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無人機影像監測技術應用於臺中港區管理之研究

無人機影像監測技術應用於臺中港區管理之研究

書籍介紹

無人飛行載具在近年來發展成熟,其可搭載高解析攝影機同時具高度的移動性以及
遠距遙控功能,能夠取代人力快速且輕易地到達過去不容易接近的區域。再者目前無人飛行載具結合影像技術已經廣泛應用於大範圍或特殊環境條件下的資料收集任務中,為在有限人力之下要能持續監測港區設施安全穩定的理想選擇。
本研究透過無人飛行載具以及影像分析技術建立一個監測系統平台。計畫將測區分
為兩階段執行,先以第一期完成臺中港核心區域,最終完成臺中港區4,700 公頃之高精度三維及正射底圖,接著由整合載具控制與取像邏輯之分析,建構無人機飛航作業之軟體流程,並基於該流程取得穩健影像資訊來源進行特徵辨識,最後建置系統整合平台,藉由定期收集的影像進行分析判識,並與前期成果比較,可應用於港區的巡檢任務,追蹤港區土地使用狀況以及特定設施之安全穩定性。

目次

中文摘要 ..................................................................................................... I
英文摘要 .................................................................................................... II
目錄 ........................................................................................................... III
圖目錄 .................................................................................................... VIII
表目錄 .................................................................................................... XIII
第一章 前言............................................................................................ 1-1
1.1 研究動機與目的 .......................................................................... 1-1
1.1.1 研究動機 ............................................................................... 1-1
1.1.2 研究目的及重要性 ............................................................... 1-1
1.2 文獻回顧 ...................................................................................... 1-2
1.2.1 傳統巡檢 ............................................................................... 1-2
1.2.2 UAV發展與應用 ................................................................... 1-3
1.2.3 影像技術發展與應用難度 ................................................... 1-4
1.3 工作項目與流程 .......................................................................... 1-6
第二章 基礎資料蒐集分析 ................................................................... 2-1
2.1 基於UAV影像技術之空間資訊建構 .......................................... 2-1
2.2 臺中港區空間資料蒐集與建構 .................................................. 2-3
2.2.1 控制點測量 ........................................................................... 2-3
2.2.2 影像資料蒐集 ....................................................................... 2-5
2.3 數值地形模型成果 ...................................................................... 2-6
2.3.1 臺中港區高解析度正射影像成果 ....................................... 2-7
2.4 本章小結 .................................................................................... 2-10
第三章 無人飛行載具以及影像感測器硬體分析 ............................... 3-1
3.1 無人機載具種類性能與感測器分析 .......................................... 3-1
3.1.1 定翼機性能與搭配感測器分析 ........................................... 3-1
3.1.2 旋翼機性能與搭配感測器分析 ........................................... 3-7
3.2 港區氣象資料 ............................................................................ 3-14
3.2.1 無人機抗風與防水條件定義 ............................................. 3-15
3.2.2 港區風速評估 ..................................................................... 3-16
3.3 無人機適宜性評估 .................................................................... 3-21
3.4 本案巡檢無人機設備成本估算 ................................................ 3-22
3.5 本章小結 .................................................................................... 3-23
第四章 載具控制與取向邏輯方法 ....................................................... 4-1
4.1 飛行模式建構方法 ...................................................................... 4-1
4.1.1 無人機地形測繪 ................................................................... 4-1
4.1.2 無人機多點巡航 ................................................................... 4-2
4.1.3 無人機單點環飛 ................................................................... 4-3
4.2 無人機取像邏輯方法 .................................................................. 4-4
4.2.1 影像參數 ............................................................................... 4-4
4.2.2 A star演算法 .......................................................................... 4-5
4.2.3 飛航障礙物迴避 ................................................................... 4-7
4.2.4 控制與取像參數設定 ........................................................... 4-9
4.3 本章小結 .................................................................................... 4-10
第五章 多時期UAV影像匹配辨識 ....................................................... 5-1
5.1 UAV影像定位資訊 ...................................................................... 5-1
5.2 影像位置偵測及量測 .................................................................. 5-2
5.3 多期UAV影像搜尋及比對 .......................................................... 5-8
5.4 本章小結 ...................................................................................... 5-9
第六章 UAV影像技術之延伸應用 ....................................................... 6-1
6.1 港區設施自動化物件辨識 .......................................................... 6-1
6.1.1 物件辨識模型選擇 ............................................................... 6-1
6.1.2 Yolov4模型架構 .................................................................... 6-2
6.2 港區設施物件辨識模型訓練方式 .............................................. 6-3
6.2.1 單物件偵測 ........................................................................... 6-4
6.2.2 多重物件偵測1 ..................................................................... 6-6
6.2.3 多重物件偵測2 ..................................................................... 6-7
6.3 港區特定設施變遷偵測 .............................................................. 6-8
6.3.1 Mask Rcnn Pixel-wise偵測與變遷 ....................................... 6-8
6.4 構造物位移監測 .......................................................................... 6-9
6.5 淤沙範圍變化分析 .................................................................... 6-13
6.6 本章小結 .................................................................................... 6-14
第七章 無人機影像整合管理平台 ....................................................... 7-1
7.1 Node.js特色 .................................................................................. 7-1
7.2 資料庫建立 .................................................................................. 7-1
7.3 使用者操作平台系統架構 .......................................................... 7-2
7.3.1 UAV航線規劃 ....................................................................... 7-4
7.3.2 多時期UAV正拍巡檢影像套疊 ........................................... 7-5
7.3.3 多時期UAV斜拍巡檢影像查詢 ........................................... 7-6
7.4 本章小結 ...................................................................................... 7-6
第八章 實地驗證與品質評估 ............................................................... 8-1
8.1 無人機飛行相關檢核 .................................................................. 8-1
8.1.1 飛行範圍與作業時間 ........................................................... 8-1
8.1.2 無人機飛行穩定性及機動性 ............................................... 8-4
8.2 無人機影像品質檢核 .................................................................. 8-7
8.2.1 原始影像解析度檢核 ........................................................... 8-7
8.2.2 無人機路徑正確性測試 ....................................................... 8-8
8.2.3 影像匹配品質評估 ............................................................... 8-9
8.2.4 正射影像幾何精度檢核 ..................................................... 8-10
8.2.5 數值地形模型高程精度檢核 ............................................. 8-14
8.3 取像邏輯規劃測試 .................................................................... 8-16
8.3.1 無人機實際飛行測試 ......................................................... 8-16
8.4 特定物件辨識及變遷偵測信賴度評估 .................................... 8-17
8.4.1 物件辨識信賴指數說明 ..................................................... 8-18
第九章 結論與建議 ............................................................................... 9-1
9.1 成果結論 ...................................................................................... 9-1
9.2 後續建議 ...................................................................................... 9-3
9.3 成果效益與後續應用情形 .......................................................... 9-4

