無人機(jī)公路檢測.docx

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除近幾年，經(jīng)過大規(guī)模的公路建設(shè)，全國公路網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)趨于合理，預(yù)計公路建設(shè)將進(jìn)入相對穩(wěn)定期，公路養(yǎng)護(hù)和恢復(fù)重建將成為行業(yè)主流。因此道路養(yǎng)護(hù)工作在今后一段時間內(nèi)都是交通運輸管理領(lǐng)域的一個重點發(fā)展方向，其技術(shù)的進(jìn)步產(chǎn)生非常大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。道路養(yǎng)護(hù)檢測技術(shù)現(xiàn)狀隨著公路建設(shè)的迅速發(fā)展，公路質(zhì)量檢測技術(shù)隨之不斷進(jìn)步。雖然我國在這方面起步較晚，但是我國已經(jīng)初步建立了較為規(guī)范的行業(yè)體系，取得了長足的進(jìn)步。國內(nèi)外現(xiàn)代公路質(zhì)量檢測技術(shù)都是逐步從人工檢測技術(shù)向自動化檢測技術(shù)發(fā)展，傳感器技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用大大促進(jìn)了這種發(fā)展的進(jìn)行。目前絕大部分道路檢測都依賴于綜合道路檢測車，智能道路檢測車以機(jī)動車為平臺，搭載計算機(jī)系統(tǒng)，綜合應(yīng)用光、機(jī)、電、算及3S技術(shù)，裝備的高分辨率線陣圖像采集系統(tǒng)可以采集公路路面圖像，用以識別路面裂縫、坑槽等路面病害，激光結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)可以連續(xù)測量路面車轍數(shù)據(jù)，多目CCD立體測量系統(tǒng)可以有效捕捉公路沿線立體景觀圖像，慣性補(bǔ)償激光測距系統(tǒng)則能精確的對公路平整度指數(shù)進(jìn)行連續(xù)式測量。但道路檢測車主要面對的是路面平整度、公路裂縫度、公路承載能力、路面抗滑能力、路面車撤等路面資產(chǎn)的狀況，主要集中在路面資產(chǎn)管理方面的技術(shù)指標(biāo)的檢測，而邊坡檢測、橋梁檢測、隧道檢測等往往需要專業(yè)檢測車輛和設(shè)備，成本較高，使得整個公路行業(yè)特種檢測和維護(hù)工作處于滯后狀態(tài)。無人機(jī)技術(shù)在養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)采集方面的應(yīng)用隨著技術(shù)的不斷革新，掛載多種負(fù)載的無人機(jī)技術(shù)已趨于成熟，無人機(jī)可以掛載照相機(jī)、攝像機(jī)、雷達(dá)等多種負(fù)載，可單獨掛載也可以綜合掛載，輔以高精度導(dǎo)航系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，就可以成為精度高、成本低的利器。在交通運輸領(lǐng)域，無人機(jī)已經(jīng)得到一定程度的應(yīng)用，例如在勘察設(shè)計階段使用無人機(jī)獲取影像資料和地形圖，在應(yīng)急救災(zāi)方面使用無人機(jī)快速獲取受災(zāi)狀況，協(xié)助相關(guān)部門快速制定出準(zhǔn)確的應(yīng)急和處治方案等等。無人機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展為公路養(yǎng)護(hù)檢測提供了一種全新的解決方案，無人機(jī)技術(shù)同計算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)等聯(lián)系緊密，將是未來公路檢測的重要手段，所以目前國內(nèi)外的研究人員都在進(jìn)行著不斷的研究和摸索。以橋梁檢查為例，在日常的橋梁檢查過程中，特別是一些大橋、特大橋就可以使用無人機(jī)掛載高清攝像機(jī)對整個橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測檢查，及時發(fā)現(xiàn)細(xì)微的病害，提前做出處治，延長橋梁的使用壽命，使整個橋梁維護(hù)工作降低投入成本和提高工作效率，橋梁也能夠得到及時的養(yǎng)護(hù)和管理。隨著公路養(yǎng)護(hù)里程和養(yǎng)護(hù)等級的不斷提高，管養(yǎng)技術(shù)人員和檢測設(shè)備也顯得相對缺少，日常的養(yǎng)護(hù)檢測工作尚無法完全按照規(guī)范完成，公路的高邊坡、長大橋梁、高路基等特殊構(gòu)造物的日常巡查和養(yǎng)護(hù)工作更是存在較大的困難，而無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用中可以快速緩解技術(shù)人員和設(shè)備不足的情況。目前公路的高邊坡、橋梁墩臺等構(gòu)造物動輒幾十米，高則上百米，如果靠人工進(jìn)行日常檢查，既費時又費力，特別是很多高邊坡、高路基因地勢險峻，導(dǎo)致人和設(shè)備無法實施相關(guān)數(shù)據(jù)采集，面對一些山體滑坡、垮塌等災(zāi)害的前期跡象無法提前獲知和預(yù)警，日常的檢查維護(hù)工作很難完成，也是目前一些因邊坡坍塌、路基下沉、山體滑坡導(dǎo)致重大事故發(fā)生原因。