無人機(jī)影像在高速公路檢測中的應(yīng)用

鮮青青

摘要：本篇文章首先對無人機(jī)影像技術(shù)在高速公路檢測應(yīng)用意義進(jìn)行闡述，從確定航測任務(wù)、選擇人機(jī)硬件、明確技術(shù)要求等多個方面，對無人機(jī)影像技術(shù)在高速公路檢測應(yīng)用要點進(jìn)行解析，并以此為依據(jù)，提出無人機(jī)影像在高速公路檢測中的應(yīng)用建議。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)影像;高速公路檢測;應(yīng)用

對于無人機(jī)影像技術(shù)來說，也就是在通訊技術(shù)、遙感應(yīng)用技術(shù)、GPS 差分定位技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)作用下，對高速公路施工建設(shè)、公路運行、道路養(yǎng)護(hù)等情況進(jìn)行實時監(jiān)測而采用的一種技術(shù)。和傳統(tǒng)高速公路檢測技術(shù)比較，無人機(jī)攝像技術(shù)具有更多優(yōu)勢。例如無人機(jī)能夠給施工企業(yè)提供高空俯視視角，不但能夠擴(kuò)大拍攝范疇，也能保證數(shù)據(jù)信息的真實性和精準(zhǔn)性。在無人機(jī)中安裝一個高清攝像機(jī)，能夠快速捕捉拍攝區(qū)域這下信息，并且連接高速信息網(wǎng)絡(luò)，實時更新道路情況，為高速公路建設(shè)和運行提供依據(jù)。

一、無人機(jī)影像技術(shù)在高速公路檢測應(yīng)用意義

和傳統(tǒng)高速公路檢測技術(shù)比較，無人機(jī)影像技術(shù)在高速公路檢測中的應(yīng)用意義具體展現(xiàn)在以下幾個方面。首先，低成本。對于小型無人機(jī)來說，在市場中的價格一般是幾萬元，而攝像機(jī)再加上光學(xué)鏡頭也只要幾萬元，其日常維護(hù)比較簡單。通過數(shù)據(jù)調(diào)查，無人機(jī)影像技術(shù)和傳統(tǒng)公路檢測技術(shù)比較，投放的成本相對較少[1]。其次，計算精準(zhǔn)。無人機(jī)技術(shù)作為電子技術(shù)和信息化技術(shù)形成的產(chǎn)物，屬于智能化技術(shù)，通過無人機(jī)與激光雷達(dá)掃描技術(shù)，能夠?qū)z測區(qū)域內(nèi)地質(zhì)情況進(jìn)行精準(zhǔn)還原，在數(shù)字化技術(shù)作用下進(jìn)行精準(zhǔn)測量，工作迅速。最后，具備較強(qiáng)機(jī)動能力。無人機(jī)對環(huán)境有著一定適應(yīng)性，能夠快速獲取所需信息。并且，無人機(jī)影像技術(shù)可以結(jié)合高速公路實際情況進(jìn)行不同檢測，只要在高清攝像設(shè)備的作用下就能完成不同層次的作業(yè)。

二、無人機(jī)影像技術(shù)在高速公路檢測應(yīng)用要點

（一）確定航測任務(wù)

因為高速公路在施工建設(shè)中，容易受到地形等因素影響，并且告訴公路測量精度要求高。因此，為了更好滿足工程測量精度要求，防止出現(xiàn)無人機(jī)運行事故，怎樣才能合理選擇劃分架次成為能夠順利完成航測工作的重要因素。通常情況下，相關(guān)部門可以結(jié)合地質(zhì)情況選擇飛行高速，一般以100m為衡量保準(zhǔn)，確定無人機(jī)飛行高度。

（二）選擇人機(jī)硬件

在航測過程中，容易受到地理等因素影響，對無人機(jī)硬件要求比較嚴(yán)格。對于不同檢測內(nèi)容，需要重點分析自然因素給檢測設(shè)備帶來的影響，預(yù)防因為自然因素引發(fā)的飛行事故。在完成航測設(shè)備選擇工作以后，需要對整個系統(tǒng)協(xié)同情況進(jìn)行評判。高速公路無人機(jī)檢測一般采用低空無人機(jī)飛行器測繪遙感系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由任務(wù)設(shè)備系統(tǒng)、地面導(dǎo)控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成[2]。要想順利完成工作任務(wù)，三類系統(tǒng)應(yīng)合理搭配，保證無人機(jī)航測工作快速完成。

