高速公路檢測中無人機影像的應用

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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，再根據環(huán)境條件來設定施工方案，此時就有必要開展高速公路檢測工作。但傳統(tǒng)高速公路檢測工作依賴人工，人工面對龐大的施工面積往往力不從心，同時還可能面臨風險，因此必須改變人工檢測工作方式，此時無人機影像技術就給予了改變契機，利用該項技術可有效提高檢測效率與安全水平。對此本文為了了解無人機影像在高速公路檢測中的應用將展開相關分析，闡述無人機影像特征與高速公路檢測需求、優(yōu)劣，并提出無人機影像在檢測中的應用方式。

［關鍵詞］無人機影像；高速公路檢測；工程環(huán)境

引言

無人機影像是現(xiàn)代提出的一種檢測技術，其可以取代人工前往復雜環(huán)境中獲取影像，并將影像實時傳輸到人工端供人查閱，由此既可實現(xiàn)檢測目的，說明無人機影像技術確實具有高速公路檢測功能。但值得注意的是，要通過無人機影像進行檢測就必須掌握正確方式，否則檢測質量將大大折扣，因此有必要對其應用進行分析，此舉具有一定現(xiàn)實意義。

1無人機影像特征與高速公路檢測需求

1.1無人機影像特征

無人機影像技術大體可以分為兩個部分，即無人機、人工端，下文將對兩個部分的具體內容進行分析。

1.1.1無人機無人機影像技術中的無人機由無人機載體、機載攝像頭、通信裝置組成，在人工的控制下無人機會在檢測范圍內飛行，同時機載攝像頭也會對視野范圍內的圖像進行拍攝，且攝像頭的視野角度也受人工端控制，由此通過無人機及攝像頭就實現(xiàn)了檢測圖像的采集，而所采集的圖像會實時通過通信裝置發(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)代無人機影像技術中人工端主要由觸屏式控制設備來實現(xiàn)，如常見的平板電腦，此類設備通常具備顯示、控制一體化的功能，能夠接收無人機通信裝置傳輸而來的檢測圖像，同時人工可以通過觸屏操作方式對圖像顯示比例、圖像儲存、攝像頭視野角度進行控制。另外，除觸屏式控制設備以外，人工端還包括無人機控制裝置，該裝置主要是對無人機的飛行速度、角度、高低等進行控制，配合觸屏式控制設備可以便捷的完成高速公路檢測工作。

1.2高速公路檢測需求

高速公路檢測的需求如下。（1）檢測所得內容必須全面，應當覆蓋整個檢測范圍；（2）檢測結果必須詳細、準確，以便于后續(xù)分析工作開展。這一條件下，如果使用無人機影像技術進行檢測，則技術檢測結果就應當具備檢測范圍全覆蓋、檢測圖像清晰度高的特點，否則分析工作必然受到影響，對此在技術應用中應當做好檢測范圍規(guī)劃、設備選型工作，由此可滿足檢測需求，保障檢測質量。

2無人機影像應用優(yōu)劣

無人機影像在高速公路檢測中的應用固然是有明顯優(yōu)勢的，但不代表其沒有劣勢表現(xiàn)，因此為了正確使用無人機影像來進行檢測，有必要對其應用時優(yōu)劣進行分析。

2.1優(yōu)勢

無人機影像在高速公路檢測中的優(yōu)勢非常明顯，大體可以分為三項，即成本較低、圖像精度高、檢測機動力強、安全性高，各優(yōu)勢表現(xiàn)如下。

2.1.1成本較低目前，市面上的無人機與相關配套設施（不包括機載攝像頭）的總成本少則幾千元、多則幾萬元，相較于需要持續(xù)支出成本的人工模式，無人機影像的成本顯然更低，即使算上比較先進的攝像頭設備，該項技術的成本最多也就十萬元，這是傳統(tǒng)人工模式不可比擬的優(yōu)勢。

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)場拍攝手段來進行影像采集，因此其精度難以保障。但無人機作為電子技術與信息技術結合后的產物，其先進的設備水平與可調的參數可以有效提高圖像精度，而此舉有利于后續(xù)工程計算精度，說明檢測質量比較優(yōu)秀。

2.1.3檢測機動力強面對復雜、龐大的檢測環(huán)境，如果要求人工一步步地進行檢測必然會造成以下問題，代表人工檢測機動性差，而無人機的使用顯然就消除了這一問題，其機動性遠超人工，能夠將原本可能需要數月完成的工作縮短到幾天，同時其檢測能力也完全符合實際要求。

2.1.4安全性高復雜環(huán)境中總是存在一些危險因素，如果人工進行實地檢測，則很可能與這些危險因素接觸，導致危險事故發(fā)生，但在無人機影響技術中，人工就不必進行實地檢測，檢測工作的安全性自然提高。

2.2劣勢

雖然整體上無人機影像的應用表現(xiàn)優(yōu)勢明顯，但其也存在劣勢，即無人機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。（1）無人機在運行過程中如果遭遇了惡劣天氣，則無人機無法正常飛行，且機載攝像頭也可能受到影響，無法繼續(xù)采集高質量影像，因此天氣對該項技術的使用造成了限制，說明該項技術易受環(huán)境因素干擾；（2）無人機之所以能夠將采集影像實時傳遞到人工端，是因為其通信裝置與人工端之間保持著信號交互關系，但實際情況中如果無人機遭遇了信號干擾因素，就會出現(xiàn)影像傳輸不及時、影像缺失或失真等問題，而現(xiàn)實環(huán)境中信號干擾因素有很多，如雷電或較大的遮擋物等，所以再次說明了無人機比較容易受到外部因素的干擾，相關人員應當有意識地規(guī)避。

