利用无人机技术进行房屋外部结构检测与评估

利用无人机技术进行房屋外部结构检测与评估

张玄

南京工大建设工程技术有限公司，江苏南京，210015

摘要：本文介绍了无人机的基本构成与分类、工作原理和飞行控制系统，详细阐述了无人机在房屋外部结构检测中的应用现状。接着，探讨了传统的房屋外部结构检测与评估方法，分析了无人机在该领域的应用流程、搭载的检测设备和数据处理技术，以及检测结果的评估标准与方法。在实践应用方面，详述了无人机检测方案的制定与实施过程，并对检测结果进行了深入的分析和评估，同时与传统检测方法进行了对比分析。结果表明，利用无人机技术进行房屋外部结构检测与评估能够提高效率、降低成本、增加安全性，具有广阔的应用前景。

关键词：无人机技术；房屋外部结构；检测与评估；应用现状；实践应用

0 引言

随着城市建设的不断发展，房屋数量的不断增加，房屋的维修保养、管理等都成了人们关心的重要问题。对房屋外部结构的传统检测评估方法，包括投入大量人力物力，效率不高，安全隐患较大等诸多限制。房屋外部结构检测评估利用无人机技术近年来逐渐受到广泛关注。作为一种灵活、高效和安全优势的新型探测工具，无人机已成功应用于多个领域，并显示出巨大的房屋外部结构探测潜力。无人机可以有效发现房屋外部结构存在的裂缝、漏水、腐蚀等问题，并通过搭载各种传感器和摄像机，实现房屋外部结构的高分辨率、多角度、全方位快速扫描，提供房屋维修管理的科学依据。

1 无人机技术概述

1.1 无人机的基本构成与分类

无人机基本构成包括机体，机翼，动力系统，飞行控制系统等部件，是一种无人驾驶的飞行器。无人机可根据其用途和构造特征分为多种型号。

多旋翼无人机(Multirotor)：多旋翼无人机适用于短距离任务和低空作业，具有垂直起降能力和较强机动能力，以多个旋翼为主要起飞和悬停装置。

固定翼无人机(Fixed-wing)：固定翼无人机适用于大范围的航测、侦察和监控任务，采用类似飞行器的机翼结构，具备长航时和远程飞行能力。

混合无人机(Hybrid)：混合无人机结合了多旋翼和固定翼的优点，既有垂直起降能力，又有长航时和高速飞行的特点，适用于多样化的任务需求。

1.2 无人机的工作原理及飞行控制系统

无人机的工作原理主要包括动力系统、飞行控制系统和导航系统三个方面。动力系统提供了飞行所需的推力，常见的动力系统有电动引擎、燃气涡轮引擎等。飞行控制系统负责对无人机进行姿态、飞行路径、稳定性等方面的控制，通常包括飞控主板、传感器、执行机构以及其他一些部件。导航系统则是用来确定GPS、惯性导航系统、地面测控系统等在内的无人机的位置、航速和航向[1]。

1.3 房屋外部构造探测无人机应用现状

其在房屋外部结构检测领域的应用，随着无人机技术的不断发展与成熟，正呈现出越来越广泛、越来越深入的趋势。

高效快速的检测手段：传统的房屋外部结构检测，一般都是靠人工巡检或者搭脚手架的方式来进行，费时费力，费用也比较高。不过，无人机搭载了高解析度摄影机和可在较短时间内全面高效扫描拍摄房屋外部结构的激光雷达等传感器，使得探测效率和精度大大提高。

安全可靠的操作方式：利用无人机从事房屋外部结构检测能够避免高危作业带来的安全隐患和工作人员的投资风险性，对复杂地形难以到达的地区也能做到轻松应对，从而使检测工作在保证安全可靠性的基础上得以顺利进行。

多样化的应用场景：在房屋外部结构检测中无人机的应用范围十分广泛，可以检测出多种类型结构的问题，无人机配备的各种传感器和设备可以对不同类型的结构问题进行快速准确的识别和评价，从而使检测工作高效准确。

2 房屋外部结构检测与评估方法

2.1 传统房屋外部结构检测与评估方法

房屋外部结构的传统检测评估方法主要有几种方式：目测、物理检测、仪器检测。目测是最常用的方法之一，其通过人工观察房屋外墙表面有无裂缝、渗漏等明显缺陷，但受人为主观因素影响较大，隐蔽性缺陷无法准确识别。物理检测包括判断墙体是否存在松动、空洞等问题，使用敲击声、探针检测等方法，但这些方法都需要专业技师操作，只能对表面瑕疵进行检测[2]。仪器检测则借助超声波探伤仪、红外照相机等一些专业仪器设备，更加精细地检测评估房屋外部结构，但对大面积房屋外墙的检测来说，设备造价高、操作繁琐、效率不够。

2.2 无人机在房屋外部结构检测中的应用流程

无人机在房屋外部结构检测中的应用过程主要包括几个环节，包括任务规划、飞行执行、数据采集以及后期处理等，无人机在房屋外部结构检测中的应用一是制定飞行任务计划，包括飞行航线、高度、飞行速度等参数，根据实际需求和探测范围制定任务方案。然后启动无人机，通过遥控器或预设程序完成飞行任务，利用无人机携带的传感器设备，如照相机、激光雷达等，全面扫描拍摄房屋的外部构造。采集完成后，所获取的数据将被传送到包括图像拼接、数据校准、缺陷认定等环节在内的地面站，进行数据处理和分析。最后，检测报告生成，并根据数据处理结果进行结果评估，从而提供决策依据，以维护和管理房屋。