（三）明確技術(shù)要求

無人機(jī)航測結(jié)果能否給檢測高速公路提供專業(yè)數(shù)據(jù)，需要通過標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測。在此過程中，筆者提出一定標(biāo)準(zhǔn)。如果航測比例控制在 1：500左右，其飛行高速將控制在300m之內(nèi);在實際測量中，將會出現(xiàn)0.5平方公里重疊現(xiàn)象;建議采取WGS84坐標(biāo);結(jié)合精度要求，像控點數(shù)量應(yīng)大于18個;像控點和測量外圍最大距離不小于450m。在實際攝像中，攝像要求為真色彩數(shù)字?jǐn)z像，航測拍攝的照片在色彩上應(yīng)做好分布均勻，不管是明亮度，還是飽和度，都要滿足公路檢測要求。

（四）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理作為區(qū)分無人機(jī)影像技術(shù)能否成為高速公路檢測結(jié)果的最終環(huán)節(jié)?，F(xiàn)階段，市場中數(shù)據(jù)處理一般由商業(yè)軟件來進(jìn)行，以Pix4Dmapper 為例，本文將進(jìn)一步分析內(nèi)部數(shù)據(jù)處理模塊。首先，初始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，其中包含航拍獲取的影像數(shù)據(jù)、像控點數(shù)據(jù)以及POS 數(shù)據(jù)。通過對數(shù)據(jù)篩查，清除不滿足檢測保準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，整理數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)有效性。通過建立數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，將POS 數(shù)據(jù)導(dǎo)入其中，建立POS 數(shù)據(jù)坐標(biāo)。在像控點編輯器的作用下，及時找出控制點信息，根據(jù)已經(jīng)獲取的POS 數(shù)據(jù)進(jìn)行空中三角測量運算。在分辨率和精準(zhǔn)性上，需要利用三維點云技術(shù)來保證DEM 與 DOM 數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。在完成空中三角測量工作以后，形成正射影像，建立高速公路初始道路信息圖表，調(diào)整變形、錯位圖像信息。

三、無人機(jī)影像在高速公路檢測中的應(yīng)用建議

（一）做好準(zhǔn)備工作

在使用無人機(jī)影像技術(shù)進(jìn)行高速公路檢測時，應(yīng)做好前期準(zhǔn)備工作，無人機(jī)在執(zhí)行現(xiàn)場航飛作業(yè)過程中，需要提前對檢測區(qū)域地質(zhì)情況、自然環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，對待測區(qū)域已經(jīng)形成的測量結(jié)果、數(shù)據(jù)和交通狀況有一定認(rèn)識后，根據(jù)待測區(qū)域周圍情況設(shè)定控制點，并對其進(jìn)行標(biāo)記處理，對坐標(biāo)信息等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，確定待測區(qū)域地質(zhì)情況、氣候環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施分布情況等，便于檢測作業(yè)航線設(shè)計和檢測工作順利進(jìn)行[3]。

（二）合理分布控制點

選點工作人員在實習(xí)選點以及埋石作業(yè)過程中，需要結(jié)合工作任務(wù)做好相關(guān)數(shù)據(jù)采集工作，其中包含測量區(qū)域1：50000或者更大比例尺寸的地形圖，已經(jīng)獲取的各種類型平面控制點、水準(zhǔn)點以及GPS 控制點等相關(guān)信息。對待測區(qū)域?qū)嶋H情況有深入了解，如交通狀況、通信情況、供電運行、氣候條件等，之后結(jié)合項目任務(wù)書、合同等進(jìn)行工程設(shè)計。在像控點分布過程中，需要注意待測區(qū)域和周圍無人機(jī)起降場地實際情況，具體要求在于：場地遠(yuǎn)離人口密集區(qū)域、高樓大廈、高壓線等，要求地勢平穩(wěn);周圍無機(jī)場、軍事敏感區(qū)域，或者給無人機(jī)通信帶來影響的干擾源。為了能夠?qū)Ω咚俟啡珔^(qū)域圖像拼接的接邊誤差進(jìn)行控制，需要采用 RTK 儀器等設(shè)備沿著高速公路兩側(cè)設(shè)有控制點，控制點數(shù)量不少于25個，這樣才能對所有影像信息進(jìn)行判斷和調(diào)整。

