無人機(jī)影像在高速道路檢測中的應(yīng)用分析

陳建波 崔露航 關(guān)云鵬

摘要：現(xiàn)行的各種道路檢測手段中，采用道路檢測車對高速道路進(jìn)行檢測的方法最為常用，這種方法在檢測時，需要耗費(fèi)大量的時間，同時每輛檢測車在進(jìn)行檢測的時候需要配備車輛駕駛員和道路檢測方面的技術(shù)人員，這是一筆極大的人力資源開銷。在現(xiàn)階段的無人機(jī)攝影技術(shù)中無人機(jī)拍攝的時候通常是俯角拍攝，這就使得將無人機(jī)攝影應(yīng)用到道路檢測中有一定的優(yōu)勢。通過無人機(jī)搭載高分辨率的攝像機(jī)來提取道路路面圖像，進(jìn)而通過相應(yīng)的分析從中獲取有用信息。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)影像技術(shù)；道路檢測；實(shí)際應(yīng)用分析

引言：

隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)有的無人機(jī)已經(jīng)開始運(yùn)用到各行各業(yè)的實(shí)際操作中來，而無人機(jī)攝影技術(shù)的發(fā)展，使得將無人機(jī)應(yīng)用到道路檢測中來成為了一種可能。無人機(jī)攝影通常為俯角拍攝，這就使得無人機(jī)的實(shí)際拍攝時所產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)有拍攝范圍廣、數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，也正是這個特點(diǎn)，通過無人機(jī)攝影將道路的路況進(jìn)行實(shí)時的傳輸，在傳輸?shù)耐瑫r對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析就能夠提取到路況信息，本文就無人機(jī)攝影在道路檢測中的應(yīng)用及其實(shí)際拍攝時的方法進(jìn)行了分析。

一、無人機(jī)在實(shí)際的道路檢測中的應(yīng)用以及相關(guān)流程

為了使得通過無人機(jī)攝影獲得道路影像資料更為的清晰可靠，需要在進(jìn)行無人機(jī)航拍的時候，按照規(guī)定的流程步驟進(jìn)行無人機(jī)航拍檢測。因此為了獲得可靠的影像資料就需要按照以下的步驟進(jìn)行無人影像的拍攝。

（一）在進(jìn)行無人機(jī)攝影前的準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行對無人機(jī)攝影的時候需要進(jìn)行的準(zhǔn)備工作主要有以下幾點(diǎn)：首先應(yīng)當(dāng)對攝影地點(diǎn)的地形進(jìn)行一定的勘測了解，從而根據(jù)實(shí)際的地形和路段對所需要檢查的工作區(qū)域進(jìn)行的分析了解，從而使得在無人機(jī)進(jìn)行道路勘測的時候能夠根據(jù)實(shí)際的路況和地形進(jìn)行工作；其次，在進(jìn)行無人機(jī)攝影的時候應(yīng)當(dāng)進(jìn)行試拍，根據(jù)無人機(jī)拍攝的資料建立比例模型，從而為之后的數(shù)據(jù)分析提供一定的數(shù)據(jù)依靠；最后就是航線的設(shè)定，在進(jìn)行無人機(jī)航線設(shè)定的時候應(yīng)當(dāng)根據(jù)無人機(jī)在實(shí)際路況中的工作條件以及工作所需要的路面數(shù)據(jù)來進(jìn)行無人機(jī)航線的制定。

（二）無人機(jī)飛行相機(jī)控制點(diǎn)的選擇

進(jìn)行無人機(jī)的航拍檢測最重要的一點(diǎn)就是在飛行中相機(jī)控制點(diǎn)的選擇，在對相機(jī)控制點(diǎn)進(jìn)行選擇的時候要先收集這些地段的地形圖以及相關(guān)的水準(zhǔn)點(diǎn)和GPS控制點(diǎn)。在對相機(jī)的布控點(diǎn)進(jìn)行選擇的時候應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)：相機(jī)的布控點(diǎn)應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離人口密集地區(qū)和軍事保密區(qū)等對測量的干擾項(xiàng)。同時，在進(jìn)行測量時為了對測量項(xiàng)進(jìn)行矯正需要在公路的邊緣運(yùn)用RTK技術(shù)設(shè)置相關(guān)的布控點(diǎn)對測量所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一個矯正。

（三）航拍過程的監(jiān)測

在無人機(jī)航拍時應(yīng)當(dāng)通過地面站對無人機(jī)到航拍姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)測，以確定在拍攝時的角度和無人機(jī)的飛行姿態(tài)，在整個拍攝任務(wù)完成后應(yīng)當(dāng)根據(jù)地面站導(dǎo)出的數(shù)據(jù)比對本次拍攝的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行無人機(jī)本次拍攝的圖像分析，在進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)分析時，主要分析的內(nèi)容為本次飛行的拍攝過程中圖像的切線率，也就是在整個拍攝過程中根據(jù)GPS數(shù)據(jù)和攝像機(jī)傳回的數(shù)據(jù)對拍攝過程中所得到的相機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，還有一點(diǎn)就是根據(jù)實(shí)際測得的數(shù)據(jù)結(jié)合實(shí)地情況來測得圖像的分辨率，從而根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測整合來保證數(shù)據(jù)的完整度與可靠度。

