《公路橋梁病害無(wú)人機(jī)視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)指南》

ICS號(hào)

CCS號(hào)

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CHTS××××-××××

公路橋梁病害無(wú)人機(jī)視覺(jué)檢測(cè)技

術(shù)指南

TechnicalGuidelineforUnmannedAerialVehicleBased

DamageInspectionofHighwayBridges

（征求意見(jiàn)稿）

××××-××-××發(fā)布××××-××-××實(shí)施

中國(guó)公路學(xué)會(huì)發(fā)布

公路橋梁病害無(wú)人機(jī)視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)指南

1總則

1.0.1為規(guī)范和指導(dǎo)公路橋梁外觀病害檢測(cè)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理流程，保障公路橋梁工程的

施工和運(yùn)營(yíng)安全，制定本技術(shù)指南。

1.0.2本指南適用于各級(jí)公路橋梁外觀病害的檢測(cè)和分析，適用的橋梁類型包括但不限

于連續(xù)梁橋、拱橋、斜拉橋和懸索橋。

1.0.3本指南使用的儀器設(shè)備，均應(yīng)符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，并經(jīng)檢驗(yàn)合格。

1.0.4本指南采用國(guó)家法定標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位制。

1.0.5公路橋梁病害視無(wú)人機(jī)視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)除應(yīng)符合本指南的規(guī)定外，尚應(yīng)符合國(guó)家和

行業(yè)現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

2術(shù)語(yǔ)和符號(hào)

2.1術(shù)語(yǔ)

2.1.1無(wú)人機(jī)unmannedaerialvehicle

一種由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、機(jī)上無(wú)人駕駛、可重復(fù)使用的航空器，具有遙控、半自主、自主

三種飛行控制方式。

2.1.2無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)unmannedaerialvehiclephotographysystem

以無(wú)人機(jī)為飛行平臺(tái)、以影像傳感器為任務(wù)設(shè)備的航空遙感影像獲取系統(tǒng)。

2.1.3成像設(shè)備imagingdevice

由成像元件、鏡頭等部件組成的滿足薄透鏡成像原理的設(shè)備。

2.1.4感光元件photosensitiveelement

將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)裝置

2.1.5視場(chǎng)fieldofview

指觀測(cè)物體的可視范圍，也就是充滿相機(jī)采集芯片的物體部分。

2.1.6基線baseline

雙目成像中左右兩相機(jī)光心的連線

2.1.7數(shù)字圖像digitalimage

由模擬圖像數(shù)字化得到的、以像素為基本元素的、可以用數(shù)字計(jì)算機(jī)或數(shù)字電路存儲(chǔ)和

處理的圖像。

2.1.8分辨率resolution

圖像系統(tǒng)可以測(cè)到的受檢物體上的最小可分辨特征尺寸。

2.1.9物理分辨率physicalresolution

指相機(jī)光學(xué)傳感器上包含的感光元器件的個(gè)數(shù)，一般以橫縱的乘積表示。

2.1.10景深depthofview

物體離最佳焦距點(diǎn)較近或較遠(yuǎn)時(shí)，鏡頭保持分辨率的能力。

2.1.11焦距focallength

焦距是光學(xué)系統(tǒng)中衡量光的聚集或發(fā)散的度量方式，指透鏡的光學(xué)中心到光聚焦點(diǎn)的距

離。

2.1.12相機(jī)檢校cameracalibration

在滿足特定檢定環(huán)境要求的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，對(duì)相機(jī)進(jìn)行檢定。

2.1.13失真distortion

又稱畸變，指被攝物平面內(nèi)的主軸外直線，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像后邊緣為曲線，則此光學(xué)系

統(tǒng)的成像誤差稱為畸變，畸變只影響影像的幾何形狀，而不影響像的清晰度。

2.1.14三維重建3Dreconstruction

運(yùn)用三維技術(shù)對(duì)物體進(jìn)行三維信息采集、處理及構(gòu)建數(shù)字模型的過(guò)程。

2.1.15橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)bridgeinspection

對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、試驗(yàn)、觀測(cè)、檢查與記錄描述。當(dāng)結(jié)構(gòu)檢測(cè)活動(dòng)在橋梁建

造或運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的某時(shí)段持續(xù)進(jìn)行時(shí)，該活動(dòng)又稱為監(jiān)測(cè)。

2.1.16缺損defectanddamage

橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)缺陷和損傷等病害的統(tǒng)稱。缺陷是因施工不符合要求所引起，損傷是

因除施工外的其他外部作用所造成。

2.1.17剝落spalling

混凝土表層脫落、粗集料外露的現(xiàn)象。嚴(yán)重時(shí)，成片狀脫落，鋼筋外露。

2.1.18孔洞cavitation

混凝土中超過(guò)鋼筋保護(hù)層厚度的孔穴。

2.1.19露筋revealofreinforcement

構(gòu)件內(nèi)的鋼筋未被混凝土包裹而外露的缺陷。

2.1.20銹蝕rust

金屬材料由于水份和氧氣等的電化學(xué)作用而產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象。

2.1.21涂層缺陷coatingdefect

鋼結(jié)構(gòu)表面涂層出現(xiàn)流痕、氣泡、白化、起皺、起皮等現(xiàn)象。

2.1.22裂縫crack

由荷載、溫度、災(zāi)害等因素引起的結(jié)構(gòu)表面狹長(zhǎng)縫。

2.2符號(hào)

r—電磁波傳播時(shí)間；

c—電磁波在空氣中的傳播速度；

d—標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)到基站節(jié)點(diǎn)的估計(jì)距離；

d0—參考距離；

pd—d處基站獲得的UWB信號(hào)強(qiáng)度；

p0—d0處獲得的UWB信號(hào)強(qiáng)度；

β—信道的衰減因子；

εδ—均值為0、標(biāo)準(zhǔn)差為δ的理想高斯分布變量；

L——測(cè)量范圍的對(duì)角線距離；

l——感光元件的對(duì)角線距離；

f——鏡頭焦距；

D——測(cè)量距離；

L

1——圖像坐標(biāo)系下物體長(zhǎng)度；

z

0——測(cè)量的物距；

L

0——物體的真實(shí)長(zhǎng)度；

m——相對(duì)誤差；

mx——點(diǎn)位x方向上的中誤差；

my——點(diǎn)位y方向上的中誤差；

mz——點(diǎn)位z方向上的中誤差；

n——物方控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)；

Δx——量測(cè)x坐標(biāo)與對(duì)應(yīng)的物方控制點(diǎn)坐標(biāo)差；

Δy——量測(cè)y坐標(biāo)與對(duì)應(yīng)的物方控制點(diǎn)坐標(biāo)差；

Δz——量測(cè)z坐標(biāo)與對(duì)應(yīng)的物方控制點(diǎn)坐標(biāo)差；

?——兩幅圖像中覆蓋同一對(duì)象的成像模型之間的外極性幾何關(guān)系的基礎(chǔ)矩陣，有7個(gè)

自由度；

?，?,?——兩幅圖像中一對(duì)特征點(diǎn)的齊次像素坐標(biāo)；

?,?,?——兩個(gè)相機(jī)的固有矩陣；

?——估計(jì)相機(jī)的位置。

?—3D點(diǎn)數(shù)；

M—場(chǎng)景數(shù)；

3基本規(guī)定

3.0.1基于無(wú)人機(jī)的橋梁檢測(cè)方法以無(wú)人機(jī)搭載相機(jī)為采集手段，通過(guò)人工操作或自動(dòng)