（三）實施現(xiàn)場航拍作業(yè)

在利用無人機(jī)影像設(shè)備進(jìn)行航空拍攝過程中，地面監(jiān)控工作人員需要無時無刻對無人機(jī)飛行高度、飛行軌跡和飛行速度進(jìn)行監(jiān)控，如果存在異?，F(xiàn)象，要求其及時返航。無人機(jī)在完成航拍任務(wù)以后，監(jiān)控工作人員應(yīng)提前做好降落準(zhǔn)備工作，在操控手的作用下對無人機(jī)降落進(jìn)行遙控。在完成降落以后，對無人機(jī)拍攝的照片和飛行器運行情況進(jìn)行檢測評估，注意導(dǎo)出和檢測影像數(shù)據(jù)，根據(jù)貼現(xiàn)率和姿態(tài)判斷是否需要重新飛行。以某高速公路檢測工作為例，一共獲取的影像照片1023幅，航測高度為440m，航向重疊度為75，旁向重疊度為45%，獲得影像地面分辨率是65mm。

（四）做好數(shù)據(jù)處理工作

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理作為無人機(jī)低空遙感應(yīng)用的關(guān)鍵所在，需要借助商業(yè)軟件來實現(xiàn)該工作。以某公司涉及的無人機(jī)后期處理軟件Pix4Dmapper 為例，數(shù)據(jù)處理流程如下：首先，資料準(zhǔn)備，其中包含影像數(shù)據(jù)、POS 數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)，保證各項數(shù)據(jù)的真實性和精準(zhǔn)性，檢查獲取影像數(shù)據(jù)質(zhì)量，是否存在質(zhì)量不合格照片，其中包含傾斜度高的照片。并且，檢查POS 數(shù)據(jù)文件，也就是檢查航帶變化位置照片，避免POS 數(shù)據(jù)中照片號和影像數(shù)據(jù)照片號不相符，發(fā)生不對應(yīng)的狀況?；诖?，在數(shù)據(jù)處理過程中，需要建立一個工程，將POS 數(shù)據(jù)導(dǎo)入其中，設(shè)立POS 數(shù)據(jù)坐標(biāo)[4]。其次，利用像控點編輯器確定控制點，并把控制點在照片中顯示出來，獲取的控制點需要根據(jù)pos 數(shù)據(jù)進(jìn)行控三運算，獲取每張航拍影像的精準(zhǔn)外方位元素和加密點坐標(biāo)。最后，做好點云加密處理工作，通過采取pix4Dmapper 高級算法可以計算每個像元高程數(shù)據(jù)，形成三維點云，以此保證數(shù)據(jù)高層模型DEM及數(shù)字正射影像圖DOM分辨率。

四、結(jié)束語

總而言之，在高速公路檢測過程中，把無人機(jī)影像技術(shù)應(yīng)用其中，有著廣闊的發(fā)展前景，和傳統(tǒng)檢測技術(shù)比較，有著無法比擬的優(yōu)勢。通過使用無人機(jī)影像技術(shù)，能夠改善公路檢測質(zhì)量，保證檢測效率，對促進(jìn)我國高速公路檢測事業(yè)發(fā)展有著重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]何濤.無人機(jī)影像在高速公路檢測中的應(yīng)用分析[J].中國設(shè)備工程，2019（20）：108-109.

[2]李松峰，凌愛波，朱蕾，朱志超.復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下高速公路施工無人機(jī)影像監(jiān)控技術(shù)研究[J].機(jī)械設(shè)計與制造工程，2019，48（10）：51-54.

[3]馮瑤.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)用分析[J].四川水泥，2019（05）：51.

[4]肖新尚.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].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019（09）：164-165.