[發明專利]一種基于無人機遙感的橋梁墩塔裂縫無損定量檢測方法

在審

• 申請號: 201711311013.0
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN107967685A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 余飛;余紹淮;明洋;陳楚江;張霄;羅博仁;劉德強;徐喬
• 申請（專利權）人: 中交第二公路勘察設計研究院有限公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/136;G06T7/187;G06T7/62;G06T17/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所42001
• 代理人: 李鵬,王敏鋒

技術領域

本發明涉及橋梁檢測技術領域，尤其涉及一種基于無人機遙感的橋梁墩塔裂縫無損定量檢測方法。

背景技術

橋梁，作為交通網絡的關鍵組成部分，隨著國家城市化進程的不斷推進，其數量越來越多、規模也越來越大。隨著橋梁服役時間的增長，每年步入危險期的橋梁不斷增多，是交通網絡安全運營的重要隱患之一。裂縫，是橋梁早期病害的主要形式，快速高效的檢測橋梁裂縫，及早發現橋梁病害，是科學及時制定橋梁修理和養護計劃決策的重要依據。

目前，橋梁裂縫檢測主要有以下幾種方法：

(1)利用大型機械檢測車，將專業檢測人員送到橋梁梁底或者其他構件等部位，檢測人員用肉眼觀察或者使用裂縫觀測儀等檢測裂縫，并手工記錄裂縫信息。該方法不僅干擾橋梁交通的正常運營，而且人員安全難以保障、工作效率低、靈活性差，檢測質量過度依賴檢測人員素質而無法保證，且不適合橋梁高墩、高墩的檢測。

(2)利用攀爬式機器人檢測橋梁裂縫，該方法可有效降低作業人員危險性，減少檢測成本，但主要用于橋梁底面檢測，且無法對裂縫進行定位定量分析。

(3)利用路面裂縫檢測車，但該方法主要是沿著橋面掃描，僅能對橋面裂縫進行檢測。需要封閉施工，且檢測車價格昂貴。

(4)利用三腳架或無人機作為載體搭載高清相機進行檢測。目前，三腳架架設高清相機方法，相機鏡頭昂貴，且對于高墩、高塔有時難以找到合適的位置架設設備而無法檢測；基于無人機和高清相機的橋梁檢測，僅能獲得橋梁裂縫的影像信息，主要用于橋梁巡查與定性分析，無法得到橋梁裂縫的定量信息。

總體而言，基于無人機遙感的橋梁墩塔裂縫無損定量檢測方法的研究，基本上為空白。本發明專利，充分利用無人機體積小、機動靈活等優點，融入計算機視覺、圖像處理等先進技術方法，實現裂縫信息的高效定位、定量反演，具有重要的經濟和社會效益。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的上述問題，提供一種基于無人機遙感的橋梁墩臺裂縫無損定量檢測方法，可充分利用無人機體積小、機動靈活等優點，實現對橋梁高墩、高塔等人員難以到達區域裂縫的快速、高效檢測，無損獲取其定量信息，及時為橋梁檢測養護的科學化和精細化提供數據支持。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種基于無人機遙感的橋梁墩塔裂縫無損定量檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、采集橋梁主體和各個橋梁墩塔的影像和對應的攝影中心坐標信息；

步驟2、根據橋梁主體和各個橋梁墩塔的影像和對應的攝影中心坐標信息生成三維真彩色的橋梁模型；

步驟3、將各個橋梁墩塔的影像依次進行灰度化處理、去噪處理、增強處理和二值化處理后提取影像連通域，去除非裂縫的影像連通域后對剩下的影像連通域進行輪廓提取，獲得裂縫二維影像對象；

步驟4、根據裂縫二維影像對象中像素點在三維空間對應的物方點，獲得裂縫三維空間對象；對裂縫三維空間對象進行融合和去冗余，對融合和去冗余后的裂縫三維空間對象進行擬合獲得裂縫三維空間對象對應的裂縫平面方程，裂縫三維空間對象的各個節點投影到裂縫平面方程對應的裂縫平面獲得裂縫平面投影對象，然后根據裂縫平面投影對象，計算裂縫屬性信息，裂縫屬性信息包括裂縫面積S_N、裂縫最大寬度W、裂縫長度DL和裂縫傾角θ_r。

一種基于無人機遙感的橋梁墩塔裂縫無損定量檢測方法，還包括步驟5，具體為：

對裂縫三維空間對象、裂縫屬性信息、三維真彩色的橋梁模型載入三維可視化平臺，將裂縫三維空間對象疊加在三維真彩色的橋梁模型進行可視化展示，將各裂縫三維空間對象的重心坐標作為空間索引，建立空間索引與裂縫屬性信息、裂縫三維空間對象的對應關系，將通過空間索引選定的裂縫三維空間對象在三維真彩色的橋梁模型上定位和高亮顯示，并顯示裂縫屬性信息。

如上所述的步驟1包括以下步驟：

步驟1.1、根據橋梁主體所在位置，對無人機飛行航線進行規劃，保證航帶內影像重疊度不小于70％，航帶間影像重疊度不小于50％。利用無人機按照設定的飛行航線進行巡航，利用機載相機對橋梁主體進行影像采集得到橋梁主體的影像，并記錄每張橋梁主體的影像的拍攝瞬間的攝影中心坐標；

步驟1.2、針對橋梁墩塔，利用無人機從上至下環繞所需檢測的橋梁墩塔飛行，同一高度環內影像重疊度不小于80％，不同高度的相鄰高度環間的影像重疊度不小于60％，利用機載相機對橋梁墩塔進行影像采集得到橋梁墩塔的影像，并記錄每張橋梁墩塔的影像的拍攝瞬間的攝影中心坐標。