基于无人机倾斜摄影技术的沥青混凝土厚度无损检测方法

摘要

一种基于无人机倾斜摄影技术的沥青混凝土厚度无损检测方法，包括以下步骤：施工现场勘查，制定像控点布设方案，编制无人机航拍计划，在沥青混凝土层施工前、后各进行一次航拍，将步骤S3中获取的航拍照片生产道路正射影像和数字高程模型，将沥青混凝土层施工后的数字高程模型减去施工前的数字高程模型，生成沥青混凝土厚度数字模型，相比传统方法，不破坏路面、检测设备价值低、检测人员工作强度低，在减少外业工作量的前提下，将道路抽检变为全检，对提升道路工程质量具有重要价值。

说明书

技术领域

本发明涉及公路沥青混凝土层厚度无损检测技术领域，具体是基于无人机倾斜摄影技术的沥青混凝土厚度无损检测方法。

背景技术

我国每年新建数十万公里公路，道路质量检测工作十分重要，其中沥青混凝土层厚度是一个十分关键的检测指标。目前检测技术包括以标准贯入和钻芯取样为代表的有损检测技术和以探地雷达技术为代表的无损检测技术。标准贯入和钻芯取样检测时会进行大量的钻芯工作会破坏路面结构，而且检测类型为点测，测点位置的选择对结果影响较大，检测结果的代表性较弱；探地雷达技术设备复杂、费用高昂、对人员素质要求高、且沥青混凝土的介电常数、含水率、测道长度和测道定位等因素均会影响检测结果。

无人机倾斜摄影技术是近年来新兴的快速获取目标空间信息的先进技术，由空中系统、地面系统和内业处理系统三大部分组成。无人机飞行平台搭载的高分辨率光学传感器可以获取目标区域的5个方向的高清航片，通过空中三角解算，准确计算出航片拍摄位置和姿态，进而生产出点云、三维网格、正射影像、数字高程模型（DEM）、数字表面模型(DSM)等数字产品。通过地面设置高精度像控点的方式，可以提高数字产品的精度。针对目前道路沥青混凝土层厚度检测技术的不足，发明了一种基于无人机倾斜摄影技术的沥青混凝土层厚度无损检测方法，该方法是一种不破坏路面结构、检测设备价值低、检测结果全覆盖的无损检测方法，具有推广的价值。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于无人机倾斜摄影技术的沥青混凝土厚度无损检测方法，通过无人机倾斜摄影技术获取沥青混凝土层施工前、后的两期DEM，利用两期DEM获得沥青混凝土厚度的数字模型，在减少检测人员外业工作量的前提下，将道路抽检变为全检，对提高道路工程施工质量具有重要价值。

本发明采用的技术方案：一种基于无人机倾斜摄影技术的沥青混凝土厚度无损检测方法，包括以下步骤：

S1：施工现场勘查，制定像控点布设方案；

S2：编制无人机航拍计划；

S3：在沥青混凝土层施工前、后各进行一次航拍；

S4：将步骤S3中获取的航拍照片生产道路正射影像和数字高程模型；

S5：将沥青混凝土层施工后的数字高程模型减去施工前的数字高程模型，生成沥青混凝土厚度数字模型。

优选的，所述的步骤S1中，制定像控点布设方案的方法为：利用全站仪在道路两侧布设像控点。

优选的，步骤S2中编制无人机航拍计划的方法为：利用DJI GS PRO飞控软件编制无人机航拍计划，使航向重叠率和旁向重叠率均不小于75%，飞行高度对应的相机分辨率不低于1.5cm/像素。

优选的，步骤S4中，对图像进行处理的方法为：利用Pix4Dmapper内业处理软件进行航拍影像内业处理，利用航拍照片生成道路正射影像和数字高程模型。

优选的，所述步骤S5中，对图像进行处理的方法为：利用Global Mapper软件中利用沥青混凝土层施工后的数字高程模型减去施工前的数字高程模型，生成沥青混凝土厚度数字模型。

优选的，还包括步骤S6：将正射影像导入Global Mapper中，覆盖在沥青混凝土厚度数字模型上，点击提取任意点厚度或者在数字厚度模型上设置任意检测路径提取路径上厚度值并图形化表达。

