張琛+王軍民

摘要：路面裂縫的測量是傳統(tǒng)的公路測量技術(shù)，國內(nèi)現(xiàn)有路面裂縫調(diào)查方法很大程度上還都依賴于人工，這種傳統(tǒng)方法耗時費力，存在安全隱患不夠客觀。無人機具有價格便宜運行維護(hù)成本低 機動性好可高質(zhì)量獲取高分辨率影像等優(yōu)勢。本文論述了目前無人機的發(fā)展現(xiàn)狀和將無人機運用到公路裂縫識別中的關(guān)鍵步驟，為無人機的公路裂縫識別應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：無人機；裂縫識別

1引言

隨著近幾年經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的各項基礎(chǔ)設(shè)施在不斷的完善中逐漸發(fā)展到了一個相對繁榮的時期，這個過程中，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)過程慢慢的被人們重視起來，其中工程測量技術(shù)尤為重要，路面裂縫的測量也是非常重要的測量工作。國內(nèi)現(xiàn)有的路面裂縫調(diào)查方法在很大的程度上還都依賴于人工。這種傳統(tǒng)的方法耗時費力，存在安全隱患并不夠客觀，已經(jīng)越來越不能適應(yīng)公路發(fā)展的要求。

本文基于無人機采集圖像的公路裂縫識別方法，相比于傳統(tǒng)人工檢測具有機動靈活、成本費用低、獲取圖像分辨率高、響應(yīng)時間短、攜帶轉(zhuǎn)移方便、不必申請空域且受天氣影響低等優(yōu)點。具有很好的發(fā)展前景和市場使用價值。

2國內(nèi)無人機發(fā)展現(xiàn)狀

無人機是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的熱點，其成本較低無人員傷亡更顯、機動性強、在復(fù)雜危險的環(huán)境中取代人工的作用使其更具優(yōu)勢如今無人機正被廣泛運到涉及國計民生的各個領(lǐng)域 發(fā)揮著重要的作用，已經(jīng)深入與用于農(nóng)林植保、電力巡航、石油管道巡檢、國土測量、海洋監(jiān)測、地質(zhì)勘探、新聞報道、野生動物保護(hù)、災(zāi)后響應(yīng)等諸多行業(yè)場景。無人機的硬件技術(shù)也在日趨成熟.如今無人機圖像傳輸與控制距離遠(yuǎn)達(dá)5公里，低光學(xué)畸變攝像頭、障礙感知、精準(zhǔn)懸停、定點巡航更是如今無人機的標(biāo)準(zhǔn)配置，使得無人機在公路裂縫識別中應(yīng)用成為可能。

3 裂縫邊緣檢測識別技術(shù)

裂縫邊緣檢測技術(shù)即圖像邊緣檢測技術(shù)，其最早出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代由Robert等人著手研究，如今已較為成熟，Robert算子作為最早的圖像邊緣檢測算子，在其基礎(chǔ)上又提出了Kirsch算子、Prewitt算子等具有代表性的邊緣檢測算子。在對采集圖像進(jìn)行邊緣檢測之前進(jìn)行圖像預(yù)處理，如正射畸變校正、灰度圖像轉(zhuǎn)化，必要時進(jìn)行濾波圖像銳化等處理（無人機低空采集圖像時無需正射校正，必要時可用envi等軟件進(jìn)行校正處理，灰度圖像轉(zhuǎn)化濾波等處理簡單matlab程序可以實現(xiàn)）下圖為Prewitt算子進(jìn)行邊緣檢測的效果

無人機采集公路圖像具有高噪聲、光照不均等特點，但其相較于傳統(tǒng)的裂縫識別不需要太高的精度，所以重點應(yīng)放在去噪方面。常規(guī)的去噪方法通過圖像平滑處理有效減少圖像噪聲，改善圖像質(zhì)量，如介于空域的領(lǐng)域平均法、加權(quán)平均法、中值濾波、空域低通濾波等，近年來出現(xiàn)的一些新的圖像平滑處理技術(shù)，結(jié)合人眼視覺特性、將模糊數(shù)學(xué)理論、小波分析、粗糙集理論等新技術(shù)進(jìn)行圖像平滑處理取得了較好的效果，可以進(jìn)行嘗試。

4 圖像拼接技術(shù)

圖像拼接技術(shù)是將圖像拼接技術(shù)是將一組相互間重疊部分的圖像序列進(jìn)行空間匹配對準(zhǔn)，經(jīng)重采樣合成后形成一幅包含各圖像序列信息的寬視角場景的、完整的、高清晰的新圖像的技術(shù)。

主流：SIFT，即尺度不變特征轉(zhuǎn)換（Scale-invariantfeaturetransform，SIFT），是用于圖像處理領(lǐng)域的一種描述子。

利用SIFT特征進(jìn)行圖像拼接的主要步驟如下：

1、對圖像提取SIFT特征

2、利用k-d tree和BBF算法進(jìn)行特征匹配查找，并根據(jù)最近鄰和次近鄰距離比值進(jìn)行初步篩選

3、利用RANSAC算法篩選匹配點并計算變換矩陣

4、圖像融合

對于無人機采集的公路圖像特征值可能過于單一，需要我們對道路兩旁的圖像信息進(jìn)行部分采集，所采集部分若過多則易造成公路裂縫的邊緣檢測噪聲過大，需要進(jìn)行多次采樣以確保在不影響裂縫邊緣檢測的基礎(chǔ)上盡可能多的出現(xiàn)特征點。這一過程需要對公路寬度測量之后對無人機高度進(jìn)行選定，選擇合適的飛行高度后將公路寬度和飛行高度進(jìn)行擬合成一個經(jīng)驗公式以便應(yīng)對不同寬度路面的圖像采集

5、生成報告

根據(jù)無人機的飛行路徑可以準(zhǔn)確生成所測量的公路路徑長度信息，將其轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)標(biāo)注在拼接圖像旁，可由坐標(biāo)準(zhǔn)確查找到裂縫的位置，以達(dá)成公路路面信息數(shù)據(jù)化保存的目的，也可作為數(shù)據(jù)對比使公路裂縫識別由主觀的人工操作轉(zhuǎn)化為客觀的數(shù)據(jù)資料。將不同時間采集的公路數(shù)據(jù)進(jìn)行對比也可對公路裂縫的產(chǎn)生起到直觀的了解，對于裂縫的發(fā)育情況有一定的掌握，對裂縫發(fā)育原因有依據(jù)可以追尋。

6、結(jié)論與建議

本文基于無人機采集圖像的公路裂縫識別方法，相比于傳統(tǒng)人工檢測具有機動靈活、成本費用低、獲取圖像分辨率高、響應(yīng)時間短、攜帶轉(zhuǎn)移方便、不必申請空域且受天氣影響低等優(yōu)點。具有很好的發(fā)展前景和市場使用價值。無人機在工程測量領(lǐng)域的應(yīng)用是一個較新的研究領(lǐng)域，其機動性、低成本、無人員傷亡隱患等優(yōu)勢是人工作業(yè)無法比擬的，必將成為工程測量的新趨勢。