巡檢采集橋梁表面圖像，然后以病害識(shí)別、定量、定位三層方法分析所采集的圖像。以下條

件下宜采用無(wú)人機(jī)病害檢測(cè)方法：

1.檢測(cè)人工難以到達(dá)的橋梁部位，如高墩、高塔、橋底等位置的檢測(cè)；

2.采用人工檢測(cè)時(shí)具有較大危險(xiǎn)性的橋梁部位，如懸索橋主纜等；

3.采用人工檢測(cè)效率低下時(shí)；

4.需連續(xù)大面積檢測(cè)時(shí)；

5.已知位置存在病害，需要定期觀察病害擴(kuò)展時(shí)；

6.道路交通不便進(jìn)行封鎖時(shí)。

3.0.2公路橋梁病害無(wú)人機(jī)視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)工作流程如圖3.0.2。

圖3.0.2基于無(wú)人機(jī)的橋梁病害智能檢測(cè)步驟

3.0.3對(duì)于大體積橋梁結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)檢測(cè)區(qū)域的重要性、檢測(cè)時(shí)效性要求和已有的初步

檢測(cè)結(jié)果選擇無(wú)人機(jī)相機(jī)的拍攝視場(chǎng)。重點(diǎn)區(qū)域檢測(cè)應(yīng)使用近距離拍攝方式，非重點(diǎn)區(qū)域宜

采用遠(yuǎn)距離拍攝方式，如圖3.0.3所示。

圖3.0.3無(wú)人機(jī)采集的大小視場(chǎng)配合

條文說(shuō)明：

相機(jī)成像的基本規(guī)律為“近大遠(yuǎn)小”，即近距離拍攝時(shí)，相機(jī)只能捕獲小塊區(qū)域物體的像，

但單位面積所占的像素個(gè)數(shù)多，因此能反映結(jié)構(gòu)表面的細(xì)節(jié)；遠(yuǎn)距離拍攝時(shí)，相機(jī)能捕獲的

區(qū)域面積大，隨之單位面積所占的像素個(gè)數(shù)少，結(jié)構(gòu)表面細(xì)節(jié)會(huì)一定程度丟失。對(duì)于理想狀

態(tài)相機(jī)模型，單位面積的像素分辨率隨視場(chǎng)增大而呈正比降低。

3.0.4無(wú)人機(jī)與相機(jī)設(shè)備類型應(yīng)根據(jù)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)情況綜合選擇，確保檢測(cè)設(shè)備的適用

性、穩(wěn)定性、精確性。

條文說(shuō)明：

根據(jù)檢測(cè)環(huán)境、橋梁類型和主要病害類型的不同，需要分別從多個(gè)方面選擇合適的無(wú)人

機(jī)和無(wú)人機(jī)搭載的相機(jī)，具體選型要求見(jiàn)第四章。

3.0.5無(wú)人機(jī)飛行檢測(cè)階段應(yīng)包括以下內(nèi)容：橋梁檢測(cè)路線規(guī)劃、飛行控制方式、相機(jī)

拍攝方法等方面。

3.0.6圖像采集階段應(yīng)綜合考慮圖像重疊率、像素分辨率、曝光、對(duì)比度等因素，涉及病

害精細(xì)化計(jì)算時(shí)，鏡頭宜正對(duì)病害拍攝。

3.0.7病害信息分析前，應(yīng)對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，保證圖像無(wú)畸變，病害信息清晰。病害信

息分析階段應(yīng)按病害識(shí)別、定量計(jì)算、病害定位流程對(duì)圖像進(jìn)行處理。

4無(wú)人機(jī)巡檢設(shè)備

4.1檢測(cè)無(wú)人機(jī)選型要求

4.1.1常用的民用無(wú)人機(jī)包括：固定翼無(wú)人機(jī)、多旋翼無(wú)人機(jī)、直升無(wú)人機(jī)和混合類型

無(wú)人機(jī)，其性能對(duì)比見(jiàn)表4.1.1。對(duì)于橋梁檢測(cè)場(chǎng)景，宜選擇多旋翼無(wú)人機(jī)。

表4.1.1無(wú)人機(jī)性能對(duì)比

類型飛行特點(diǎn)適用環(huán)境

固定翼無(wú)人機(jī)需要空闊場(chǎng)地，飛行速度快，無(wú)法懸停大范圍航測(cè)

多旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，主旋翼尺寸大，危險(xiǎn)性高用于開(kāi)闊空間

直升無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般具有較好的懸停拍攝能力適用于橋梁檢測(cè)

混合類型無(wú)人機(jī)同時(shí)具備多種無(wú)人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)根據(jù)特殊檢測(cè)需求采用

4.1.2橋梁類型與具體檢測(cè)部位不同時(shí)，宜按下述原則選擇多旋翼無(wú)人機(jī)：

1.針對(duì)橋梁橋面、上部結(jié)構(gòu)（拉索、索夾、橋塔等）的缺損狀況檢測(cè)，檢測(cè)環(huán)境較

空闊時(shí)，應(yīng)采用普通類型的多旋翼無(wú)人機(jī)。

2.針對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)（橋底面、橋墩等）檢測(cè)時(shí)，宜采用具有特殊定位功能的多旋

翼無(wú)人機(jī)，且應(yīng)符合本指南第4.2節(jié)的有關(guān)規(guī)定。

4.1.3公路橋梁檢測(cè)過(guò)程中，所選用的無(wú)人機(jī)應(yīng)滿足如下條件：

1.檢測(cè)無(wú)人機(jī)具有良好的靜態(tài)懸停功能。

2.檢測(cè)無(wú)人機(jī)應(yīng)具有良好的抗風(fēng)穩(wěn)定性，其抗風(fēng)能力應(yīng)滿足表4.1.3要求：

3.檢測(cè)無(wú)人機(jī)應(yīng)有良好的定位功能。

4.檢測(cè)無(wú)人機(jī)設(shè)備或關(guān)鍵零部件應(yīng)具有有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，關(guān)鍵部件宜具有冗余度，

并具有制造廠的合格證。

5.無(wú)人機(jī)整體或組成無(wú)人機(jī)的關(guān)鍵組件應(yīng)具有合格證明，無(wú)人機(jī)整體的穩(wěn)定性和安

全性應(yīng)滿足其它相關(guān)規(guī)范的要求。

表4.1.3無(wú)人機(jī)系統(tǒng)抗風(fēng)能力要求

級(jí)別空機(jī)重量最大起飛重量起降階段抗風(fēng)飛行階段抗風(fēng)

Ⅱ級(jí)0.25<空機(jī)重量≤40.25<最大起飛重量≤73級(jí)5級(jí)

Ⅲ級(jí)4<空機(jī)重量≤157<空機(jī)重量≤204級(jí)6級(jí)

Ⅳ級(jí)15<空機(jī)重量≤3020<空機(jī)重量≤505級(jí)6級(jí)

注：應(yīng)符合《民用輕小型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)抗風(fēng)性要求及試驗(yàn)方法》（GB/T38930-2020）的有關(guān)規(guī)