編/著/譯者簡介

本所主辦單位:港研中心
主管:蔡立宏
計畫主持人:李俊穎
研究人員:洪維屏
合作研究單位:國立臺灣大學
計畫主持人:韓仁毓
協同主持人:陳柏華、林之謙
研究人員:林彥廷、黃春嘉、甘翊萱、李政軒、陳俊廷

序言/導讀

無人飛行載具在近年來發展成熟,其可搭載高解析攝影機同時具高度的移動性以及 遠距遙控功能,能夠取代人力快速且輕易地到達過去不容易接近的區域。再者目前無人飛行載具結合影像技術已經廣泛應用於大範圍或特殊環境條件下的資料收集任務中,為在有限人力之下要能持續監測港區設施安全穩定的理想選擇。 本研究透過無人飛行載具以及影像分析技術建立一個監測系統平台。計畫將測區分 為兩階段執行,先以第一期完成臺中港核心區域,最終完成臺中港區4,700 公頃之高精度三維及正射底圖,接著由整合載具控制與取像邏輯之分析,建構無人機飛航作業之軟體流程,並基於該流程取得穩健影像資訊來源進行特徵辨識,最後建置系統整合平台,藉由定期收集的影像進行分析判識,並與前期成果比較,可應用於港區的巡檢任務,追蹤港區土地使用狀況以及特定設施之安全穩定性。

分類 其他詳細資訊
  • 適用對象:成人(學術性)
  • 關鍵詞:無人飛行載具、影像技術、土地使用管理、設施巡檢
  • 附件:無附件
  • 頁/張/片數:215
授權資訊
  • 著作財產權管理機關或擁有者:交通部運輸研究所
  • 取得授權資訊:聯絡處室:交通部運輸研究所港灣技術研究中心 姓名:周于楨 電話:04-26587150 地址:台中市梧棲區中橫十路2號