米乐m6中国官方网站 利用无人机航拍在100米外测量几毫米的变形

米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）分析测量标准研究部无损测量研究组“高级首席研究员李志远、首席研究员高雄鹿野、副研究主任富山信之，是株式会社CORE技术研究所（以下简称“CORE技研”）典彦小仓，研究员（兼）京都大学产学合作先进基础设施技术课程（特别助理教授）无人机航拍的桥梁基础设施挠度测量方法。

挠度测量被用作评估老化桥梁健康状况的方法。如果可以使用无人机相机来测量挠度，而不是安装需要时间和精力的传统位移传感器，那么即使在跨越山区、海峡和河流的难以进入的桥梁中也可以进行有效的检查。然而，在使用无人机和其他设备进行航空摄影时，由于图像模糊，很难测量毫米级的偏转。因此，我们引入了具有规则图案的参考标记，并且相位信息类似于人类平衡感的高精度图像模糊校正通过开发这项技术，我们成功地使用无人机航拍测量毫米级的微小位移，这是桥梁健康评估所需的，就像传统的位移传感器一样。该技术有助于老化基础设施结构的高效维护和管理，有望成为未来实现基础设施结构长期监控的技术。

该技术的详细信息将于 2024 年 1 月 9 日公布。自然通讯

社会基础设施老化是现代社会面临的重大问题。特别是，迫切需要解决作为主要道路基础设施的桥梁老化问题。日本和美国建成50年以上的桥梁比例已达到40%以上。尽管未来维护和更新包括桥梁在内的社会基础设施不可避免地会产生巨大成本，但预计通过从问题发生后采取措施的传统纠正性维护转变为问题发生前采取定期检查等措施的预防性维护，可以显着降低成本。

为了有效评估桥梁等基础设施结构的健康状况，必须有一种简单且低成本的方法来测量结构的位移。然而，使用位移传感器和摄像机的传统测量方法需要将这些传感器和摄像机固定在结构或地面上，这既耗时又昂贵，特别是在检查难以接近的结构时。

AIST 开发了一种只需用数码相机拍照即可测量桥梁挠度的技术，作为一项有助于社会基础设施的高效维护和管理的技术。2016 年 8 月 31 日 AIST 新闻稿）。这项技术可以显着减少测量偏转所需的时间和成本，但由于相机需要固定在三脚架上，因此存在一个问题，即在跨越山区、海峡、河流等的桥梁上很难找到合适的地方安装三脚架。因此，我们进一步发展了这项技术，开始开发一种即使在使用无人机航拍时也能以与传统方法相同的精度测量偏转的技术。

无人机航拍时，飞机会因风等因素的影响而晃动，导致图像模糊，因此即使使用拍摄的图像本身也无法测量桥梁的微小变形。因此，为了高精度地校正图像模糊，除了安装在桥中央侧的测量标记（Mk-C）外，我们还引入了两个新的参考标记（Mk-A和Mk-B），如示意图所示。这些参考标记安装在桥梁两侧，作为桥墩上的固定点，并以 1/100 像素的精度（是传统方法的 10 倍以上）校正图像模糊，使得连接两个标记的单条参考线在桥梁变形前后匹配。对桥梁变形前后测量标记的规则图案图像进行模糊校正后，采样莫尔条纹方法莫尔条纹的相位变化计算微小位移结果，我们在世界上首次成功地利用无人机航空摄影测量了桥梁毫米级的微小偏转。

受人耳平衡感启发，开发了一种新型、简单且高精度的图像稳定技术，使这一切成为可能。如图1所示，人耳除了耳蜗（负责听力）外，还有一个前庭系统，包括内耳的前庭和半规管（负责平衡）。该系统充当传感器，检测三维空间中的平移和旋转。得益于此，人类可以在跑步时阅读远处广告牌上的文字。也就是说，人类根据耳朵感知到的平衡信息，无意识地不断调整眼睛的视角和方向。因此，我们将人类这种优秀的平衡感应用到了这次无人机航拍中。桥两端梁上固定有两个参考标记（二维规则图案），其功能与人耳完全相同。连接这两个参考标记的参考线对应于平衡感，通过不断校正无人机航拍获得的图像以避免模糊，现在可以进行稳定的偏转测量。

AIST 与 CORE 研究所合作，作为京都大学基础设施先进技术联盟活动的一部分，将开发总长 110 m德鲁克乐队桥的偏转测量进行了验证实验。使用距离桥梁约 100 米的无人机进行航拍，从获得的图像中可以测量桥梁毫米级的微小偏转（图 2）。在该演示实验中，使用1米见方、规则间距为02 m的标记来测量8吨试验车辆以20公里/小时的速度通过目标桥梁时发生的偏转。此外，在福岛机器人试验场使用模拟桥进行的精度验证实验中，对于已知位移1毫米至5毫米，六次测量的平均误差仅为02毫米。新开发的使用无人机航拍的挠度测量技术消除了对固定相机的需求，使得可以在传统方法难以测量的位置进行测量，从而可以有效评估更多桥梁的健康状况。

一家私营公司已经将使用该技术的桥梁检测服务商业化，预计未来将应用于全国各地的桥梁。我们计划进一步开发这项技术，研究和开发社会基础设施的长期监测技术和利用云系统的自动分析。未来，我们的目标是利用无人机自主飞行来实现测量服务。

已出版的杂志：自然通讯
论文标题：利用基础设施相位信息进行基于无人机的位移测量
作者：Shien Ri、Jiaxing Ye、Nobuyuki Toyama、Norihiko Ogura
DOI：https://doiorg/101038/s41467-023-44649-2

无人机航拍

一种利用无人机（无人驾驶飞行器）从空中拍摄照片和视频的技术，使得从高处或难以到达的地方拍摄照片成为可能。近年来，它已被广泛应用于视觉内容制作、建筑业测绘、灾害研究和农业等领域。[返回参考源]

阶段信息

如果我们将规则图案视为波，则波的高度就是振幅，波的位移就是相位。通过使用相位变化（网格图案的轻微变化）信息，可以用相机测量微小的变形。[返回来源]

图像模糊补偿

无人机航拍时，由于风等因素的影响，拍摄的视频数据可能会出现图像模糊的情况。通过图像处理来校正图像模糊。普通图像处理方法的精度仅为像素的1/10，但通过使用规则图案的相位信息，可以以像素的1/100的精度校正图像模糊。[返回来源]

采样莫尔条纹方法

通过对相机拍摄的规则图案图像进行细化和亮度插值等图像处理，可以同时获得多个具有相移的莫尔条纹图像。这是一种从这些莫尔图像计算莫尔条纹相位分布的方法。相位信息的分析精度可达网格间距（节距）的 1/1000。[返回来源]

莫尔条纹

莫尔条纹是由两个格子图案的干涉引起的具有低空间频率（大节距）的规则条纹图案。使用莫尔条纹可以有效地检测物体的微小变化。[返回来源]

德鲁克外滩大桥

德鲁克带桥采用中心铰链的“德鲁克带”结构型式，结构以两个桥墩为中心，呈跷跷板状，桥台梁端始终承受向上的力。[返回来源]