定。

4.1.4檢測(cè)無(wú)人機(jī)設(shè)備組成和相應(yīng)的性能應(yīng)滿足下列要求：

1.機(jī)架宜采用碳纖維等符合材料強(qiáng)度的機(jī)架；

2.電機(jī)應(yīng)選取能夠承擔(dān)機(jī)架和搭載設(shè)備重量的無(wú)刷電機(jī)，整機(jī)重量不應(yīng)大于

電機(jī)最大動(dòng)力的1/2；

3.電子調(diào)速器應(yīng)與電機(jī)相匹配；

4.飛行控制器應(yīng)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與飛行的可行性。

條文說(shuō)明：

1.機(jī)架：功能為固定電機(jī)與飛控板等。其按材質(zhì)可以分為塑膠機(jī)架、玻璃纖維機(jī)架、碳

纖維機(jī)架、鋼制和鋁合金機(jī)架。

2.電池、電機(jī)：功能為提供動(dòng)力。

3.電子調(diào)速器：用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

4.飛行控制器：功能為計(jì)算飛行器上各個(gè)硬件反饋的數(shù)據(jù)，并把結(jié)果反饋給硬件。

4.1.5無(wú)人機(jī)應(yīng)具有包括下部和上部在內(nèi)的多個(gè)負(fù)載安裝位置，以適應(yīng)不同橋梁部位檢

測(cè)的需求。

條文說(shuō)明：

針對(duì)橋塔、橋墩和橋面等位置的檢測(cè)，相機(jī)宜搭載于無(wú)人機(jī)的下部，避免拍攝過(guò)程視場(chǎng)

受無(wú)人機(jī)機(jī)身遮擋；當(dāng)檢測(cè)橋底等部位時(shí)，相機(jī)應(yīng)搭載于無(wú)人機(jī)的頂部，以提供正視向上的

視角。

4.1.6無(wú)人機(jī)的續(xù)航時(shí)間不應(yīng)小于20min，避免頻繁更換電池而降低檢測(cè)效率。

4.1.7橋梁檢測(cè)中搭載相機(jī)檢測(cè)的無(wú)人機(jī)起飛重量不宜超過(guò)10kg，搭載激光雷達(dá)等較

大傳感器的無(wú)人機(jī)不宜超過(guò)30kg。

4.1.8無(wú)人機(jī)在檢測(cè)狹窄區(qū)域時(shí)，宜配備堅(jiān)固的槳葉保護(hù)罩，保證無(wú)人機(jī)在輕微碰撞下

不受明顯損傷。

4.2檢測(cè)無(wú)人機(jī)的定位

4.2.1無(wú)人機(jī)檢測(cè)橋梁的過(guò)程中，針對(duì)不同檢測(cè)部位，應(yīng)選取合適的無(wú)人機(jī)定位方法，

避免無(wú)人機(jī)因定位信號(hào)丟失發(fā)生危險(xiǎn)。

4.2.2檢測(cè)無(wú)人機(jī)定位方法包括：GPS定位、光流定位、視覺(jué)定位、UWB定位、激光雷

達(dá)定位、超聲波信標(biāo)定位等方法。各類定位方法的選取可參照表4.2.2。

表4.2.2無(wú)人機(jī)定位方法

定位方案精度（m）抗干擾建設(shè)成本功耗

GPS定位一般弱低低

光流定位取決于相機(jī)成像質(zhì)量弱低低

視覺(jué)定位取決于相機(jī)成像質(zhì)量弱低低

UWB定位高強(qiáng)高低

激光雷達(dá)定位高強(qiáng)高高

超聲波信標(biāo)定位高強(qiáng)高高

4.2.3不同橋梁部位檢測(cè)，無(wú)人機(jī)應(yīng)配置符合該類場(chǎng)景飛行的定位系統(tǒng)：

1.對(duì)于混凝土橋梁上部結(jié)構(gòu)的病害檢測(cè)，宜采用GPS定位。

2.對(duì)于混凝土橋梁下部結(jié)構(gòu)的病害檢測(cè)，應(yīng)采用UWB定位結(jié)合視覺(jué)定位。

3.對(duì)于鋼制橋梁上部結(jié)構(gòu)的病害檢測(cè)，應(yīng)采用具備差分GPS的定位方法，避免大規(guī)

范鋼結(jié)構(gòu)對(duì)無(wú)人機(jī)磁羅盤的干擾。

4.對(duì)于鋼制橋梁下部結(jié)構(gòu)的病害檢測(cè)，無(wú)人機(jī)宜采用視覺(jué)定位。

4.2.4無(wú)人機(jī)在普通GPS定位下的懸停精度不應(yīng)大于水平1m，垂直1.5m。在其它定

位下的懸停精度不應(yīng)大于水平0.8m，垂直1m。

4.2.5當(dāng)采用普通GPS定位時(shí)，定位衛(wèi)星數(shù)量不應(yīng)少于8顆；采用差分GPS定位時(shí)，定

位的衛(wèi)星數(shù)量不應(yīng)少于20顆。

條文說(shuō)明：

無(wú)人機(jī)的GPS定位精度和穩(wěn)定性受GPS衛(wèi)星數(shù)量影響，當(dāng)定位衛(wèi)星數(shù)量少于8顆時(shí)，

一般認(rèn)為無(wú)人機(jī)周邊受障礙物遮擋較嚴(yán)重，定位數(shù)據(jù)存在丟失的風(fēng)險(xiǎn)且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較低。當(dāng)

周圍空域無(wú)遮擋時(shí)，GPS定位衛(wèi)星的數(shù)量一般可超過(guò)15顆，此時(shí)無(wú)人機(jī)定位的精度一般在

0.5m~1.5m左右。差分GPS有固定基站數(shù)據(jù)校正的優(yōu)勢(shì)，定位精度一般可達(dá)1cm~3cm。

4.2.6根據(jù)檢測(cè)條件，當(dāng)選擇UWB定位作為無(wú)人機(jī)定位方式時(shí)，應(yīng)選擇矩形四信標(biāo)的

定位布置方式。對(duì)于搭建長(zhǎng)期巡檢的環(huán)境，宜采用八信標(biāo)的定位布置方式。獲得測(cè)點(diǎn)位置的

方式有以下四種：

1.基于到達(dá)時(shí)間法：d=rc。

式中：r—電磁波傳播時(shí)間；

c—電磁波在空氣中的傳播速度

2.基于到達(dá)時(shí)間差法：測(cè)量發(fā)送節(jié)點(diǎn)輸出UWB信號(hào)分別到達(dá)兩個(gè)不同接受節(jié)點(diǎn)的

時(shí)間差，一個(gè)距離差可以得到一個(gè)雙曲線，求解多組雙曲線方程可得到測(cè)點(diǎn)位置。

3.基于信號(hào)達(dá)到角反法：獲得UWB信號(hào)與基站的角度得出標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)和基站之間的

角度,然后利用幾何中的三角測(cè)量法計(jì)算出標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置。

4.基于接受信號(hào)強(qiáng)度法：

d

Pd=P0?10βlog10()+εδ

d0

式中：d—標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)到基站節(jié)點(diǎn)的估計(jì)距離；

d0—參考距離；

pd—d處基站獲得的UWB信號(hào)強(qiáng)度；

p0—d0處獲得的UWB信號(hào)強(qiáng)度；

β—信道的衰減因子；

εδ—均值為0、標(biāo)準(zhǔn)差為δ的理想高斯分布變量。

條文說(shuō)明：

UWB定位根據(jù)組成信標(biāo)不同和信標(biāo)布設(shè)方式不同可分為三信標(biāo)布置方式、四信標(biāo)布置

方式、八信標(biāo)布置方式，其中具體布設(shè)信標(biāo)時(shí)可選擇矩形或任意多邊形布置方式。三信標(biāo)定

位系統(tǒng)定位精度較低，八信標(biāo)定位系統(tǒng)精度高但布置信標(biāo)要求較高。

4.2.7對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的情況，如鋼桁架橋的檢測(cè)，無(wú)人機(jī)宜采用雙目視覺(jué)定位，

并應(yīng)同時(shí)具備一定的避障功能。

4.2.8對(duì)于高度較低的小型城市道路橋梁，無(wú)人機(jī)宜采用光流定位。采用光流定位的無(wú)

