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面对中国庞大的桥梁群,传统的桥梁检查方式显示出效率低下,自动化程度低,检查成本高昂等缺点,逐渐成为行业痛点。近些年,无人机在各个行业的活跃程度越来越高,机动灵活、成本低廉、自动化程度高和优秀的信息获取能力成为无人机最突出的优势,做为一种先进工具,搭载上高清镜头后能够较好的替代人眼观察桥梁的外观。桥梁经常检查的任务内容多是通过以目测为主的检查手段完成,较好的契合了无人机能够获取图像信息的功能性质,一定程度上能够初步应对桥梁经常检查任务中包含的内容。
以上述情况为基本研究现状,文章提出了一种基于无人机摄影测量的桥梁检查技术方法。将混凝土桥做为研究和待检查对象,在以摄影测量为理论基础的前提下,利用无人机获取大量待检查桥梁的图像信息,通过计算机图像处理技术处理相关图像,识别病害以及量化病害的特征信息,建立桥梁三维实景模型,实现损伤病害的定位。桥梁检查过程自动,高效,检查结果以模型的方式呈现,病害信息清晰明了,初步实现了无人机与桥梁检查行业的融合,为桥梁检查工作带来了一定的便利性。为完成上述研究,本文主要工作如下:
(1)研究和阐述了摄影测量理论,从摄影测量的概念入手,明确了摄影测量理论的定义和重要参数以及它们之间的几何关系。分别研究了摄影测量常用坐标系,像片的外方位元素,空间直角坐标变换和共线条件方程。研究了三种摄影测量解析处理方法,为后文研究奠定了理论基础。
(2)介绍了三种无人机常用的路径规划算法并分析得出它们的优缺点,提出了一种面向桥梁检查的基于点云模型的无人机路径规划新方法。首先获取桥梁的点云模型,寻找桥梁构件特征点,利用特征点表达出的桥梁构件几何信息,在matlab中编写无人机路径规划算法,通过算法计算无人机自动飞行时的航点位置信息,依据无人机飞行任务计算无人机云台俯仰角,航偏角等姿态参数,一并编入无人机可以识别的kml文件中,以此来实现无人机的路径规划,进一步提升无人机的检查效率。
(3)借助实验研究了桥梁图像的表观损伤识别测量与定位,通过图像灰度化、图像滤波和图像增强三种图像预处理方法实现图像的降噪。随后研究一阶、二阶微分算子在图像边缘检测中的优缺点,经过比较得出Canny二阶微分算子更适合处理桥梁图像边缘检测问题,并提出邻域状态值删除法删除边缘检测后的多余噪点。桥梁检查中最需要量化的是裂缝,顾在边缘检测的基础上计算裂缝的面积、长度和宽度信息,并和实际裂缝特征信息做比较,验证了通过计算得出的特征信息的准确性。最后研究了三维模型的建立方法,裂缝定位方法以及模型的建模精度。
(4)综合对无人机路径规划、图像处理、三维建模以及在模型中的损伤定位研究,将基于无人机摄影测量的桥梁检查技术应用于实际桥梁上,获得了桥梁表观病害,取得了较好的效果。
以上述情况为基本研究现状,文章提出了一种基于无人机摄影测量的桥梁检查技术方法。将混凝土桥做为研究和待检查对象,在以摄影测量为理论基础的前提下,利用无人机获取大量待检查桥梁的图像信息,通过计算机图像处理技术处理相关图像,识别病害以及量化病害的特征信息,建立桥梁三维实景模型,实现损伤病害的定位。桥梁检查过程自动,高效,检查结果以模型的方式呈现,病害信息清晰明了,初步实现了无人机与桥梁检查行业的融合,为桥梁检查工作带来了一定的便利性。为完成上述研究,本文主要工作如下:
(1)研究和阐述了摄影测量理论,从摄影测量的概念入手,明确了摄影测量理论的定义和重要参数以及它们之间的几何关系。分别研究了摄影测量常用坐标系,像片的外方位元素,空间直角坐标变换和共线条件方程。研究了三种摄影测量解析处理方法,为后文研究奠定了理论基础。
(2)介绍了三种无人机常用的路径规划算法并分析得出它们的优缺点,提出了一种面向桥梁检查的基于点云模型的无人机路径规划新方法。首先获取桥梁的点云模型,寻找桥梁构件特征点,利用特征点表达出的桥梁构件几何信息,在matlab中编写无人机路径规划算法,通过算法计算无人机自动飞行时的航点位置信息,依据无人机飞行任务计算无人机云台俯仰角,航偏角等姿态参数,一并编入无人机可以识别的kml文件中,以此来实现无人机的路径规划,进一步提升无人机的检查效率。
(3)借助实验研究了桥梁图像的表观损伤识别测量与定位,通过图像灰度化、图像滤波和图像增强三种图像预处理方法实现图像的降噪。随后研究一阶、二阶微分算子在图像边缘检测中的优缺点,经过比较得出Canny二阶微分算子更适合处理桥梁图像边缘检测问题,并提出邻域状态值删除法删除边缘检测后的多余噪点。桥梁检查中最需要量化的是裂缝,顾在边缘检测的基础上计算裂缝的面积、长度和宽度信息,并和实际裂缝特征信息做比较,验证了通过计算得出的特征信息的准确性。最后研究了三维模型的建立方法,裂缝定位方法以及模型的建模精度。
(4)综合对无人机路径规划、图像处理、三维建模以及在模型中的损伤定位研究,将基于无人机摄影测量的桥梁检查技术应用于实际桥梁上,获得了桥梁表观病害,取得了较好的效果。