主缆检测机器人图像测量系统设计文献综述

 2023-08-03 03:08

文献综述(或调研报告):

悬索桥,又称吊桥,其桥面支承在作为主要承重构件的悬索上。[1]悬索桥可以充分利用材料的强度,具有用料省、自重轻的特点,适用于大跨度及特大跨度公路桥,跨度可达1000米以上,是当今大跨度桥梁的主要形式。

悬索桥由主缆、加劲梁、桥塔、锚碇、吊索等构件组成。[1]其中,主缆是悬索桥中的主要承重构件,因此,主缆的材料必须具有强度高、弹性模量大、耐腐蚀等性能。目前常用的是由高强镀锌钢丝组成的主缆。一般是由直径为5mm左右的镀锌钢丝组成钢索,再由若干股钢索组成主缆。[2]在主缆外部,常采用防腐涂料、防腐布、油漆或通入干燥空气等方式组成主缆防护层。[3]

索夹是主缆上的一个附属构件,其安装方式主要有骑跨式和销铰式两种。索夹在力的传导中起到至关重要的作用。一旦索夹失效,会引起全桥结构破坏。[4]

作为主要承重构件,主缆需要承载桥梁各构件的自重、变化的车辆荷载及风载[13][15],且长期暴露于潮湿、含有杂质的空气中,加之在主缆涂装防护的操作过程中仍存在一定的不足[5],其防护材料会逐渐老化,进而对主缆造成破坏,最终会影响到主缆性能,危及桥梁安全。[6]

然而,对于悬索桥主缆的检测技术和措施却不够先进和完善,检测过程大多只能依靠人工攀爬完成,其操作风险大、成本高、效率低。少数悬索桥配备主缆检修车[6],但仍需要人工检测,仍有高空作业的风险。

因此,利用机器人代替人工对主缆进行检测将是此领域但的一大趋势。但就目前来说,国内外仍对此领域涉足未深。国内外对于斜拉索桥的钢索检测及悬索桥的吊索检测机器人都进行过深入研究,已发展出图像检测、超声检测、电磁检测等检测方法。[7][8]但由于悬索桥主缆结构更加复杂,对于悬索桥主缆的检测机器人,国内外均未见有完整结果的报道和科研文章。

尽管和悬索桥主缆表面有巨大的差异,但对斜拉索和吊索检测机器人的研究仍有借鉴意义。由于拉索四周无障碍,绝大多数检测机器人采用环抱爬升式[9][10][11],因此摄像机环绕分布最为合适,一般安置4个摄像头,即可360°无死角检测[11][12][15]。其对多相机、多图像的处理方式可以在主缆检测中使用。

在郑李明和王兴松提出的一种斜拉索桥检测机器人系统设计中[11],其图像数据储存器循环接收四个摄像机但图像,以此可以检测到拉索的全方位图像。视频切换控制电路将摄像机视频信号一分为二,其一由控制器传输给储存器,其二由视频合成器将四个摄像机视频合为一路并通过无线传输系统传输给地面,检测人员可以看到实时图像。

目前应用最多的摄像机接口是USB接口,可以通过连接系统(机器人)电源来满足摄像头工作需要,使用方便。但其缺点是动态视频采集及成像清晰度不足。[14]

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