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。計畫以兩年期執行，先以第一年先完成臺中港區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將相關功能納入；第二年則延續第一年成果，藉由三種改正方法的測試精進影像匹配方法，可轉至同視角與前期影像進行比較。此外，透過與其他無人機研發團隊所共同測試的跟隨技術、自動路徑規劃技術，無人機可成功沿著所規畫路徑飛行，同時可隨著車輛進行穩定飛行，定期收集的影像進行分析判識。在物件辨識方面，除原中突堤標的物缺漏視覺化呈現外，更提出PCI指標為北堤路路面進行評估，成果也獲得相關可行性之驗證。此整合方案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
目錄
中文摘要I
英文摘要II
目錄III
圖目錄IX
表目錄XVIII
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1-2
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
1.3.1 第一年度(110)1-6
1.3.2 第二年度(111)1-7
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 影像資料蒐集標準化2-10
2.4.1 中突堤巡檢影像參數2-10
2.5 本章小結2-11
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4-6
4.2.4 控制與取像參數設定4-9
4.3 路徑自動規劃4-10
4.3.1 平台規劃流程4-10
4.3.2 Mavlink檔案格式內容參數介紹4-11
4.3.3 模擬飛行結果分析4-13
4.3.4 飛機硬體配置4-14
4.3.5 路徑規劃飛行成果4-15
4.4 無人機自主跟隨技術開發4-18
4.4.1 原理介紹4-18
4.4.2 實地測試成果4-21
4.5 本章小結4-23
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
5.3.1 三種影像改正分析5-9
5.3.2 中突堤隨機POI多期影像改正案例測試5-10
5.4 本章小結5-15
第六章 多時期UAV影像智慧化分析6-1
6.1 多時期UAV影像智慧化分析流程6-1
6.2 多時期UAV影像智慧化分析選擇之標的物6-2
6.2.1 港區道路區域選擇之標的物6-2
6.3 物件辨識模型選擇項目6-2
6.4 物件辨識模型選擇6-3
6.4.1 U net6-3
6.4.2 Feature Pyramid Network(FPN)6-4
6.4.3 實例分割mask RCNN6-5
6.4.4 物件偵測YOLOv56-6
6.5 岸邊設施自動化辨識分析6-6
6.5.1 語意分割6-8
6.5.2 實例分割6-9
6.5.3 設施多時期比對6-11
6.6 北堤路設施自動化辨識流程6-13
6.6.1 物點核算方法6-13
6.6.2 北提路設施辨識成果6-14
6.7 北提路路況自動化辨識流程6-16
6.7.1 道路標線辨識6-16
6.7.2 路面分割6-19
6.7.3 路面坑洞辨識6-20
6.7.4 裂縫偵測方法6-21
6.8 本章小結6-24
第七章 道路破損評分7-1
7.1 裂縫分級定義7-1
7.2 PCI計算流程7-3
7.2.1 骨幹化(Skeletonize)7-6
7.2.2 裂縫寬度量化流程7-8
7.3 路面裂縫評估成果7-9
第八章 UAV影像技術之延伸應用8-1
8.1 構造物位移監測8-1
8.2 光達影像分析8-5
8.2.1 光達感測器介紹8-5
8.3 熱紅外影像分析8-7
8.3.1 熱紅外感測器介紹8-7
8.3.2 煤炭堆溫度準確性測試8-9
8.3.3 植栽NDVI分析8-11
8.4 淤沙範圍變化分析8-14
8.5 沙洲建模分析8-15
8.6 本章小結8-17
第九章 無人機影像整合管理平台9-1
9.1 使用者操作平台系統架構9-1
9.2 平台模組說明9-2
9.2.2 量測功能9-4
9.2.3 UAV航線規劃9-5
9.2.4 UAV影像查看9-9
9.2.5 岸邊設施物件辨識成果列表9-12
9.2.6 北堤路路燈物件辨識成果9-13
9.2.7 北堤路路面破損評分9-14
9.3 本章小結9-14
第十章 實地驗證與品質評估10-1
10.1 無人機飛行相關檢核10-1
10.1.1 飛行範圍與作業時間10-1
10.1.2 無人機飛行穩定性及機動性10-5
10.2 無人機影像品質檢核10-7
10.2.1 原始影像解析度檢核10-7
10.2.2 無人機路徑正確性測試10-9
10.2.3 影像匹配品質評估10-10
10.2.4 正射影像幾何精度檢核10-11
10.2.5 數值地形模型高程精度檢核10-15
10.3 取像邏輯規劃測試10-17
10.3.1 無人機航線規劃實際飛行測試10-17
10.3.2 無人機跟隨實際飛行10-21
10.3.3 無人機路徑正確性檢核10-21
10.4 PCI結果之合理性檢核10-24
10.4.1 PCI計算流程驗證10-25
10.4.2 訓練模型表現10-28
第十一章 結論與建議11-1
11.1 成果結論11-1
11.2 後續建議11-3
11.3 成果效益與後續應用情形11-5
參考文獻參-1
附錄一、 UAV於港區設施巡檢可行性評估表附1-1
附錄二、 UAV巡航模式拍攝說明附2-1
附錄三、 管理平台功能頁面附3-1
附錄四、 無人機申請流程附4-1
附錄五、 期中審查意見處理情形表附5-1
附錄六、 期末審查意見處理情形表附6-1
附錄七、 期末審查簡報資料附7-1
編／著／譯者簡介
韓仁毓、洪維屏、李俊穎、吳日騰、林彥廷、甘翊萱、黃春嘉、林育銓、王海威
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。計畫以兩年期執行，先以第一年先完成臺中港區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將相關功能納入；第二年則延續第一年成果，藉由三種改正方法的測試精進影像匹配方法，可轉至同視角與前期影像進行比較。此外，透過與其他無人機研發團隊所共同測試的跟隨技術、自動路徑規劃技術，無人機可成功沿著所規畫路徑飛行，同時可隨著車輛進行穩定飛行，定期收集的影像進行分析判識。在物件辨識方面，除原中突堤標的物缺漏視覺化呈現外，更提出PCI指標為北堤路路面進行評估，成果也獲得相關可行性之驗證。此整合方案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、設施巡檢
- 附件：無附件
- 頁/張/片數：285
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： 謝瑩蓁
電話：04-26587169
地址：臺中市梧棲區中橫十路2號