无人机如何助力更环保的基础设施检测

Drones enable greener, cost-effective inspections of aging and decaying infrastructure.Image: Skydio
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  • 面对日益破败的基础设施和不断变暖的气候,决策者陷入两难境地:应对其中一场危机的许多潜在举措,都会对另一场危机产生负面影响。

  • 从最初的建设到定期检测,基础设施在其整个生命周期中都需要高碳密集型的工作。

  • 电动无人机有助于化解这一困境,它无需笨重、耗油严重的机械设备,即可实现更环保、更具成本效益的基础设施检测。

  • 来自全球各地的案例研究表明,无人机具有以可持续方式增强基础设施韧性的潜力。

世界各地的重要基础设施正在老化失修。意大利、意大利、巴西和美国等工业化国家近期相继发生了备受关注的桥梁坍塌和大坝决口事故。

这些往往造成人员伤亡的事件,促使各方形成了重建的政治意愿。美国总统乔·拜登的2.25万亿美元基础设施提案目前正在国会审议。日本首相菅义伟已呼吁投入15万亿日元(1370亿美元)改善应急基础设施。英国首相鲍里斯·约翰逊援引富兰克林·D·罗斯福著名的“新政”来推动其自身的基础设施运动。

但决策者必须在基础设施与另一场危机——气候变化——之间寻求平衡。基础设施在气候议题中的利害关系,可能比人们最初设想的更为重大。据世界银行称,全球约70%的温室气体排放来自基础设施建设及其维系过程。利害关系如此重大,也使得公众对这些可持续建设(及重建)计划的审视日益严格。例如,尽管约翰逊承诺其计划将“以更绿色的方式重建”,英国环保人士仍斥责这位首相在应对排放问题上做得不够充分。

随着基础设施维护和气候危机日益紧迫,决策者发现自己被夹在两者之间。许多旨在解决其中一个问题的举措,都会使另一个问题恶化。更复杂的是,某些“绿色”解决方案的成本,甚至超过了其声称要解决的问题本身。这种双重困境亟需新的解决方案。

无人机的优势

一项新兴技术——无人机,可同时应对这两种困境。无人机能够实现对老化和损毁基础设施更环保、更具成本效益的检测。通过使用无人机,我们可以降低传统检测方法的碳足迹,并以更短的时间完成更多检测。综合来看,这些优势使我们更接近所需的可持续基础设施未来。

我负责Skydio的政策事务,该公司是美国最大的无人机制造商,也是自主飞行领域的全球领先者。与其他无人机企业一样,我们每天都能看到这项技术的价值得到体现。

电动无人机采用电池驱动,无需化石燃料。相比之下,目前用于将检测人员送至结构周围危险位置的,是笨重、耗油严重的机械设备。例如,桥梁下检测车辆,即用于桥梁检测、配备大型起重机的半挂卡车,通常每升油只能行驶2公里或更短距离。如果让无人机仅检测美国、英国、澳大利亚和日本一半的桥梁——这仅占全球检测议程的一小部分——其减碳效果将相当于每年减少数以万计的车辆上路。

通过让检测更快、更便宜,无人机使更具前瞻性的检查成为可能,从而减少对高碳密集型检测的需求。借助无人机,桥梁检测人员可在数分钟内完成原本需要数小时的工作。原因在于,无人机能够轻松快速地检测大量难以到达的空间,同时提供精细的细节,发现百分之一英寸级的缺陷。在传统作业方式中,诸如检测车或吊篮等笨重设备需要耗费更多时间才能安全架设,以检测桥梁的一部分,之后还需在整个结构上重复这一冗长过程。

新一代自主无人机使桥梁检测人员即便仅接受过最低限度的培训,也能飞入桥梁桁架内部并在支撑结构周围飞行,而无需担心坠毁。无人机是对经过培训的桥梁检测人员的补充,而非取代,它使检测人员能够精准检测难以到达的区域,并建立数字孪生以追踪随时间发生的变化——而这长期以来一直是检测领域的圣杯。

通过以更短时间(且花费更少)完成更多检测,无人机使更多检测得以开展,从而提高了在问题出现之前发现问题的可能性。问题越早被发现,就越容易修复,也能避免后续需要进行的规模大得多(且碳密集程度高得多)的修复工作,例如重建结构的整个部分。

无人机的实地应用

来自全球各地的案例研究表明,无人机具有以可持续方式增强基础设施韧性的潜力。

日本的无人机检测已经证明了这一更清洁解决方案的可扩展性。据估算,有观点认为,若要修复日本日益老化的国家基础设施(包括超过17.5万座桥梁)并应对国内工程师供给不足的问题,将需耗资5万亿美元。然而,借助无人机,日本基础设施Waymark(JIW)公司得以更好地应对这一艰巨任务。仅一年时间,该技术便帮助JIW将每座桥梁的检测成本降低了75%,并将检测量提升了7000%。对JIW而言,无人机检测不仅更加清洁,还使公司能够以更短时间、更低成本解决更多基础设施短板。此举既通过对气候变化产生积极影响而造福子孙后代,也帮助当代市民更快地实现互联互通,并节省了纳税人的资金。

在美国,北卡罗来纳州交通部(NCDOT)在利用无人机检测该州13500座桥梁方面处于领先地位。2020年,NCDOT获得了一项具有突破性意义的、全州范围内的美国联邦航空管理局批准,允许其使用Skydio无人机在检测桥梁时进行“超视距”飞行。根据该豁免,检测人员无需借助辅助观察员或昂贵的雷达系统即可超出目视范围飞行,这与全球绝大多数无人机审批情况不同。该豁免使无人机在桥梁检测中得以普及,使其成为无需昂贵培训即可使用的高价值、低门槛工具。

当然,仅靠更清洁的检测无法单独解决绿色基础设施问题。低碳基础设施系统,例如大众交通、可再生能源项目和更环保的建造方法,同样是至关重要的推动因素。但无人机是解决方案中不可或缺的一部分。无人机是通往未来的桥梁——是让我们的基础设施持续高效运转、同时又不破坏我们all赖以生存的环境的工具。

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