高速公路檢測(cè)中無(wú)人機(jī)影像的應(yīng)用

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［摘要］高速公路作為城市交通要道，其工程自然具有體積龐大、環(huán)境復(fù)雜的特征，因此在施工過程中必須先了解工程周邊環(huán)境，再根據(jù)環(huán)境條件來設(shè)定施工方案，此時(shí)就有必要開展高速公路檢測(cè)工作。但傳統(tǒng)高速公路檢測(cè)工作依賴人工，人工面對(duì)龐大的施工面積往往力不從心，同時(shí)還可能面臨風(fēng)險(xiǎn)，因此必須改變?nèi)斯z測(cè)工作方式，此時(shí)無(wú)人機(jī)影像技術(shù)就給予了改變契機(jī)，利用該項(xiàng)技術(shù)可有效提高檢測(cè)效率與安全水平。對(duì)此本文為了了解無(wú)人機(jī)影像在高速公路檢測(cè)中的應(yīng)用將展開相關(guān)分析，闡述無(wú)人機(jī)影像特征與高速公路檢測(cè)需求、優(yōu)劣，并提出無(wú)人機(jī)影像在檢測(cè)中的應(yīng)用方式。

［關(guān)鍵詞］無(wú)人機(jī)影像；高速公路檢測(cè)；工程環(huán)境

引言

無(wú)人機(jī)影像是現(xiàn)代提出的一種檢測(cè)技術(shù)，其可以取代人工前往復(fù)雜環(huán)境中獲取影像，并將影像實(shí)時(shí)傳輸?shù)饺斯ざ斯┤瞬殚?，由此既可?shí)現(xiàn)檢測(cè)目的，說明無(wú)人機(jī)影像技術(shù)確實(shí)具有高速公路檢測(cè)功能。但值得注意的是，要通過無(wú)人機(jī)影像進(jìn)行檢測(cè)就必須掌握正確方式，否則檢測(cè)質(zhì)量將大大折扣，因此有必要對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行分析，此舉具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

1無(wú)人機(jī)影像特征與高速公路檢測(cè)需求

1.1無(wú)人機(jī)影像特征

無(wú)人機(jī)影像技術(shù)大體可以分為兩個(gè)部分，即無(wú)人機(jī)、人工端，下文將對(duì)兩個(gè)部分的具體內(nèi)容進(jìn)行分析。

1.1.1無(wú)人機(jī)無(wú)人機(jī)影像技術(shù)中的無(wú)人機(jī)由無(wú)人機(jī)載體、機(jī)載攝像頭、通信裝置組成，在人工的控制下無(wú)人機(jī)會(huì)在檢測(cè)范圍內(nèi)飛行，同時(shí)機(jī)載攝像頭也會(huì)對(duì)視野范圍內(nèi)的圖像進(jìn)行拍攝，且攝像頭的視野角度也受人工端控制，由此通過無(wú)人機(jī)及攝像頭就實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)圖像的采集，而所采集的圖像會(huì)實(shí)時(shí)通過通信裝置發(fā)送到人工端，由人工端接收、展示，供人查閱。

1.1.2人工端現(xiàn)代無(wú)人機(jī)影像技術(shù)中人工端主要由觸屏式控制設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，如常見的平板電腦，此類設(shè)備通常具備顯示、控制一體化的功能，能夠接收無(wú)人機(jī)通信裝置傳輸而來的檢測(cè)圖像，同時(shí)人工可以通過觸屏操作方式對(duì)圖像顯示比例、圖像儲(chǔ)存、攝像頭視野角度進(jìn)行控制。另外，除觸屏式控制設(shè)備以外，人工端還包括無(wú)人機(jī)控制裝置，該裝置主要是對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行速度、角度、高低等進(jìn)行控制，配合觸屏式控制設(shè)備可以便捷的完成高速公路檢測(cè)工作。

1.2高速公路檢測(cè)需求

高速公路檢測(cè)的需求如下。（1）檢測(cè)所得內(nèi)容必須全面，應(yīng)當(dāng)覆蓋整個(gè)檢測(cè)范圍；（2）檢測(cè)結(jié)果必須詳細(xì)、準(zhǔn)確，以便于后續(xù)分析工作開展。這一條件下，如果使用無(wú)人機(jī)影像技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，則技術(shù)檢測(cè)結(jié)果就應(yīng)當(dāng)具備檢測(cè)范圍全覆蓋、檢測(cè)圖像清晰度高的特點(diǎn)，否則分析工作必然受到影響，對(duì)此在技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)做好檢測(cè)范圍規(guī)劃、設(shè)備選型工作，由此可滿足檢測(cè)需求，保障檢測(cè)質(zhì)量。