人機(jī)飛行高度不應(yīng)超過(guò)20m。

條文說(shuō)明：

光流定位的原理是利用光流傳感器計(jì)算無(wú)人機(jī)的水平位移偏移趨勢(shì)，并通過(guò)輔助的超聲

波或激光測(cè)距計(jì)算無(wú)人機(jī)光流參考面的距離，超聲波測(cè)距和激光測(cè)距有效距離一般在20米

內(nèi)，超過(guò)該范圍光流定位的精度可能大幅降低。

4.2.9檢測(cè)無(wú)人機(jī)可采用激光雷達(dá)、超聲波信標(biāo)等其他定位系統(tǒng)獲取無(wú)人機(jī)位置信息。

條文說(shuō)明：

激光雷達(dá)定位的原理與雙目視覺(jué)定位類似，通過(guò)SLAM建圖算法計(jì)算無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)位

姿。但激光雷達(dá)定位系統(tǒng)一般重量較大，成本較高，應(yīng)用較少。超聲法信標(biāo)定位與UWB定

位類似，但定位的有效范圍一般不超過(guò)50m。

4.3檢測(cè)無(wú)人機(jī)的飛行控制

4.3.1無(wú)人機(jī)的控制方式包括人工手動(dòng)操控和規(guī)劃航點(diǎn)自動(dòng)飛行，在檢測(cè)作業(yè)時(shí)應(yīng)根據(jù)

具體檢測(cè)場(chǎng)景選擇合適的控制方式。

4.3.2當(dāng)作業(yè)環(huán)境較為復(fù)雜時(shí)，檢測(cè)無(wú)人機(jī)應(yīng)采用人工控制方式展開(kāi)作業(yè)。

4.3.3人工控制無(wú)人機(jī)檢測(cè)橋梁時(shí)，操作人員應(yīng)持有相關(guān)單位出具的無(wú)人機(jī)操作資格證，

且具有不小于50h同等類型無(wú)人機(jī)操作經(jīng)驗(yàn)。

4.3.4人工控制無(wú)人機(jī)的橋梁檢測(cè)過(guò)程應(yīng)符合下列要求：

1.檢測(cè)無(wú)人機(jī)起飛前，操作人員應(yīng)根據(jù)地形、待檢測(cè)位置決定起飛地點(diǎn)。

2.無(wú)人機(jī)應(yīng)盡可能在視距范圍內(nèi)飛行，保證操作員能準(zhǔn)確掌握無(wú)人機(jī)周邊的障礙

物情況。

3.對(duì)于需要執(zhí)行視距外飛行的檢測(cè)工況，操作員應(yīng)密切關(guān)注無(wú)人機(jī)的飛行高度、

電源電壓、飛行姿態(tài)和相機(jī)回傳的視頻等，保證無(wú)人機(jī)的飛行安全。

4.無(wú)人機(jī)正式作業(yè)前應(yīng)測(cè)試各項(xiàng)功能是否正常，檢測(cè)性的試飛時(shí)間不應(yīng)小于1min。

4.3.5當(dāng)作業(yè)環(huán)境為開(kāi)放無(wú)障礙空域時(shí)，宜采用規(guī)劃航點(diǎn)自動(dòng)飛行的方式控制無(wú)人機(jī)巡

檢，飛行過(guò)程應(yīng)符合下列要求：

1.無(wú)人機(jī)的定位信息應(yīng)足夠精確和穩(wěn)定，具體定位方式應(yīng)符合本指南第4.2節(jié)的

有關(guān)規(guī)定。

2.作業(yè)過(guò)程中操作員應(yīng)時(shí)刻注意無(wú)人機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)和狀態(tài)是否正常，當(dāng)無(wú)人機(jī)出

現(xiàn)異常狀況，操作員應(yīng)立即采取人工操作的方式控制無(wú)人機(jī)。

3.無(wú)人機(jī)航點(diǎn)規(guī)劃應(yīng)保證病害信息全面獲取，障礙信息安全規(guī)劃，且航點(diǎn)設(shè)置數(shù)

量不應(yīng)超過(guò)100個(gè)。

4.3.6航點(diǎn)規(guī)劃自動(dòng)飛行模式包括：從地圖或模型規(guī)劃航點(diǎn)、人工飛行記錄航線和自適

應(yīng)規(guī)劃航線，檢測(cè)過(guò)程應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目需求、現(xiàn)場(chǎng)情況選擇合適的自主巡航方式。

條文說(shuō)明：

地圖或模型規(guī)劃航點(diǎn)是從衛(wèi)星地圖或初步三維重建建立的結(jié)構(gòu)模型上根據(jù)檢測(cè)需求設(shè)

定航點(diǎn)和拍攝姿態(tài)，從而將規(guī)劃結(jié)果以多個(gè)GPS坐標(biāo)點(diǎn)和姿態(tài)的形式導(dǎo)入無(wú)人機(jī)，使無(wú)人

機(jī)自動(dòng)按該文件執(zhí)行飛行。具體的飛行路徑優(yōu)化可采用遺傳算法、概率地圖方法、人工勢(shì)場(chǎng)

法、蟻群算法、粒子群優(yōu)化算法、稀疏A*搜索法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、混合算法等諸多方法。

人工記錄航線是先以人工控制的方式飛行檢測(cè)，在飛行時(shí)對(duì)每個(gè)關(guān)鍵航點(diǎn)的位置進(jìn)行記

錄，從而形成用于執(zhí)行飛行的航點(diǎn)文件。

自適應(yīng)規(guī)劃航線是無(wú)人機(jī)在檢測(cè)過(guò)程中，自動(dòng)識(shí)別障礙物，利用設(shè)定算法實(shí)時(shí)規(guī)劃路徑，

并根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整路徑。

4.4采集相機(jī)選型要求

4.4.1無(wú)人機(jī)應(yīng)根據(jù)作業(yè)要求搭載各類光學(xué)相機(jī)或攝像機(jī)執(zhí)行檢測(cè)工作，相機(jī)或攝像機(jī)

應(yīng)具有產(chǎn)品合格證。

4.4.2無(wú)人機(jī)所搭載的相機(jī)或攝像機(jī)應(yīng)根據(jù)具體檢測(cè)的病害類型從分辨率、快門類型、

焦距、傳感器尺寸、三軸穩(wěn)定性、重量等多個(gè)方面綜合考慮。

4.4.3相機(jī)鏡頭應(yīng)選用經(jīng)嚴(yán)格校正標(biāo)定的量測(cè)型鏡頭。當(dāng)采用非量測(cè)型鏡頭時(shí)，鏡頭應(yīng)

滿足失真小、可標(biāo)定、成像清晰等要求。

4.4.4采用非量測(cè)鏡頭進(jìn)行定量檢測(cè)時(shí)，應(yīng)檢驗(yàn)校正成像設(shè)備的基本參數(shù)，包括主點(diǎn)坐

標(biāo)、主距、鏡頭畸變系數(shù)。

4.4.5鏡頭焦距應(yīng)根據(jù)病害類型與檢測(cè)距離進(jìn)行配置，鏡頭焦距的選擇應(yīng)滿足如下公式：

Dl

f

L

式中：L——測(cè)量范圍的對(duì)角線距離，mm；

l——感光元件的對(duì)角線距離，mm；

f——鏡頭焦距，mm；

D——測(cè)量距離，mm。

4.4.6相機(jī)或攝像機(jī)的快門形式應(yīng)采用機(jī)械快門。當(dāng)檢測(cè)過(guò)程以懸停檢測(cè)為主時(shí)，宜采

