且算法優(yōu)化后的航線設(shè)計(jì)搭配長(zhǎng)焦距、熱成像的專業(yè)級(jí)巡檢相機(jī)，作業(yè)效率非常高。

熱成像巡檢

MAVIC3T全自主作業(yè)

2.4、數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理使用Skyscanner軟件，該軟件可以分架次或分批次導(dǎo)出巡檢數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)海量巡檢數(shù)據(jù)的有效化管理。同時(shí)，該軟件還可以將地理位置信息寫入照片中，實(shí)現(xiàn)高精度的坐標(biāo)矯正，并根據(jù)無(wú)人機(jī)和相機(jī)的姿態(tài)信息，解算出影像的視場(chǎng)域，為后續(xù)病害點(diǎn)的精準(zhǔn)定位提供數(shù)據(jù)支撐。

2.5、AI識(shí)別

隨著基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)的圖像識(shí)別算法的進(jìn)步，使用高分辨率巡檢影像進(jìn)行病害點(diǎn)人工智能識(shí)別的技術(shù)應(yīng)用也更加容易和成熟。具體的工作流程如下：

第一步：通過對(duì)采集圖片數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記并交付給卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練。訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可快速地對(duì)圖片進(jìn)行裂縫識(shí)別檢測(cè)，后期通過完善模型和采集更多訓(xùn)練數(shù)據(jù)來(lái)共同提高模型的識(shí)別率。

第二步：針對(duì)已經(jīng)識(shí)別出缺陷的圖片，進(jìn)行增強(qiáng)、去噪、圖像分割、邊緣檢測(cè)等一系列處理，得到建筑立面裂縫分割效果圖和裂縫像素級(jí)的測(cè)量結(jié)果。采用基于深度學(xué)習(xí)的優(yōu)化分割算法，裂縫像素級(jí)重疊率高，并且能夠在細(xì)小裂紋、復(fù)雜背景、人為標(biāo)識(shí)等干擾情況下給出正確的分割結(jié)果。

同時(shí)針對(duì)建筑立面的其余缺陷，如幕墻變形開裂、銹蝕、螺栓松動(dòng)、脫空等情況也進(jìn)行識(shí)別。

AI識(shí)別（整體）

AI識(shí)別（局部）

 

2.6、巡檢管理

目前，大部分的檢測(cè)作業(yè)最終形成的成果為檢測(cè)報(bào)告，無(wú)論是從具體的病害，還是建筑的整體情況，其呈現(xiàn)方式均不直觀。并且，巡檢流程缺乏有效的數(shù)字化管理，巡檢成果的可重復(fù)利用率低，巡檢過程的監(jiān)督檢查困難，現(xiàn)有的部分巡檢作業(yè)軟件也存在集成化程度低、數(shù)據(jù)成果不通用的問題。

為此，睿鉑科技開發(fā)了通途智慧巡檢管理系統(tǒng)，將巡檢全流程進(jìn)行數(shù)字化一站式管理，集成了人員管理、數(shù)據(jù)管理、病害識(shí)別、病害定位、病害三維可視化管理、歷史病害對(duì)比、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、巡檢報(bào)告定制化輸出等功能。

通途智慧巡檢管理系統(tǒng)

3、巡檢系統(tǒng)

整個(gè)系統(tǒng)由采集系統(tǒng)和管理系統(tǒng)2個(gè)子系統(tǒng)組成。其中：采集系統(tǒng)由無(wú)人機(jī)平臺(tái)、建模相機(jī)、巡檢相機(jī)、航線規(guī)劃軟件和數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)成；管理系統(tǒng)為通途智慧巡檢管理系統(tǒng)。

巡檢系統(tǒng)

3.1、采集系統(tǒng)

采集系統(tǒng)主要通過無(wú)人機(jī)平臺(tái)搭載云臺(tái)相機(jī)，配合相應(yīng)軟件，完成對(duì)巡檢對(duì)象的高精度位置信息、高分辨率影像數(shù)據(jù)和各構(gòu)件病害數(shù)據(jù)的采集。系統(tǒng)包括：

（1）無(wú)人機(jī)平臺(tái)