2無(wú)人機(jī)影像應(yīng)用優(yōu)劣

無(wú)人機(jī)影像在高速公路檢測(cè)中的應(yīng)用固然是有明顯優(yōu)勢(shì)的，但不代表其沒有劣勢(shì)表現(xiàn)，因此為了正確使用無(wú)人機(jī)影像來進(jìn)行檢測(cè)，有必要對(duì)其應(yīng)用時(shí)優(yōu)劣進(jìn)行分析。

2.1優(yōu)勢(shì)

無(wú)人機(jī)影像在高速公路檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)非常明顯，大體可以分為三項(xiàng)，即成本較低、圖像精度高、檢測(cè)機(jī)動(dòng)力強(qiáng)、安全性高，各優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)如下。

2.1.1成本較低目前，市面上的無(wú)人機(jī)與相關(guān)配套設(shè)施（不包括機(jī)載攝像頭）的總成本少則幾千元、多則幾萬(wàn)元，相較于需要持續(xù)支出成本的人工模式，無(wú)人機(jī)影像的成本顯然更低，即使算上比較先進(jìn)的攝像頭設(shè)備，該項(xiàng)技術(shù)的成本最多也就十萬(wàn)元，這是傳統(tǒng)人工模式不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

2.1.2圖像精度高圖像精度問題在傳統(tǒng)人工模式下一直受人詬病，即工作人員大多是采用繪制、現(xiàn)場(chǎng)拍攝手段來進(jìn)行影像采集，因此其精度難以保障。但無(wú)人機(jī)作為電子技術(shù)與信息技術(shù)結(jié)合后的產(chǎn)物，其先進(jìn)的設(shè)備水平與可調(diào)的參數(shù)可以有效提高圖像精度，而此舉有利于后續(xù)工程計(jì)算精度，說明檢測(cè)質(zhì)量比較優(yōu)秀。

2.1.3檢測(cè)機(jī)動(dòng)力強(qiáng)面對(duì)復(fù)雜、龐大的檢測(cè)環(huán)境，如果要求人工一步步地進(jìn)行檢測(cè)必然會(huì)造成以下問題，代表人工檢測(cè)機(jī)動(dòng)性差，而無(wú)人機(jī)的使用顯然就消除了這一問題，其機(jī)動(dòng)性遠(yuǎn)超人工，能夠?qū)⒃究赡苄枰獢?shù)月完成的工作縮短到幾天，同時(shí)其檢測(cè)能力也完全符合實(shí)際要求。

2.1.4安全性高復(fù)雜環(huán)境中總是存在一些危險(xiǎn)因素，如果人工進(jìn)行實(shí)地檢測(cè)，則很可能與這些危險(xiǎn)因素接觸，導(dǎo)致危險(xiǎn)事故發(fā)生，但在無(wú)人機(jī)影響技術(shù)中，人工就不必進(jìn)行實(shí)地檢測(cè)，檢測(cè)工作的安全性自然提高。

2.2劣勢(shì)

雖然整體上無(wú)人機(jī)影像的應(yīng)用表現(xiàn)優(yōu)勢(shì)明顯，但其也存在劣勢(shì)，即無(wú)人機(jī)非常容易受到外部環(huán)境因素的干擾，具體表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。（1）無(wú)人機(jī)在運(yùn)行過程中如果遭遇了惡劣天氣，則無(wú)人機(jī)無(wú)法正常飛行，且機(jī)載攝像頭也可能受到影響，無(wú)法繼續(xù)采集高質(zhì)量影像，因此天氣對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的使用造成了限制，說明該項(xiàng)技術(shù)易受環(huán)境因素干擾；（2）無(wú)人機(jī)之所以能夠?qū)⒉杉跋駥?shí)時(shí)傳遞到人工端，是因?yàn)槠渫ㄐ叛b置與人工端之間保持著信號(hào)交互關(guān)系，但實(shí)際情況中如果無(wú)人機(jī)遭遇了信號(hào)干擾因素，就會(huì)出現(xiàn)影像傳輸不及時(shí)、影像缺失或失真等問題，而現(xiàn)實(shí)環(huán)境中信號(hào)干擾因素有很多，如雷電或較大的遮擋物等，所以再次說明了無(wú)人機(jī)比較容易受到外部因素的干擾，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)有意識(shí)地規(guī)避。