3高速公路檢測中無人機影像的應用方式

3.1準備工作

檢測中為了保障檢測質量必須做好準備工作，該項工作內容包括以下方面。（1）對整體工程范圍進行劃分，得出若干檢測區(qū)段，由此形成區(qū)段性檢測范圍，各區(qū)段無人機影像檢測需在此范圍內進行；（2）做好設備選型工作，主要對機載攝像頭進行選擇，必須保障攝像頭視野角度可控，且清晰度良好；（3）對無人機飛行參數進行測試，確認其抗風能力的大小，即因為無人機在高空飛行過程中必然會遭遇較強風力，如果無人機不能抵抗風力，就會導致影像采集晃動，出現(xiàn)檢測質量問題，所以要根據無人機實際抗風能力的大小確認其飛行高度，以免遭遇過強風力；（4）因為在無人機影像檢測應用中工作人員需要同時對兩個控制設備（觸屏式控制設備、無人機控制裝置）進行操控，所以實際操作的難度較大，必須由專業(yè)人員進行操作，對此檢測組織應當選擇專業(yè)人員來執(zhí)行工作，以免出現(xiàn)質量問題；（5）面對復雜的環(huán)境條件，在檢測工作之前必須在檢測區(qū)段內選定無人機起飛點，起飛點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，可以選擇相對較高的起飛點，甚至動用設備來進行檢測，這一切取決于檢測工作的實際需求，當合理慎選；（6）需要通過氣象部門了解檢測時期內的氣象變化，必須避開大風、大雨、打雷天氣，因在這些氣候條件下無人機是無法正常工作的，或者攝像頭會被雨水附著而無法清晰拍攝，嚴重時甚至可能被雷電擊中，同時若檢測過程中發(fā)現(xiàn)了氣象變化，就必須暫停檢測；（7）檢測之前有必要對無人機、機載攝像頭、各控制設備的參數進行全面檢測，若發(fā)現(xiàn)問題需及時處理，必須在一切參數正常的情況下才能開始檢測。

3.2正式檢測

在準備工作一切就緒的條件下即可進行正式檢測，首先建議以兩人一組的形式組織檢測小組，小組內兩人分別負責操控與指導，如當指導人員發(fā)現(xiàn)影像采集出現(xiàn)問題時，則可以及時提醒操控人員暫停檢測，以便于及時處理問題，且此舉也能讓操作人員更專注地進行操作，有利于操作質量，由此小組需要在指定起飛點開始檢測，先讓無人機垂直升空，待其達到周邊無障礙的高度之后停止，隨之從高空角度進行俯視采集，可知地表信息，但如果地表上存在遮擋物，如茂密的樹林等，就要降低無人機高度，在樹林間進行檢測，獲取地表影像。其次在檢測過程中，操控人員必須合理控制無人機的飛行速度，如果無人機飛行速度過快，機載攝像頭就沒有足夠時間對焦，采集影像是非常模糊的，呈失焦狀，不能用于實際分析，而合理的飛行速度并無定時，需要操控人員實際測試來把控，同時建議指導人員攜帶硬盤等外掛式數據儲存器前往現(xiàn)場，待檢測開始，利用儲存器將所有影像記錄，這樣可以將分析工作與檢測工作分割，確保兩者之間關系清晰，避免工作之間的沖突，自身只負責觀察檢測實時圖像的質量或分析無人機等是否存在問題。最后操控人員必須嚴格依照檢測航線來進行操控，即因為高速公路環(huán)境復雜，所以盲目進行檢測很難保障所得影像有價值，這時就必須先設定檢測航線，操控人員應當依照航線標準來完成檢測工作，通常情況下航線之間的間隔不要超過100m，否則會導致較大的盲區(qū)。

3.3內業(yè)處理

經過正式檢測，借助無人機與機載攝像頭可得環(huán)境影像，而因為檢測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所得影像進行處理與分析，該項工作即為內業(yè)處理。通常情況下，相關人員可以采用相關技術軟件來完成內業(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為例進行分析），處理步驟如下。（1）做好原始數據準備工作，包括影像數據、POS數據、像控點數據，需要對這些數據進行分類、排序、整合等操作，以保障數據完整，便于處理與分析；（2）根據相關標準，對所有原始數據中不合格數據進行剔除，不合格數據泛指重疊數據、模糊影像、不屬于檢測范圍內的影像（區(qū)段邊界影像除外）；（3）對數據源進行整理，建立數據處理方案，隨之導入POS數據，同時設定POS坐標系，采用Pix4Dmapper像控點編輯器在影像中標定控制點；（4）在Pix4Dmapper像控點編輯器控制點標定后，使用現(xiàn)有POS數據對影像進行三角測量運算；（5）根據三角測量運算結果，使用三維點云技術對影像進行進一步處理，可提高影像DEM（DigitalElevationModel，數字高程模型）與DOM（DocumentObjectModel，文檔對象模型）的精確性，整體影像的分辨率、準確性也將有所提升。此外，如果影像中存在一些并不嚴重的扭曲、錯位現(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行處理。

4結語

綜上，本文對無人機影像在高速公路檢測中的應用進行了分析，闡述了該項技術的特征與高速公路檢測需求、優(yōu)劣表現(xiàn)及應用方式。通過分析可知，無人機影像在高速公路檢測中應用價值突出，雖有優(yōu)劣表現(xiàn)，但整體優(yōu)大于劣，無傷大雅，在應用中該項技術能夠起到快速完成檢測目的，并能保障檢測質量。

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作者：李愛偉 單位：蘇交科集團股份有限公司