（四）進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理

在對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的時候，主要是無人機(jī)航拍傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像的檢測，現(xiàn)有的圖像處理方式有很多種而大多都是商用的軟件進(jìn)行圖像的分析，但是其分析過程都大致相同，不同之處在于對圖像的處理過程，本文主要整個圖像的處理過程進(jìn)行分析，主要的方法是以MATLAB為例對圖像處理進(jìn)行分析，主要的過程分為以下幾步：第一步就是在進(jìn)行圖像的處理的時候?qū)⑻幚淼臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析以確保無人機(jī)得到的數(shù)據(jù)能夠在實(shí)際的檢測中能夠發(fā)揮出作用，第二步就是對圖像進(jìn)行灰度處理和相應(yīng)的負(fù)值處理得到圖像數(shù)據(jù)的原始灰度圖像和負(fù)值圖像；第三步對圖像的負(fù)值圖像進(jìn)行一個對數(shù)變換使得圖像中的難以察覺的細(xì)節(jié)進(jìn)行一個清晰化處理；第四步運(yùn)用雙邊濾波平滑整個圖像處理過程中的算法，之后在對這些得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一個canny算法制定一定的閾值從而得到一個完整的路況的二維圖像，最后利用形態(tài)學(xué)閉合算子對處理得到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，再附以圖像的水平和垂直投影的積分，從而對圖像的進(jìn)行識別和分類得到圖像的數(shù)據(jù)和路況的分類。

二、在檢測過程中出現(xiàn)的問題

本文通過實(shí)際的路段檢測處理，對應(yīng)用無人機(jī)攝影技術(shù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析得到的數(shù)據(jù)情況進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了以下無人機(jī)攝影技術(shù)在道路檢測中應(yīng)用的一些問題。出現(xiàn)的問題主要體現(xiàn)在道路問題和拍攝問題兩方面。

（一）道路問題

在利用無人機(jī)對道路進(jìn)行檢測的時候道路問題體現(xiàn)在三個方面。第一點(diǎn)是對道路兩旁綠植的檢測，其次是對道路上道路病害的檢測，在對道路病害進(jìn)行檢測的時候主要利用圖像分析對道路的裂紋等病害情況進(jìn)行一個提取分類，根據(jù)無人機(jī)拍攝傳回的數(shù)據(jù)對指定地點(diǎn)的病害進(jìn)行一個記錄，這也是道路病害的識別，本次實(shí)驗(yàn)主要進(jìn)行的是對這種道路病害的識別，在對這種病害識別的過程中，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)通過系統(tǒng)檢測可以對路面的橫線裂紋和縱向裂紋的檢測正確率達(dá)到88%以上，而對于鱷魚紋的檢測則達(dá)到92%其中無人機(jī)拍攝角度對于無人機(jī)攝影在角度上的判斷有著重要的影響，這種影響主要體現(xiàn)在無人機(jī)進(jìn)行拍攝的時候，拍攝角度的問題會對在對裂縫進(jìn)行判斷和識別的時候造成一定影響，這種影響體現(xiàn)在當(dāng)拍攝角度和正常拍攝角度偏差一定角度的時候，這時對裂紋的識別率影響不大，但是對于裂紋的判斷也就是裂紋的面積和大小的判斷有著一定的影響。對滑坡問題的檢測利用無人機(jī)攝影檢查高速路過程中對于一些道路上存在的滑坡現(xiàn)象能夠進(jìn)行正確的識別，在對這種滑坡現(xiàn)象進(jìn)行識別的時候通常利用的是三維點(diǎn)狀云圖通過形狀的判斷和對道路兩旁的滑坡現(xiàn)象進(jìn)行識別和分析從而達(dá)到檢測問題的目的。

（二）無人機(jī)拍攝問題

在無人機(jī)進(jìn)行拍攝的時候拍攝中出現(xiàn)的問題主要有以下幾點(diǎn)：第一點(diǎn)就是無人機(jī)的續(xù)航能力由于通常檢測的高速路段檢測的工作量較大，而無人機(jī)的續(xù)航時間較短，這就為無人機(jī)的投入使用帶來了一定的困難。第二點(diǎn)就是數(shù)據(jù)的傳輸在無人機(jī)拍攝進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，通常是實(shí)時傳輸，這就為信號的傳遞帶來了一定的困難，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)傳輸手段對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行放大，達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?，但是這種傳輸方式會出現(xiàn)功耗過大造成無人機(jī)續(xù)航能力減小的問題。

三、分析討論

無人機(jī)影像技術(shù)應(yīng)用到高速路段的檢測中來其優(yōu)勢性主要體現(xiàn)在無人機(jī)進(jìn)行道路影像檢測的經(jīng)濟(jì)性，即利用無人機(jī)進(jìn)行道路檢測可以在成功完成檢測的前提下極大地節(jié)約人力物力資源；此外，無人機(jī)的機(jī)動性更強(qiáng)，通過無人機(jī)進(jìn)行測量時測量的精度和測量數(shù)據(jù)的時效性更高可以滿足測量工作和對道路進(jìn)行檢測的要求。

四、結(jié)束語

經(jīng)過理論探討和實(shí)驗(yàn)分析，驗(yàn)證了無人機(jī)攝影應(yīng)用到現(xiàn)有的道路檢測具有非常重要的實(shí)用價值與可行性，而無人機(jī)攝影也完全可以滿足進(jìn)行道路檢測的要求，因此無人機(jī)攝影在高速公路的檢測中具有極大的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]李輝. 無人機(jī)航測在高速公路勘測中的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)性分析[J]. 價值工程， 2016， 35（25）.

[2]李超， 尚金帥， 鄭敦勇，等. 無人機(jī)影像在高速公路檢測中的應(yīng)用[J]. 科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊， 2017（3）：6-7.

[3]張浩， 王樹東， 楊永興，等. 無人機(jī)航測技術(shù)在高速公路勘測及輔助選線中的應(yīng)用[J]. 工程勘察， 2015， 43（9）： 90-94.

[4]魏林金. 無人機(jī)航測技術(shù)在高速公路帶狀地形圖測繪中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代測繪， 2018（2）.