無人機影像在高速道路檢測中的應用分析

陳建波 崔露航 關云鵬

摘要：現行的各種道路檢測手段中，采用道路檢測車對高速道路進行檢測的方法最為常用，這種方法在檢測時，需要耗費大量的時間，同時每輛檢測車在進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人員，這是一筆極大的人力資源開銷。在現階段的無人機攝影技術中無人機拍攝的時候通常是俯角拍攝，這就使得將無人機攝影應用到道路檢測中有一定的優勢。通過無人機搭載高分辨率的攝像機來提取道路路面圖像，進而通過相應的分析從中獲取有用信息。

關鍵詞：無人機影像技術；道路檢測；實際應用分析

引言：

隨著無人機技術的快速發展，現有的無人機已經開始運用到各行各業的實際操作中來，而無人機攝影技術的發展，使得將無人機應用到道路檢測中來成為了一種可能。無人機攝影通常為俯角拍攝，這就使得無人機的實際拍攝時所產生的圖像數據有拍攝范圍廣、數據量大的特點，也正是這個特點，通過無人機攝影將道路的路況進行實時的傳輸，在傳輸的同時對這些數據進行分析就能夠提取到路況信息，本文就無人機攝影在道路檢測中的應用及其實際拍攝時的方法進行了分析。

一、無人機在實際的道路檢測中的應用以及相關流程

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

（一）在進行無人機攝影前的準備工作

在進行對無人機攝影的時候需要進行的準備工作主要有以下幾點：首先應當對攝影地點的地形進行一定的勘測了解，從而根據實際的地形和路段對所需要檢查的工作區域進行的分析了解，從而使得在無人機進行道路勘測的時候能夠根據實際的路況和地形進行工作；其次，在進行無人機攝影的時候應當進行試拍，根據無人機拍攝的資料建立比例模型，從而為之后的數據分析提供一定的數據依靠；最后就是航線的設定，在進行無人機航線設定的時候應當根據無人機在實際路況中的工作條件以及工作所需要的路面數據來進行無人機航線的制定。

（二）無人機飛行相機控制點的選擇

進行無人機的航拍檢測最重要的一點就是在飛行中相機控制點的選擇，在對相機控制點進行選擇的時候要先收集這些地段的地形圖以及相關的水準點和GPS控制點。在對相機的布控點進行選擇的時候應當注意以下幾點：相機的布控點應當遠離人口密集地區和軍事保密區等對測量的干擾項。同時，在進行測量時為了對測量項進行矯正需要在公路的邊緣運用RTK技術設置相關的布控點對測量所得到的數據進行一個矯正。

（三）航拍過程的監測

在無人機航拍時應當通過地面站對無人機到航拍姿態進行實時的監測，以確定在拍攝時的角度和無人機的飛行姿態，在整個拍攝任務完成后應當根據地面站導出的數據比對本次拍攝的圖像數據進行無人機本次拍攝的圖像分析，在進行圖像數據分析時，主要分析的內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GPS數據和攝像機傳回的數據對拍攝過程中所得到的相機數據進行分析，還有一點就是根據實際測得的數據結合實地情況來測得圖像的分辨率，從而根據這些數據進行檢測整合來保證數據的完整度與可靠度。

（四）進行數據的處理

在對這些數據進行處理的時候，主要是無人機航拍傳回的數據進行圖像的檢測，現有的圖像處理方式有很多種而大多都是商用的軟件進行圖像的分析，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行分析，主要的方法是以MATLAB為例對圖像處理進行分析，主要的過程分為以下幾步：第一步就是在進行圖像的處理的時候將處理的數據進行分析以確保無人機得到的數據能夠在實際的檢測中能夠發揮出作用，第二步就是對圖像進行灰度處理和相應的負值處理得到圖像數據的原始灰度圖像和負值圖像；第三步對圖像的負值圖像進行一個對數變換使得圖像中的難以察覺的細節進行一個清晰化處理；第四步運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據進行一個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，最后利用形態學閉合算子對處理得到的圖像數據進行分析，再附以圖像的水平和垂直投影的積分，從而對圖像的進行識別和分類得到圖像的數據和路況的分類。

二、在檢測過程中出現的問題

本文通過實際的路段檢測處理，對應用無人機攝影技術并進行數據分析得到的數據情況進行了研究，發現了以下無人機攝影技術在道路檢測中應用的一些問題。出現的問題主要體現在道路問題和拍攝問題兩方面。

（一）道路問題

在利用無人機對道路進行檢測的時候道路問題體現在三個方面。第一點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行一個提取分類，根據無人機拍攝傳回的數據對指定地點的病害進行一個記錄，這也是道路病害的識別，本次實驗主要進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，通過實驗數據可以發現通過系統檢測可以對路面的橫線裂紋和縱向裂紋的檢測正確率達到88%以上，而對于鱷魚紋的檢測則達到92%其中無人機拍攝角度對于無人機攝影在角度上的判斷有著重要的影響，這種影響主要體現在無人機進行拍攝的時候，拍攝角度的問題會對在對裂縫進行判斷和識別的時候造成一定影響，這種影響體現在當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攝影檢查高速路過程中對于一些道路上存在的滑坡現象能夠進行正確的識別，在對這種滑坡現象進行識別的時候通常利用的是三維點狀云圖通過形狀的判斷和對道路兩旁的滑坡現象進行識別和分析從而達到檢測問題的目的。

（二）無人機拍攝問題

在無人機進行拍攝的時候拍攝中出現的問題主要有以下幾點：第一點就是無人機的續航能力由于通常檢測的高速路段檢測的工作量較大，而無人機的續航時間較短，這就為無人機的投入使用帶來了一定的困難。第二點就是數據的傳輸在無人機拍攝進行數據傳輸的時候，通常是實時傳輸，這就為信號的傳遞帶來了一定的困難，現有的數據傳輸手段對傳輸數據進行放大，達到數據傳輸的目的，但是這種傳輸方式會出現功耗過大造成無人機續航能力減小的問題。

三、分析討論

無人機影像技術應用到高速路段的檢測中來其優勢性主要體現在無人機進行道路影像檢測的經濟性，即利用無人機進行道路檢測可以在成功完成檢測的前提下極大地節約人力物力資源；此外，無人機的機動性更強，通過無人機進行測量時測量的精度和測量數據的時效性更高可以滿足測量工作和對道路進行檢測的要求。

四、結束語

經過理論探討和實驗分析，驗證了無人機攝影應用到現有的道路檢測具有非常重要的實用價值與可行性，而無人機攝影也完全可以滿足進行道路檢測的要求，因此無人機攝影在高速公路的檢測中具有極大的應用前景。

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