而無人機(jī)在這方面的應(yīng)用，將大大提高日常檢查和維護(hù)的效率，能夠快速便捷的觀測和檢查每一個構(gòu)造物的情況，對一些災(zāi)害發(fā)生前的跡象提前獲知，及時采取安全措施，避免重大事故的發(fā)生，以及對安全隱患的處治提供準(zhǔn)確、快速、直觀的信息。無人機(jī)技術(shù)在養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)采集方面的優(yōu)缺點無人機(jī)類型較多，從無人機(jī)個體大小上大體上可分為以下4種:大型無人機(jī)、中型無人機(jī)、小型無人機(jī)和超輕型無人機(jī)。大型無人機(jī)和中型價格較貴，無論從技術(shù)上還是精度上基本上都可以達(dá)到有人操作飛機(jī)的效果，有效載荷和續(xù)航時間大，主要應(yīng)用于軍事方面，民用較少使用。綜合考慮經(jīng)濟(jì)適用性和技術(shù)實用性，在公路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)采集方面多應(yīng)用小型無人機(jī)和超輕型無人機(jī)，雖然這兩種機(jī)型飛行性能較差，所獲取的航測影像在一般的攝影測量工作站上處理困難，需使用基于計算機(jī)視覺算法的攝影測量軟件來處理，但飛機(jī)價格和負(fù)載價格都相對較為便宜且操作簡便、便于攜帶，可以隨時展開作業(yè)，適合公路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)采集的非連續(xù)性作業(yè)。隨著攝影測量數(shù)據(jù)處理技術(shù)的日益提高，其適用性將會得到很大的提高。無人機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)除無人機(jī)本身外，一般需在飛控系統(tǒng)上集成全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(GNSS)、氣壓高度計、風(fēng)速管和慣性測量單元(Inertialmeasurementunit，簡稱IMU)等導(dǎo)航設(shè)備以幫助其實現(xiàn)程控飛行。此外還需有地面控制站系統(tǒng)來控制無人機(jī)的起飛、降落，監(jiān)控?zé)o人機(jī)的程控飛行和數(shù)據(jù)采集過程。數(shù)碼相機(jī)也是無人機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要組成部分，對于小型無人機(jī)和超輕型無人機(jī)，目前一般采用單反相機(jī)或者價格更為便宜的微型單反相機(jī)甚至是卡片機(jī)。對于較高的數(shù)據(jù)采集要求還可以掛載小型激光雷達(dá)設(shè)備和可量測航攝相機(jī)，在地面GNSS基站的支持下，可獲取具有高精度地理位置的數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)公路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)采集手段相比較，無人機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有如下優(yōu)缺點。優(yōu)點:成本低廉，影像獲取快捷方便。小型無人機(jī)和超輕型無人機(jī)價格便宜，大多價值幾十萬元，單反相機(jī)加上光學(xué)鏡頭3萬元左右;攜帶方便，機(jī)動性強(qiáng)，工作連續(xù)性好，可隨時隨地部署到各種環(huán)境中，迅速進(jìn)行數(shù)據(jù)采集作業(yè)，并可根據(jù)實際需要掛載多種負(fù)載，例如還可以掛載高清攝像頭，對重要部位進(jìn)行連續(xù)的觀測，甚至可以通過數(shù)據(jù)鏈將實時的影像數(shù)據(jù)傳送回總部或在現(xiàn)場實時監(jiān)測，同時根據(jù)需求調(diào)度飛機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集部位的調(diào)整;飛行要求低，多旋翼的飛機(jī)只要有相對空曠的場地既可以起飛，固定翼飛機(jī)無需專門跑道，只要有合適規(guī)格的平地均可起飛，還可以彈射起飛;時效性強(qiáng)，數(shù)據(jù)采集完畢后現(xiàn)場就可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行粗略檢視，對重點部位可以進(jìn)行重復(fù)觀測，可快速有效監(jiān)測道路狀態(tài)實際情況。缺點:小型和超輕型無人機(jī)質(zhì)量小，受氣流的影響較大，所以姿態(tài)穩(wěn)定性差，所獲取的像片旋偏角和航偏角均不容易控制;當(dāng)采用一般的單反相機(jī)和鏡頭的時候，與可量測相機(jī)獲取的影像比較，影像的畸變特別嚴(yán)重，特別是距離成像主點遠(yuǎn)的像幅邊緣處;由于無人機(jī)的航高和相機(jī)限制，所獲取的像幅小，為了防止出現(xiàn)測區(qū)漏拍的情況，需要提高航向重疊和旁向重疊，導(dǎo)致影像數(shù)量很大;高程精度較差，立體模型數(shù)目很多，制作正射影像時模型切換頻繁，影響作業(yè)效率。根據(jù)上述無人機(jī)的優(yōu)缺點，可以針對不同的檢測作業(yè)采用相應(yīng)的無人機(jī)機(jī)型和機(jī)載設(shè)備，比如檢測一般的路面裂縫，只需要掛載單反相機(jī)即可，若是需要檢測平整度或車轍，就需要掛載微型激光設(shè)備，并且需要地面差分基站的支持來獲取高精度的平面和高程信息，其他方面的檢測也是如此，要是只需要檢測一下道路資產(chǎn)的表面狀況，不需要精確的地理位置，那么一般的無人機(jī)掛載較為便宜的相機(jī)即可，若是需要精確的平面和高程以及高分辨率的正射影像則需要掛載高精度