3高速公路檢測(cè)中無(wú)人機(jī)影像的應(yīng)用方式

3.1準(zhǔn)備工作

檢測(cè)中為了保障檢測(cè)質(zhì)量必須做好準(zhǔn)備工作，該項(xiàng)工作內(nèi)容包括以下方面。（1）對(duì)整體工程范圍進(jìn)行劃分，得出若干檢測(cè)區(qū)段，由此形成區(qū)段性檢測(cè)范圍，各區(qū)段無(wú)人機(jī)影像檢測(cè)需在此范圍內(nèi)進(jìn)行；（2）做好設(shè)備選型工作，主要對(duì)機(jī)載攝像頭進(jìn)行選擇，必須保障攝像頭視野角度可控，且清晰度良好；（3）對(duì)無(wú)人機(jī)飛行參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，確認(rèn)其抗風(fēng)能力的大小，即因?yàn)闊o(wú)人機(jī)在高空飛行過程中必然會(huì)遭遇較強(qiáng)風(fēng)力，如果無(wú)人機(jī)不能抵抗風(fēng)力，就會(huì)導(dǎo)致影像采集晃動(dòng)，出現(xiàn)檢測(cè)質(zhì)量問題，所以要根據(jù)無(wú)人機(jī)實(shí)際抗風(fēng)能力的大小確認(rèn)其飛行高度，以免遭遇過強(qiáng)風(fēng)力；（4）因?yàn)樵跓o(wú)人機(jī)影像檢測(cè)應(yīng)用中工作人員需要同時(shí)對(duì)兩個(gè)控制設(shè)備（觸屏式控制設(shè)備、無(wú)人機(jī)控制裝置）進(jìn)行操控，所以實(shí)際操作的難度較大，必須由專業(yè)人員進(jìn)行操作，對(duì)此檢測(cè)組織應(yīng)當(dāng)選擇專業(yè)人員來執(zhí)行工作，以免出現(xiàn)質(zhì)量問題；（5）面對(duì)復(fù)雜的環(huán)境條件，在檢測(cè)工作之前必須在檢測(cè)區(qū)段內(nèi)選定無(wú)人機(jī)起飛點(diǎn)，起飛點(diǎn)上方及周邊不能出現(xiàn)障礙物，如高壓線、樹木等，若地面環(huán)境不滿足要求，可以選擇相對(duì)較高的起飛點(diǎn)，甚至動(dòng)用設(shè)備來進(jìn)行檢測(cè)，這一切取決于檢測(cè)工作的實(shí)際需求，當(dāng)合理慎選；（6）需要通過氣象部門了解檢測(cè)時(shí)期內(nèi)的氣象變化，必須避開大風(fēng)、大雨、打雷天氣，因在這些氣候條件下無(wú)人機(jī)是無(wú)法正常工作的，或者攝像頭會(huì)被雨水附著而無(wú)法清晰拍攝，嚴(yán)重時(shí)甚至可能被雷電擊中，同時(shí)若檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)了氣象變化，就必須暫停檢測(cè)；（7）檢測(cè)之前有必要對(duì)無(wú)人機(jī)、機(jī)載攝像頭、各控制設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行全面檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)問題需及時(shí)處理，必須在一切參數(shù)正常的情況下才能開始檢測(cè)。

3.2正式檢測(cè)