用線掃描式電子快門。

條文說(shuō)明：

當(dāng)無(wú)人機(jī)邊飛行邊拍攝時(shí)，采用電子快門的相機(jī)由于快門時(shí)間和激發(fā)原理的限制，相機(jī)

拍攝的圖像容易產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)模糊。機(jī)械快門的快門時(shí)間短，且一般為整體開(kāi)閉，可避免產(chǎn)生運(yùn)

動(dòng)模糊。懸停靜態(tài)拍攝時(shí)不存在運(yùn)動(dòng)，因此采用兩種快門形式均可。

4.4.7檢測(cè)病害所用的相機(jī)分辨率不應(yīng)小于1200萬(wàn)像素。

4.4.8為保證圖像采集的穩(wěn)定性，安裝于無(wú)人機(jī)的相機(jī)應(yīng)具備至少兩軸方向的穩(wěn)定云臺(tái)，

且云臺(tái)的角抖動(dòng)量不應(yīng)大于0.02°。

條文說(shuō)明：

相機(jī)的穩(wěn)定云臺(tái)一般包括兩軸云臺(tái)和三軸云臺(tái)，兩軸云臺(tái)一般能維持俯仰和橫滾兩個(gè)方

向的穩(wěn)定，三軸云臺(tái)除此之外還能維持航向軸方向的穩(wěn)定，云臺(tái)類型分為舵機(jī)云臺(tái)和無(wú)刷電

機(jī)云臺(tái)，其中舵機(jī)云臺(tái)反應(yīng)速度和扭矩一般小于無(wú)刷電機(jī)云臺(tái)。

4.4.9當(dāng)檢測(cè)環(huán)境的光照條件較差時(shí)，無(wú)人機(jī)應(yīng)配置補(bǔ)光裝置以獲得亮度充足的圖像，

補(bǔ)光裝置選取宜參考表4.4.9。

表4.4.9補(bǔ)光裝置性能指標(biāo)

項(xiàng)目參數(shù)

功率>50W

頻閃閃光無(wú)頻閃

同步方式高速同步，前簾同步，后簾同步

延時(shí)引閃0.01~30s

電源大于7V/2500mAh

回電時(shí)間0.01~1.5s

同步觸發(fā)方式3.5mm同步線/無(wú)線

重量<800g（含電池）

4.4.10相機(jī)的采集觸發(fā)機(jī)制宜具備手動(dòng)觸發(fā)和自動(dòng)觸發(fā)功能，且應(yīng)具備定點(diǎn)、等時(shí)間間

隔、等距離間隔曝光等控制功能。

4.4.11當(dāng)圖像采集信息用于病害定量計(jì)算時(shí)，宜采用大尺寸傳感器的相機(jī)。相機(jī)選取

指標(biāo)應(yīng)滿足表4.4.11。

表4.4.11相機(jī)性能指標(biāo)

項(xiàng)目參數(shù)

分辨率≥4000×3000pixels

幀率≥24fps

鏡頭焦距8~300mm

光學(xué)尺寸≥1/2.3inch

傳輸速度≥420MByte/s

防護(hù)等級(jí)≥IP30

最小快門時(shí)間≤1/100s

條文說(shuō)明：

傳感器的尺寸使用傳感器的對(duì)角線表示，包括CCD和CMOS。感光器件的面積越

大，CCD/CMOS面積越大，捕捉的光子越多，感光性能越好，信噪比越高。1/1.8inch的

300萬(wàn)像素相機(jī)效果通常好于1/2.7inch的400萬(wàn)像素相機(jī)(后者的感光面積只有前者的

55%)。相同尺寸的傳感器像素增加也會(huì)導(dǎo)致單個(gè)像素的感光面積縮小，有曝光不足的可

能。感光器件的大小直接影響數(shù)碼相機(jī)的體積重量。

5檢測(cè)操作和圖像采集方法

5.1巡檢操作要求

5.1.1無(wú)人機(jī)檢測(cè)橋梁時(shí)應(yīng)避免飛入橋面凈空內(nèi)，防止無(wú)人機(jī)掉落危害行人、車輛安全

和堵塞交通的情況發(fā)生。

5.1.2起飛前應(yīng)確保無(wú)人機(jī)的視覺(jué)、測(cè)距、補(bǔ)光燈等鏡片無(wú)異物、污漬和指紋等，避免

相機(jī)被機(jī)身負(fù)載等結(jié)構(gòu)遮擋。

5.1.3對(duì)橋梁的不同位置如橋塔、拉索、橋底應(yīng)采取不同的巡檢拍攝方式，并根據(jù)檢測(cè)

對(duì)象的差異控制拍攝距離：

1.對(duì)橋梁的上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)應(yīng)分開(kāi)巡檢，且單次對(duì)單側(cè)進(jìn)行巡檢拍攝；

2.橋梁整體結(jié)構(gòu)巡檢順序應(yīng)遵循先左再右，先上后下。索結(jié)構(gòu)塔應(yīng)由上至下進(jìn)行巡檢，

斜拉索應(yīng)由上至下進(jìn)行巡檢，主梁應(yīng)在側(cè)面進(jìn)行巡檢；

3.橋墩和塔柱的拍攝距離應(yīng)大于3m，纜索和鋼構(gòu)件等復(fù)雜部位的拍攝距離應(yīng)大于5m；

5.1.4對(duì)橋面、梁、墩臺(tái)等大體積部位進(jìn)行全面檢測(cè)時(shí)，無(wú)人機(jī)巡檢過(guò)程應(yīng)保證采集的

圖像之間有50%及以上的重疊率。

條文說(shuō)明：

圖像重疊率越高，約有助于后期對(duì)結(jié)構(gòu)表面全景圖像的拼接。測(cè)量無(wú)人機(jī)與橋梁的距離

實(shí)際上是測(cè)量相機(jī)的物距，通過(guò)相機(jī)成像模型可計(jì)算圖像的真實(shí)比例參數(shù)。

5.1.5在大風(fēng)（風(fēng)速15m/s及以上）、雨雪、大霧等惡劣天氣下不應(yīng)執(zhí)行飛行檢測(cè)作業(yè)。

5.1.6無(wú)人機(jī)巡檢過(guò)程中，飛行速度應(yīng)小于3m/s，避免采集的圖像或視頻出現(xiàn)晃動(dòng)導(dǎo)致

的模糊。

5.2圖像采集方法

5.2.1圖像采集環(huán)境應(yīng)選擇光線柔和、亮度均勻的視覺(jué)場(chǎng)景，避免逆光拍攝。當(dāng)檢測(cè)環(huán)

境光照條件不足時(shí)，應(yīng)設(shè)置附加照明裝置。

5.2.2檢測(cè)環(huán)境的工作溫度、濕度應(yīng)符合成像設(shè)備工作要求，必要時(shí)應(yīng)加設(shè)防護(hù)罩。

5.2.3圖像采集時(shí)應(yīng)控制結(jié)構(gòu)病害特征位于畫(huà)面中心位置，且特征所占像素不宜過(guò)小，

一般不應(yīng)小于整體畫(huà)面的1/10。

5.2.4當(dāng)檢測(cè)目的為粗略巡檢時(shí)，可采用拍攝視頻的形式獲取病害數(shù)據(jù)；當(dāng)檢測(cè)目的為

精細(xì)檢查時(shí)，應(yīng)采取拍攝照片的方式采集病害數(shù)據(jù)。

5.2.5采集圖像過(guò)程中無(wú)人機(jī)處于運(yùn)動(dòng)或抖動(dòng)中，為避免運(yùn)動(dòng)模糊，應(yīng)根據(jù)光照情況盡