2.3 无人机搭载的检测设备与数据处理技术

无人机所搭载的检测设备主要包括多种传感器，如相机用于获取房屋外墙的图像数据，激光雷达对墙体进行三维点云扫描，以及红外线热像仪对墙体的温度分布进行探测。利用图像处理和计算机视觉技术，这些传感器可以对缺陷进行检测和识别；利用激光雷达对墙体进行三维点云扫描提供精确的结构形态和尺寸信息；利用红外线热像仪对墙体的温度分布进行探测发现潜在的隐蔽问题[3]。在数据处理技术方面，采用包括图像处理技术在内的先进技术，对采集到的数据进行自动化处理分析，实现缺陷的自动识别定位和分类，大大提高了检测的效率和精确度，同时也提高了检测的自动化程度。

2.4 无人机检测结果的评估标准与方法

无人机检测结果的评估标准主要包括缺陷类型、缺陷程度、修复难度等几个方面。根据房屋外墙的材料、结构和使用情况，制定相应的评估标准，对检测结果进行定量化和分类化处理。常用的评估方法包括视觉评估、图像处理分析、专家判断和数据统计等，通过综合分析不同缺陷的影响程度和修复难度，确定优先处理的缺陷点和维修方案，为房屋维护和管理提供科学依据。

3 无人机技术在房屋外部结构检测中的实践应用

3.1 案例选择与背景介绍

研究选择了一座位于城市郊区的多层住宅区作为案例对象。该住宅区建于上世纪90年代，由于年代久远，外墙出现了各种裂缝、渗漏等问题，对居民的生活安全产生了潜在的威胁。传统的检测方法存在效率低、准确性不高等问题，因此利用无人机技术进行房屋外部结构检测具有重要的实践意义。

3.2 无人机检测方案的制定与实施

实施检测计划之前，先做了现场勘测和风险评估工作，对飞行区域和飞行高度进行了具体确定。确定了飞行区域和飞行高度之后，制定了具体的飞行路径和任务计划，根据现场勘测结果规划了合理的飞行路线，使无人机对所需检测的区域进行全方位的覆盖。在任务计划方面，对飞行器的型号和搭载设备作了具体确定，选用了合适的相机和激光雷达等传感器，对飞行的高度速度以及飞行模式等参数也作了相应规定。在此基础上编制了详细的飞行计划表，内容涉及飞行路线图起飞点和降落点以及飞行时间安排等多个方面，以确保飞行任务能顺利实施完成。

在整个实施过程中，对飞行计划和任务要求进行严格把关，在飞行器起飞前对无人机及相关设备的工作状态进行检查，保证各项指标均处于正常范围；在飞行过程中，严格遵守飞行规范和空域管理要求，保证飞行安全；按照飞行计划和任务要求，对无人机的飞行路径和姿态进行准确控制，保证数据采集的精确性和完整性，并在数据采集完成后及时将数据传输至地面站进行后续处理分析，从而获得准确的检测结果。通过以上措施的落实，确保实施过程中的飞行安全和任务完成[4]。

3.3 检测结果的分析与评估

无人机检测所获得的数据如下表，主要针对包括裂缝渗漏结构变形等在内的缺陷情况进行了评估。以下是具体的检测数据和评估结果：

表1 裂缝检测情况

表2 渗漏检测情况

表3 结构变形检测情况

上述数据表明，东、南墙裂缝较多、较长，个别裂缝较宽，为防止继续扩大，需要及时维修。渗漏部位主要集中在门窗周围，可能与需要加强维护的防水层密封不严或老化等原因有一定的关系。结构变形存在于顶部檐口及楼板下方，有待结构进一步评估与修复。

3.4 与传统检测方法的对比分析

研究将其测试结果与传统方法进行了对比分析，具体情况如下表：

表4 传统方法和无人机技术对同一区域进行检测的效率和准确性对比

无人机技术检测时间短，仅需2天即可完成对整个住宅区的全面检测，而传统方法需要5天。无人机技术检测范围广，能够全面覆盖整个住宅区的外墙结构，而传统方法只能进行局部检测。无人机技术的缺陷发现率达到了95%，远高于传统方法的75%，同时缺陷定位准确度也更高，达到90%，而传统方法仅为60%。无人机技术在房屋外部结构检测中表现出更高的效率和准确性，为房屋维护和管理提供了更可靠的技术支持。

4结语

综上所述，相比传统方法，无人机技术检测时间短、范围广、缺陷发现率高、定位准确度高，为房屋维护和管理提供了更高效、更精准的技术支持。无人机搭载的多种传感器设备，能够实现对房屋外墙的高分辨率、多角度、全方位的快速扫描，大大提高了检测的效率和准确性。在实践应用方面，本文选取了一座城市郊区的多层住宅区作为案例对象，通过对比分析发现，无人机技术检测结果明显优于传统方法，为房屋外部结构的维护和管理提供了重要的技术支持。

参考文献

[1]王赫,张欢. 无人机技术在大面积建筑物高度测量中的应用 [J]. 城市勘测, 2024, (01): 149-152.

[2]马建,唐丽华,吴国栋. 基于无人机影像的房屋信息提取技术初步研究 [J]. 震灾防御技术, 2023, 18 (02): 293-300.

[3]陈小歌,毛川. 无人机技术在农村地籍测绘中的应用分析 [J]. 南方农机, 2022, 53 (16): 152-154.

[4]刘彬. 基于无人机图像的房屋目标检测研究[D]. 沈阳理工大学, 2022.

作者简介：张玄（1997.11），女，汉，江苏淮安，本科，助理工程师，研究方向：房屋检测鉴定。