在準(zhǔn)備工作一切就緒的條件下即可進(jìn)行正式檢測(cè)，首先建議以兩人一組的形式組織檢測(cè)小組，小組內(nèi)兩人分別負(fù)責(zé)操控與指導(dǎo)，如當(dāng)指導(dǎo)人員發(fā)現(xiàn)影像采集出現(xiàn)問題時(shí)，則可以及時(shí)提醒操控人員暫停檢測(cè)，以便于及時(shí)處理問題，且此舉也能讓操作人員更專注地進(jìn)行操作，有利于操作質(zhì)量，由此小組需要在指定起飛點(diǎn)開始檢測(cè)，先讓無(wú)人機(jī)垂直升空，待其達(dá)到周邊無(wú)障礙的高度之后停止，隨之從高空角度進(jìn)行俯視采集，可知地表信息，但如果地表上存在遮擋物，如茂密的樹林等，就要降低無(wú)人機(jī)高度，在樹林間進(jìn)行檢測(cè)，獲取地表影像。其次在檢測(cè)過程中，操控人員必須合理控制無(wú)人機(jī)的飛行速度，如果無(wú)人機(jī)飛行速度過快，機(jī)載攝像頭就沒有足夠時(shí)間對(duì)焦，采集影像是非常模糊的，呈失焦?fàn)睿荒苡糜趯?shí)際分析，而合理的飛行速度并無(wú)定時(shí)，需要操控人員實(shí)際測(cè)試來把控，同時(shí)建議指導(dǎo)人員攜帶硬盤等外掛式數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器前往現(xiàn)場(chǎng)，待檢測(cè)開始，利用儲(chǔ)存器將所有影像記錄，這樣可以將分析工作與檢測(cè)工作分割，確保兩者之間關(guān)系清晰，避免工作之間的沖突，自身只負(fù)責(zé)觀察檢測(cè)實(shí)時(shí)圖像的質(zhì)量或分析無(wú)人機(jī)等是否存在問題。最后操控人員必須嚴(yán)格依照檢測(cè)航線來進(jìn)行操控，即因?yàn)楦咚俟翻h(huán)境復(fù)雜，所以盲目進(jìn)行檢測(cè)很難保障所得影像有價(jià)值，這時(shí)就必須先設(shè)定檢測(cè)航線，操控人員應(yīng)當(dāng)依照航線標(biāo)準(zhǔn)來完成檢測(cè)工作，通常情況下航線之間的間隔不要超過100m，否則會(huì)導(dǎo)致較大的盲區(qū)。

3.3內(nèi)業(yè)處理

經(jīng)過正式檢測(cè)，借助無(wú)人機(jī)與機(jī)載攝像頭可得環(huán)境影像，而因?yàn)闄z測(cè)過程中不便開展影像分析工作，所以必須在影像采集完成后對(duì)所得影像進(jìn)行處理與分析，該項(xiàng)工作即為內(nèi)業(yè)處理。通常情況下，相關(guān)人員可以采用相關(guān)技術(shù)軟件來完成內(nèi)業(yè)處理工作，如Pix4Dmapper等（不同軟件的操作流程不同，因此本文將以Pix4Dmapper為例進(jìn)行分析），處理步驟如下。（1）做好原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作，包括影像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)、像控點(diǎn)數(shù)據(jù)，需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、排序、整合等操作，以保障數(shù)據(jù)完整，便于處理與分析；（2）根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)所有原始數(shù)據(jù)中不合格數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，不合格數(shù)據(jù)泛指重疊數(shù)據(jù)、模糊影像、不屬于檢測(cè)范圍內(nèi)的影像（區(qū)段邊界影像除外）；（3）對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行整理，建立數(shù)據(jù)處理方案，隨之導(dǎo)入POS數(shù)據(jù)，同時(shí)設(shè)定POS坐標(biāo)系，采用Pix4Dmapper像控點(diǎn)編輯器在影像中標(biāo)定控制點(diǎn)；（4）在Pix4Dmapper像控點(diǎn)編輯器控制點(diǎn)標(biāo)定后，使用現(xiàn)有POS數(shù)據(jù)對(duì)影像進(jìn)行三角測(cè)量運(yùn)算；（5）根據(jù)三角測(cè)量運(yùn)算結(jié)果，使用三維點(diǎn)云技術(shù)對(duì)影像進(jìn)行進(jìn)一步處理，可提高影像DEM（DigitalElevationModel，數(shù)字高程模型）與DOM（DocumentObjectModel，文檔對(duì)象模型）的精確性，整體影像的分辨率、準(zhǔn)確性也將有所提升。此外，如果影像中存在一些并不嚴(yán)重的扭曲、錯(cuò)位現(xiàn)象，或者需要將影像拼接起來，則可以使用DEM獲取和正射影像生成方法來進(jìn)行處理。

4結(jié)語(yǔ)

綜上，本文對(duì)無(wú)人機(jī)影像在高速公路檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，闡述了該項(xiàng)技術(shù)的特征與高速公路檢測(cè)需求、優(yōu)劣表現(xiàn)及應(yīng)用方式。通過分析可知，無(wú)人機(jī)影像在高速公路檢測(cè)中應(yīng)用價(jià)值突出，雖有優(yōu)劣表現(xiàn)，但整體優(yōu)大于劣，無(wú)傷大雅，在應(yīng)用中該項(xiàng)技術(shù)能夠起到快速完成檢測(cè)目的，并能保障檢測(cè)質(zhì)量。

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作者：李愛偉 單位：蘇交科集團(tuán)股份有限公司