本发明的有益效果：（1）不仅可以降低检测人员工作量，而且将道路抽检变为全检。（2）本方法可以利用低价值普通民用无人机达到较高的检测精度。（3）本方法可以将检测结果模型化表达，形象直观。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明航拍照片内业处理流程图；

图3是本发明实施例中覆盖了正射影像的厚度模型图像；

图4是本发明实施例中检测数据沿路径分布曲线图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的技术细节及其优点，现结合附图进行说明。

本实施例以江苏省徐州市某新建市政道路为例，利用无人机倾斜摄影测量技术实施了沥青混凝土层厚度无损检测。试验路段位于江苏省徐州市泉山区，该路段规划改建双向四车道市政道路，沥青混凝土面层厚度10cm，分两次摊铺，第一层厚度6cm，第二层厚度4cm。

本实施例的技术路线如图1所示，无人机采用大疆悟2四旋翼无人机，镜头为禅思X5S，相机分辨率为2000万像素，航线规划采用大疆地面站专业版DJI GS PRO。

步骤S1：对施工现场进行勘察，利用全站仪在道路施工范围附近稳定部位布设控制点，获得控制点准确的三维坐标，并采用显著标识标记，本项目共设置了3个控制点，呈三角形布设于道路两侧已施工完成的路沿石上。

步骤S2：编制无人机航拍计划，利用DJI GS PRO飞控软件，无人机倾斜摄影测量技术要求从5个方向对目标区域进行拍摄，分别为东南西北4个方向的45度倾斜摄影和垂直正射影像。其中，飞行计划中飞行高度根据相机分辨率的不同，可以设为1-1.5cm/像素对应的高度，航向重叠率和旁向重叠率不低于75%，本实施例中，飞行高度为45m，对应相机分辨率为1.2cm/像素，航向重叠率和旁向重叠率设置为80%。无人机飞行前应检查飞行空域是否有障碍物，飞行时间为每次5分钟。

步骤S3：本实施例中共进行了3次无人机航拍，获得了道路沥青混凝土摊铺前、第一层摊铺完成和第二层摊铺完成后的3期航拍照片，航拍照片影像未存在曝光过度或不足、没有有重影、散焦和噪点，照片成像清晰。如有以上问题，需要调整相机参数、选择多云天气或者阴影区域最小的中午时间拍摄。

步骤S4：利用Pix4DMapper内业处理软件进行空中三角解算，计算无人机航拍照片的位置和姿态，在此过程中需要将控制点的坐标赋值给航拍照片中相应的标识位置。检查空中三角解算精度，由于道路沥青混凝土厚度与高程有关，重点查看Z轴坐标精度，本实施例中，3个控制点的Z坐标误差最大为1mm，小于道路沥青混凝土厚度检测允许误差±5mm，满足检测精度要求，可以生成数字产品，包括正射影像、点云模型、三维网络模型、数字高程模型（DEM）和数字表面模型（DSM），其处理流程见图2。

步骤S5、S6：将施工前后两期道路路面数字高程模型（DEM）在Globalmapper软件中进行运算，利用施工后期的模型“减”去施工前期的模型，得到沥青混凝土厚度的数字模型，将正射影像叠加到此数字模型上，实现数字模型与现实路面关联匹配，直观地获取兴趣点数据，同时可以设置任意采样路径，获得沿路径的厚度变化值，厚度结果的表达形象、准确、全面。

本实施例中，实验路段第一层面层设计厚度为6cm，无人机检测的厚度数字模型上覆盖了正射影像的厚度模型如图3所示，路径上沥青混凝土的平均厚度为6.6cm，满足设计要求。第二层设计摊铺厚度4cm，设置采集路径在道路中线附近，检测厚度沿采样路径的分布情况如图4所示，沥青混凝土层施工平均厚度4.26cm，但厚度分布并不均匀，其中最小厚度为3.7cm，最大厚度为4.9cm，根据热拌沥青混凝土面层验收标准，本层沥青混凝土厚度合格。

经过钻孔取样分析进行验证，确认此部分厚度与无人机检测结果一致，证明本发明的基于无人机倾斜摄影测量技术的道路沥青混凝土层厚度无损检测方法具有精度高、路段全覆盖、结果表现直观等显著特点。相比传统方法，不破坏路面、检测设备价值低、检测人员工作强度低，在减少外业工作量的前提下，将道路抽检变为全检，对提升道路工程质量具有重要价值。