可能調(diào)節(jié)增加相機(jī)的感光度，減小快門時(shí)間。

條文說(shuō)明：

在用攝像機(jī)獲取景物圖像時(shí)，由于相機(jī)曝光期間景物和攝像機(jī)之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成圖

像模糊現(xiàn)象成為運(yùn)動(dòng)模糊，快門速度越快，運(yùn)動(dòng)物體就會(huì)在底片呈現(xiàn)更清晰的影象，反之，

快門速度越慢，運(yùn)動(dòng)的物體就越模糊。

5.2.6根據(jù)檢測(cè)對(duì)象類型考慮圖像的采集觸發(fā)方式，當(dāng)連續(xù)拍攝大范圍構(gòu)件表面時(shí)，應(yīng)

設(shè)置間隔數(shù)秒連續(xù)定時(shí)拍攝；當(dāng)要對(duì)結(jié)構(gòu)部位定點(diǎn)拍攝時(shí)，宜采用人工手動(dòng)觸發(fā)的方式。

5.3圖像預(yù)處理

5.3.1對(duì)非量測(cè)相機(jī)拍攝的病害圖像應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理，去除圖像畸變，并從色彩對(duì)比度等

方面增強(qiáng)病害部分的像素，弱化背景像素。

5.3.2圖像畸變處理過(guò)程應(yīng)考慮非小孔成像帶來(lái)的徑向畸變與鏡頭安裝誤差造成的切向

畸變。相機(jī)的畸變情況如圖5.3.2所示。

圖5.3.2相機(jī)畸變

條文說(shuō)明：

徑向畸變的數(shù)學(xué)模型可表示為：

3572n+1

r=1r+2r+3r++nr

其中，r=+u22v。

切向畸變的數(shù)學(xué)模型可表示為：

2222

txy=21+2(r+2x);t=22+1(r+2y)

5.3.3圖像畸變應(yīng)通過(guò)相機(jī)標(biāo)定方法計(jì)算的內(nèi)參進(jìn)行矯正。

條文說(shuō)明：

相機(jī)標(biāo)定是攝影測(cè)量的基礎(chǔ)，相機(jī)標(biāo)定的目的是得到圖像坐標(biāo)系、相機(jī)坐標(biāo)系和世界坐

標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。相機(jī)標(biāo)定可采用張氏標(biāo)定法。

5.3.4當(dāng)結(jié)構(gòu)表面污漬較多、背景色彩復(fù)雜或圖像存在光照陰影時(shí)，應(yīng)采用圖像增強(qiáng)的

方法強(qiáng)化圖像中的病害色彩，弱化背景色彩。

條文說(shuō)明：

無(wú)人機(jī)采集的圖像中一般會(huì)包含明顯的背景信息，同時(shí)在弱光環(huán)境下，圖像質(zhì)量下降，

細(xì)節(jié)表達(dá)不清晰，會(huì)對(duì)后期病害提取和計(jì)算帶來(lái)較大誤差。針對(duì)此類情況，需要通過(guò)一定的

數(shù)據(jù)變換突出圖像中的某些信息（如病害信息），削弱不需要的信息（如背景信息），完成

圖像增強(qiáng)。

5.3.5當(dāng)相機(jī)拍攝平面未正對(duì)病害表面時(shí)，應(yīng)對(duì)采集到的圖像進(jìn)行傾斜矯正，通過(guò)平移、

轉(zhuǎn)置、鏡像、旋轉(zhuǎn)、縮放等幾何變換將圖像校正為正攝視角。

5.3.6病害幾何參數(shù)定量計(jì)算前，應(yīng)確定圖像與真實(shí)病害大小的比例關(guān)系，比例參數(shù)測(cè)

量方法可采用標(biāo)定物法或測(cè)距法。

條文說(shuō)明：

標(biāo)定物法即通過(guò)在待測(cè)物體如裂縫旁粘貼某一特點(diǎn)形狀和尺寸的標(biāo)定物，采集圖像時(shí)須

同時(shí)拍攝到該標(biāo)定物。通過(guò)圖像處理能獲得圖像中該標(biāo)定物的尺寸，將該尺寸與標(biāo)定物的實(shí)

際尺寸對(duì)比即可得到比例參數(shù)。測(cè)距法即利用距離傳感器如激光測(cè)距儀測(cè)量相機(jī)到檢測(cè)物體

的距離，物距與焦距之比即為像和物體的比例關(guān)系。

5.3.7對(duì)成像過(guò)程中相機(jī)運(yùn)動(dòng)或者場(chǎng)景變化造成的信息混疊的情況，應(yīng)根據(jù)基于模型或

基于學(xué)習(xí)的方法去除圖像的運(yùn)動(dòng)模糊。

條文說(shuō)明：

基于模型的方法先對(duì)模糊過(guò)程進(jìn)行建模，然后借助于優(yōu)化方法等數(shù)學(xué)工具來(lái)求解逆過(guò)程；

對(duì)于基于學(xué)習(xí)的方法，許多傳統(tǒng)去模糊的方法也被借鑒到去模糊網(wǎng)絡(luò)中，如傳統(tǒng)去模糊中使

用金字塔結(jié)構(gòu)從小尺度到大尺度地迭代去模糊、多尺度遞歸的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（如SRN）等。

5.3.8圖像信息在傳輸過(guò)程中受到噪聲干擾時(shí)，應(yīng)對(duì)圖像進(jìn)行去噪校正，使用均值濾波、

中值濾波、高斯濾波等方法減少數(shù)字圖像中的噪聲。

5.3.9對(duì)于橋梁病害信息分布在多張相鄰圖像的情況，應(yīng)對(duì)相關(guān)圖像進(jìn)行拼接，提高橋

梁病害評(píng)估的準(zhǔn)確性，圖像拼接流程如圖5.3.9所示。

圖5.3.9圖像拼接示意

條文說(shuō)明：

圖像拼接技術(shù)主要包括圖像配準(zhǔn)和圖像融合。圖像配準(zhǔn)采用一定的匹配策略，找出待拼

接圖像中的模板或特征點(diǎn)在參考圖像中對(duì)應(yīng)的位置，進(jìn)而確定兩幅圖像之間的變換關(guān)系。圖

像融合采用特定的算法將兩幅或多幅圖像綜合成一幅新的圖像，利用兩幅(或多幅)圖像在

時(shí)空上的相關(guān)性及信息上的互補(bǔ)性，并使得融合后得到的圖像對(duì)場(chǎng)景有更全面、清晰的描述。

5.3.10采集的數(shù)據(jù)應(yīng)采用無(wú)壓縮格式存儲(chǔ)。對(duì)圖片進(jìn)行壓縮存儲(chǔ)，壓縮倍率不應(yīng)大于10

倍；對(duì)視頻數(shù)據(jù)壓縮存貯，壓縮倍率不應(yīng)大于5倍。

6病害數(shù)據(jù)分析方法

6.1基本要求

6.1.1橋梁病害檢測(cè)的內(nèi)容與橋梁類型相關(guān)，包括但不限于混凝土裂縫、鋼結(jié)構(gòu)裂縫、

混凝土剝落、露筋、蜂窩、麻面、鋼結(jié)構(gòu)銹蝕、螺栓松動(dòng)。

6.1.2病害數(shù)據(jù)處理流程應(yīng)符合本指南第6.2、6.3、6.4節(jié)的有關(guān)規(guī)定，根據(jù)處理結(jié)果編

寫(xiě)檢測(cè)結(jié)果報(bào)告。

6.1.3橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件缺損程度根據(jù)病害數(shù)據(jù)分析結(jié)果應(yīng)按完好、輕微、中等、嚴(yán)重和危