無(wú)人機(jī)平臺(tái)為大疆M300RTK多旋翼無(wú)人機(jī)。該款無(wú)人機(jī)內(nèi)置了RTK模塊，支持自定義網(wǎng)絡(luò)RTK，可以實(shí)現(xiàn)高精度準(zhǔn)確定位。其飛行穩(wěn)定的特點(diǎn)，六向環(huán)境感知和避障能力非常適合建筑巡檢的復(fù)雜環(huán)境。

MAVIC3T無(wú)人機(jī)

 

（2）航線規(guī)劃軟件

Riebo Route Assistant（RRA）是睿鉑自研的一款航線規(guī)劃軟件，除了支持睿鉑全系列設(shè)備的網(wǎng)格、環(huán)繞、仿地、立面四大類航線規(guī)劃功能外，還支持自主導(dǎo)入DEM高程文件并自動(dòng)識(shí)別高程類型，以及三維模型一鍵導(dǎo)入并自動(dòng)對(duì)齊底圖地物的功能。

RRA的巡檢模塊，支持依據(jù)三維實(shí)景模型自動(dòng)生成巡檢航線，航線各項(xiàng)參數(shù)均可調(diào)節(jié)，在保障飛行安全的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)巡檢對(duì)象的全覆蓋、無(wú)遺漏。通過算法優(yōu)化的航線設(shè)計(jì)，還能大量減少冗余數(shù)據(jù)，為后續(xù)處理工作節(jié)省時(shí)間。

 

RRA航線規(guī)劃軟件

 

依據(jù)模型生成巡檢航線

 

（3）數(shù)據(jù)處理軟件

數(shù)據(jù)預(yù)處理使用Skyscanner軟件，軟件支持自動(dòng)架次分組的數(shù)據(jù)管理功能，支持通過標(biāo)定參數(shù)，將位置信息精準(zhǔn)矯正至相機(jī)cmos中心并寫入照片，并且支持結(jié)合相機(jī)畸變參數(shù)和拍照時(shí)的姿態(tài)信息，精確計(jì)算照片的視場(chǎng)域，為后續(xù)病害點(diǎn)的精準(zhǔn)定位與測(cè)量提供數(shù)據(jù)支撐。

Skyscanner

3.2、管理平臺(tái)

通途智慧巡檢管理系統(tǒng)（ASIS）是睿鉑為巡檢全流程一站式管理開發(fā)的管理系統(tǒng)，系統(tǒng)由人員管理模塊、項(xiàng)目管理模塊、巡檢管理模塊、病害管理模塊組成。用戶可以將無(wú)人機(jī)巡檢數(shù)據(jù)和三維模型上傳至平臺(tái)，系統(tǒng)自動(dòng)將模型與照片映射關(guān)聯(lián)。通過AI或手動(dòng)對(duì)照片上的病害進(jìn)行標(biāo)記，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將病害位置孿生至三維模型，在三維模型上可以直觀全面的瀏覽巡檢目標(biāo)的病害分布和病害信息。系統(tǒng)可以一鍵輸出專業(yè)的巡檢報(bào)告，完成巡檢的全流程閉環(huán)。

 

巡檢報(bào)告

 

4、巡檢行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

隨著大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、無(wú)人機(jī)等技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)家高度重視新技術(shù)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用和融合創(chuàng)新，在國(guó)家戰(zhàn)略的引領(lǐng)下，部級(jí)及省級(jí)部門對(duì)人工智能、自動(dòng)駕駛、無(wú)人機(jī)等技術(shù)在交通運(yùn)輸中的應(yīng)用提出了發(fā)展目標(biāo)和指導(dǎo)意見，地方政府也相繼發(fā)文引導(dǎo)此類課題研究與應(yīng)用推廣，國(guó)家政策導(dǎo)向和地方政府的務(wù)實(shí)推進(jìn)，將大力推動(dòng)無(wú)人機(jī)技術(shù)在公路巡檢監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，提高公路養(yǎng)護(hù)效率、安全保障和服務(wù)水平，推進(jìn)巡檢現(xiàn)代化，并催生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。