南沙大桥位于广东省境内，是连接广州市南沙区和东莞市沙田镇的跨江通道，于2019年4月正式通车运营。南沙大桥由坭州水道桥(主跨1688米)和大沙水道桥(主跨1200米)这两座千米级悬索桥组成，为钢箱梁悬索桥结构形式，钢箱梁段总长3546m。
图1 南沙大桥
自2020年始，南沙大桥日均车流量超过黄埔大桥与虎门大桥之和，单日最高峰超过20万辆。南沙大桥实际车辆荷载及交通量已超出设计预期，超饱和车流量给桥梁安全服役带来了极大压力，亟待研发并配置高效、可靠、智能的桥梁检测技术。
图2 钢箱梁内部
在此背景下，广东省公路建设有限公司湾区特大桥养护技术中心联合中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司、清华大学、成都市大通路桥机械有限公司等单位开展钢箱梁内病害智能检测装备研发，旨在为钢箱梁内病害巡检提供智能高效的软硬件解决方案。
针对传统人工巡检存在的效率低、精度差、检不快、测不准的问题，项目计划研发集数据采集、导航避障、病害检测、智能建图于一体的智能巡检平台：通过履带式底盘在钢箱梁内复杂的环境中运动，并跨越箱室之间的人孔；通过摄像头和雷达等装置获取底盘实时位置和现场环境信息，反馈给远程操作人员。
图3 系统设计
底盘上搭载数据采集设备，采集设备集成定位、图像拍摄、建图、数据处理等功能。现场可快速建图，获取钢箱梁内部结构三维模型，并进一步实现病害定位。
图4 钢箱梁内建图
系统中机械臂端的感知装置以及智能建图、深度学习病害检测、病害定位等功能由清华大学土木系结构工程研究所开发。
项目研发的履带车底盘可在钢箱梁U肋上平稳移动，并在轨道上完成转向，从而在各个箱室间移动。运动到待检区域后，履带车上的机械臂将升起，机械臂顶端的采集设备开始进行采集包括图像和点云在内的信息，并将数据处理后传回服务器。项目团队经过一年多的联合研发形成设备样机，于2023-2024年完成多次场外与实桥测试，目前项目已顺利完成数据采集、设备通信、远程控制、履带车改装、机械臂控制等任务的研发，基本实现预期目标，即将开展实桥测试验收工作。
图5 现场测试