險(xiǎn)五個(gè)等級(jí)評(píng)定，具體細(xì)則應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50784）的有

關(guān)規(guī)定。

6.1.4對(duì)于橋梁類型、表面形態(tài)、病害形態(tài)區(qū)別大的橋梁結(jié)構(gòu)，宜采用特定橋梁特定模

型的方法，分別訓(xùn)練應(yīng)對(duì)該橋梁的病害識(shí)別模型，避免測(cè)試場(chǎng)景區(qū)別大造成的識(shí)別精度

低。

6.2病害識(shí)別

6.2.1病害識(shí)別分析方法包括：圖像處理方法、機(jī)器學(xué)習(xí)分類器、深度學(xué)習(xí)模型，應(yīng)根

據(jù)圖像背景復(fù)雜情況與對(duì)處理流程自動(dòng)化程度的要求進(jìn)行選擇。

6.2.2當(dāng)滿足采集圖像背景簡(jiǎn)單、自動(dòng)化要求低的條件時(shí)，宜采用基于邊緣檢測(cè)的圖像

處理方法進(jìn)行病害識(shí)別，具體流程宜按下述進(jìn)行：

圖6.2.2邊緣檢測(cè)流程

6.2.3圖像處理方法常用邊緣檢測(cè)器提取圖像特征，常用的邊緣檢測(cè)算子包括：Roberts

算子、Sobel算子、Prewitt算子、Laplacian算子、Canny算子，宜遵循表6.2.1的規(guī)則對(duì)邊

緣算子進(jìn)行選擇。

表6.2.3邊緣算子對(duì)比

邊緣算子適用性抗噪性定位精度

Roberts低低高

Prewitt中中低

Sobel中高中

Laplacian低低中

Canny高高高

6.2.4對(duì)急需快速檢驗(yàn)橋梁區(qū)域是否存在病害的情況，宜使用有監(jiān)督式或無(wú)監(jiān)督式分類

器進(jìn)行病害的快速識(shí)別，常用的分類器包括：SVM、KNN，具體流程宜按下述進(jìn)行：

圖6.2.2分類器檢測(cè)流程

6.2.5分類器數(shù)據(jù)集制作步驟：首先需要確定識(shí)別的病害類別，例如需要對(duì)3種病害：

裂縫、銹蝕、螺栓松動(dòng)進(jìn)行分類，然后應(yīng)對(duì)每類病害圖像創(chuàng)建相對(duì)應(yīng)的文件進(jìn)行存放并賦予

相對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽。最后數(shù)據(jù)集應(yīng)進(jìn)行歸一化操作統(tǒng)一數(shù)據(jù)的分布形式，避免訓(xùn)練失敗。

條文說(shuō)明：

分類器的訓(xùn)練首先需要將制作好的病害數(shù)據(jù)集進(jìn)行劃分，將一部分作為訓(xùn)練集，另一部

分作為測(cè)試集。然后使用劃分好的訓(xùn)練集對(duì)KNN（或SVM）模型進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)。KNN模

型算法適用于樣本容量比較大的類域的自動(dòng)分類。在各平臺(tái)上（MATLAB、Python、C++）

都有已經(jīng)開(kāi)源代碼，推薦使用Python或MATLAB平臺(tái)。

6.2.6應(yīng)對(duì)分類器進(jìn)行測(cè)試評(píng)估檢驗(yàn)訓(xùn)練后模型的分類性能是否符合具體工程要求的檢

測(cè)精度。

6.2.7為滿足檢測(cè)自動(dòng)化與智能化的高水平要求，應(yīng)采用深度學(xué)習(xí)方法進(jìn)行病害的自動(dòng)

識(shí)別，基本流程包括：準(zhǔn)備卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、搜集數(shù)據(jù)集、制作訓(xùn)練集、模型訓(xùn)練和模型

應(yīng)用。

圖6.2.7神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)流程

6.2.8數(shù)據(jù)集圖像應(yīng)來(lái)源于真實(shí)橋梁工程，且數(shù)據(jù)集中每一類病害的數(shù)量應(yīng)足夠大，不

應(yīng)少于200張。

6.2.9在模型訓(xùn)練前，應(yīng)根據(jù)具體識(shí)別任務(wù)目標(biāo)選擇合適的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。對(duì)病害

信息無(wú)要求，快速判斷圖像是否存在病害的任務(wù)，宜選取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類模型；對(duì)病害信息

有要求，需要定位與標(biāo)記圖像病害的任務(wù)，宜選擇目標(biāo)檢測(cè)模型；對(duì)病害信息要求高，需

要精確提取病害的任務(wù)，應(yīng)選取語(yǔ)義分割模型。

條文說(shuō)明：

分類網(wǎng)絡(luò)在圖像層次自動(dòng)識(shí)別病害類型，常用的分類模型有vgg16、GoogLeNet、ResNet

等；目標(biāo)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)在圖像對(duì)象層次自動(dòng)框選標(biāo)記圖像中的病害區(qū)域，常用的檢測(cè)模型有R-

CNN系列、YOLO系列、SSD等。分割網(wǎng)絡(luò)在圖像像素層次自動(dòng)提取基于像素邊緣精度的

病害，常用的分割模型有FCN、Unet、SegNet、DeepLab等。目前大部分的網(wǎng)絡(luò)模型與配

套的訓(xùn)練、預(yù)測(cè)程序是集成開(kāi)源的，根據(jù)幫助文檔按步驟進(jìn)行即可。

6.2.10所選取的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型應(yīng)綜合考慮檢測(cè)精度和檢測(cè)效率，必要時(shí)可選取多

個(gè)模型分別測(cè)試效果擇優(yōu)選取。

6.2.11深度學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)集應(yīng)根據(jù)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類型進(jìn)行制作。病害分類網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集制作

應(yīng)按本指南第6.2.5條的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。病害檢測(cè)、分割網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集應(yīng)采用相應(yīng)的標(biāo)注軟件

進(jìn)行制作。

6.2.12在分類、檢測(cè)、分割模型的數(shù)據(jù)處理、訓(xùn)練、評(píng)估階段，應(yīng)選擇一個(gè)合適的深

度學(xué)習(xí)框架。常規(guī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型宜采用基于PyTorch的深度學(xué)習(xí)框架，其他常用的深度

學(xué)習(xí)框架包括Theano、Tensorflow、Torch、Caffe、MXNet等，可根據(jù)表6.2.12選擇合適

的深度學(xué)習(xí)框架。

表6.2.12深度學(xué)習(xí)框架對(duì)比

深度學(xué)習(xí)框架文檔資料上手難易速度并行支持語(yǔ)言

Theano中低中低Python/C++

Tensorflow高高中中Python

Torch低中高中Lua,Python

PyTorch高低高高Python

MXNet中中中高Python,R,Julia

Caffe低中低低C++

條文說(shuō)明：

深度學(xué)習(xí)框架的出現(xiàn)降低了入門的門檻，提供了一些列的深度學(xué)習(xí)的組件不需要從復(fù)雜

的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始編代碼，可以根據(jù)需要選擇已有的模型，通過(guò)訓(xùn)練得到模型參數(shù)，也可以在

已有模型的基礎(chǔ)上增加自己的layer，或者是在頂端選擇自己需要的分類器和優(yōu)化算法（比

如常用的梯度下降法）。不同的框架適用的領(lǐng)域不完全一致。

6.3定量計(jì)算

6.3.1橋梁結(jié)構(gòu)病害檢測(cè)中涉及幾何信息計(jì)算的項(xiàng)目應(yīng)包括但不限于下列內(nèi)容：裂縫幾

何信息（裂縫長(zhǎng)度、寬度、密度）、混凝土剝落面積、蜂窩麻面面積、銹蝕面積、拉索破

損面積、螺栓松動(dòng)數(shù)量等。病害定量分析步驟如圖6.3.1所示。

圖6.3.1定量計(jì)算流程

6.3.2為滿足病害信息精確定量的工程需求與后續(xù)病害參數(shù)的獲取，病害定量計(jì)算的輸

入形式應(yīng)采用只包含病害信息的二值圖。

條文說(shuō)明：

二值圖像是指將圖像上的每一個(gè)像素只有兩種可能的取值或灰度等級(jí)狀態(tài)，經(jīng)常用黑白、

B&W、單色圖像表示二值圖像。二值圖像的灰度等級(jí)只有兩種，圖像中的任何像素點(diǎn)的灰

度值均為0或者255，分別代表黑色和白色。只包含病害圖像的二值圖，一般情況下黑色代

表背景，白色代表病害。

6.3.3針對(duì)距離較遠(yuǎn)或者相機(jī)設(shè)備條件有限導(dǎo)致圖像精度無(wú)法達(dá)到規(guī)定要求的情況，在

提取病害的邊緣信息時(shí)，應(yīng)采用基于亞像素技術(shù)的邊緣提取方法。常用的方法包括：矩方

法、插值法、擬合法。亞像素技術(shù)可按表6.3.3進(jìn)行選擇：

表6.3.3亞像素技術(shù)對(duì)比

亞像素檢測(cè)法抗噪性速度模型參數(shù)量

矩方法低慢多

插值法低快少

擬合方法高慢多

條文說(shuō)明：

亞像素是將像素這個(gè)基本單位再進(jìn)行細(xì)分，它是比像素還小的單位，從而提高了圖像分

辨率。亞像素技術(shù)的應(yīng)用具有一定的前提條件：被檢測(cè)目標(biāo)不是由孤立的、單個(gè)的像素點(diǎn)組

成，而是由多個(gè)像素點(diǎn)組成，且這些像素點(diǎn)應(yīng)具有一定的分布特性，如灰度分布、幾何形狀

分布特性等。

6.3.4對(duì)于病害區(qū)域復(fù)雜存在多類型病害情況，提取的病害宜進(jìn)行單獨(dú)編號(hào)，形成單一

病害的二值圖，便于后續(xù)計(jì)算與報(bào)告編寫(xiě)。

6.3.5在實(shí)際工程中（如人員難以到達(dá)的橋梁底部）標(biāo)定法難以實(shí)現(xiàn)的情況下，應(yīng)采用

能滿足較遠(yuǎn)距離攝影測(cè)量要求的測(cè)距法進(jìn)行比例參數(shù)的計(jì)算：

fz

=0

LL

10

式中：f——相機(jī)焦距；

L

1——圖像坐標(biāo)系下物體長(zhǎng)度；

z

0——測(cè)量的物距；

L

0——物體的真實(shí)長(zhǎng)度。

6.3.6基于圖像的病害面積計(jì)算宜采用像素統(tǒng)計(jì)的方法，該方法適用于裂縫面積、混凝

土剝落面積、蜂窩麻面面積、銹蝕面積等計(jì)算。

條文說(shuō)明：

采用像素統(tǒng)計(jì)法計(jì)算圖像中的病害面積大小，以area記錄病害像素?cái)?shù)，初始值為0，在

左上角開(kāi)始逐行掃描圖像病害，若像素為病害上的點(diǎn)，則area自動(dòng)加1，掃描結(jié)束后，area

的值即為圖像中病害的像素個(gè)數(shù)，以像素為單位的病害面積結(jié)果，通過(guò)比例參數(shù)的轉(zhuǎn)化，得

到真實(shí)物理尺寸的病害面積。通過(guò)搜索病害輪廓上的所有點(diǎn)，找出輪廓圖像內(nèi)切的最小矩形，

確定矩形的長(zhǎng)??和寬??，可以計(jì)算病害最小外接矩形面積，其面積公式為：

?????=??×??

6.3.7病害長(zhǎng)度計(jì)算宜采用基于病害細(xì)化后獲得的圖像骨架進(jìn)行計(jì)算，適用于具有一定

寬度的長(zhǎng)條狀病害如裂縫。

6.3.8病害寬度計(jì)算時(shí)，應(yīng)結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景和需求選擇適用的病害寬度定義包括：任一點(diǎn)

寬度、平均寬度和最大寬度，并在檢測(cè)結(jié)果中予以聲明。

6.3.9當(dāng)采用平均寬度作為病害寬度參數(shù)時(shí)，病害平均寬度應(yīng)按下面的公式進(jìn)行計(jì)算：

????

?=

??????

式中：?????——病害平均寬度；

????——病害面積；

??——病害長(zhǎng)度；

6.3.10當(dāng)采用任一點(diǎn)寬度作為病害寬度參數(shù)時(shí)，病害圖像上任一點(diǎn)的病害寬度計(jì)算方

法包括自動(dòng)計(jì)算或半自動(dòng)計(jì)算方法。綜合應(yīng)采用自動(dòng)化計(jì)算方法。

條文說(shuō)明：

半自動(dòng)計(jì)算法通過(guò)人工點(diǎn)選裂縫某一位置左右兩點(diǎn)，輸出兩點(diǎn)經(jīng)過(guò)的直線與裂縫相交位

置的裂縫寬度。自動(dòng)計(jì)算法具體可通過(guò)兩種處理方式計(jì)算寬度，其一是判斷裂縫走向，并將

裂縫旋轉(zhuǎn)為水平方向，從而計(jì)算與豎直直線相交的裂縫邊緣像素的距離；其二是直接計(jì)算裂

縫骨架線的垂線與裂縫邊緣性相交的像素的距離。

6.3.11當(dāng)采用最大寬度作為病害寬度參數(shù)時(shí)病害，應(yīng)對(duì)病害長(zhǎng)度范圍內(nèi)任一點(diǎn)的病害

寬度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，取最大值作為最大寬度。

6.3.12進(jìn)行病害數(shù)量計(jì)算時(shí)，病害數(shù)量多的情況應(yīng)采用檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)病害數(shù)量信息進(jìn)行

統(tǒng)計(jì)，病害數(shù)量少的情況可通過(guò)人工進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

6.3.13病害參數(shù)計(jì)算結(jié)果與真實(shí)的病害尺寸相對(duì)誤差應(yīng)按下列公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)

果不應(yīng)大于5%。

n

mx=(xixi)/n

i=1

n

my=(yiyi)/n

i=1

n

mz=(zizi)/n

i=1

m=m2+m2+m2

xyz

式中：m——相對(duì)誤差；

mx、my、mz——點(diǎn)位x,y,z方向上的中誤差(m)；

n——物方控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)；

Δx、Δy、Δz——量測(cè)坐標(biāo)與對(duì)應(yīng)的物方控制點(diǎn)坐標(biāo)差(m)。

6.4病害定位

6.4.1病害定位階段應(yīng)采用基于多視角圖像三維重建定位方法，多視角圖像三維重建定

位方法的流程步驟如圖6.4.1所示。

圖6.4.1病害定位流程

6.4.2無(wú)人機(jī)拍攝橋梁結(jié)構(gòu)表面多視角圖像時(shí)，應(yīng)采用多條重疊航線，相機(jī)拍攝角度宜

包括正射與傾斜角度，連續(xù)航線拍攝時(shí)相鄰圖像的拍攝角度