以無人飛行載具拍攝影像建置三維橋梁模型之初步研究

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研究生：	吳明諺 Ming-Yen Wu
論文名稱：	以無人飛行載具拍攝影像建置三維橋梁模型之初步研究 A Preliminary Study on Generation of 3D Bridge Models using Images Captured by Unmanned Aerial Vehicle
指導教授：	姚乃嘉蔡閔光
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 土木系營建管理碩士班 Master's Program in Construction Management, Department of Civil Engineering
論文出版年：	2016
畢業學年度：	104
語文別：	中文
論文頁數：	150
中文關鍵詞：	無人飛行載具、橋梁檢測、三維橋梁模型
外文關鍵詞：	UAV, bridge inspection, 3D bridge model
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目前臺灣橋梁管理單位已開始應用無人飛行載具(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)協助橋梁檢測作業。因相同橋梁構件多為類似且具相同外型，檢測者單看UAV所拍攝之相片實難以辨識其劣化構件的確切位置，故本研究利用以二維相片建置三維模型之軟體，將UAV拍攝橋梁之相片建置成如同現地之三維橋梁模型，以協助檢測人員之判斷。
因橋梁檢測需拍攝橋上與橋下之所有構件，以UAV拍攝時其飛行路徑遠較於僅須在高空拍攝之邊坡或建築物，複雜許多。此外，橋下構件如橋底版、橋墩等相片中常見之天空與雲層背景，使組成三維橋梁模型之困難度，亦遠比邊坡或建築物高出許多。經本研究實際拍攝並進行組模測試後，可建置較為優異三維橋梁模型之條件為︰(1)於光照強度較柔和、晴時多雲的天氣下拍攝， (2)相機應與橋梁構件成45°拍攝角以減少相片中天空與雲層，(3)避開UAV機體入鏡，(4)使用單一相機拍攝，(5)使用修正魚眼效果之相片，以及(6)使相片疊合率為上下達80~90%，左右達50%~60%。
受限於目前UAV、相機硬體與三維建模軟體之效能，本研究所建立三維橋梁模型，仍無法達到十分精確之程度，故與目前橋梁檢測之實務與應用仍有相當之距離。未來在軟硬體之效能更加提升後，本研究之成果將有助於精確三維橋梁模型之建立。

Using unmanned aerial vehicle (UAV) to assist bridge inspection has become a popular trend in Taiwan. However, since same type of bridge components are similar, it is very difficult to identify the correct position of a deterioration from photos or images captured by the UAVs. Thus, this study aims at generating three-dimensional (3D) models for bridges to facilitate the inspection task using those two-dimensional (2D) images.

Since there are many types of bridge components, the flying routes of the UAV are much more complicate than those for filming land slopes or buildings. In addition, photos with sky or clouds in the background of the under-bridge components such as slabs or piers, often make it very difficult to generate 3D bridge models. The same task is much easier for land slopes or buildings. After many tests in this study, it was concluded that a better 3D bridge model can be obtained under the following conditions: (1) capturing images under soft daylight such as in cloudy days, (2) keeping the camera have a 45 degree with the component, (3) avoiding capturing images of the UAV components, (4) capturing images by a single camera, (5) correcting fish-eye effect images, and (6) overlapping of images with 80% to 90% vertically and 50% to 60% horizontally.

Despite of numerous tests, the 3D bridge models generated in this study are not as precise as expected nor sufficient for inspection use due to the limited capabilities of current UAV, camera, and 3D generation software. However, the research results of this study still provide useful guidance for future study when capabilities of these hardware and software are significantly improved.

摘要    I
ABSTRACT    II
誌謝    III
目錄    V
圖目錄    VIII
表目錄    XIII
第一章    緒論    1
1-1    研究背景    1
1-2    研究動機    1
1-3    研究目的    2
1-4    研究範圍及限制    3
1-5    研究流程及方法    3
1-6    論文架構    5
第二章    文獻回顧    6
2-1    橋梁檢測    6
2-1-1    檢測類別及頻率    6
2-1-2    檢測方式    7
2-1-3    橋梁檢測工具    8
2-1-4    橋梁檢測工具小結    16
2-2    橋梁管理系統    17
2-2-1    臺灣地區橋梁管理資訊系統    18
2-2-2    第二代臺灣地區橋梁管理資訊系統    20
2-2-3    三維模型橋梁管理資訊系統    23
2-2-4    中國公路橋梁管理系統    24
2-3    UAV與結構物檢測作業    25
2-3-1    UAV簡介    25
2-3-2    國內外UAV使用情形    28
2-4    小結    33
第三章    研究設計與方法    36
3-1    現場評估環境    38
3-2    現地蒐集資料    39
3-3    資料整理    41
3-4    匯入相片資料    41
3-5    依相片相似度疊合    42
3-6    建置三維橋梁模型    44
3-7    小結    46
第四章    二維相片建置三維模型軟體探討及分析    48
4-1    VisualSFM    48
4-2    Photosynth    49
4-3    iWitnessPRO-Agilis    50
4-4    Acute3D    50
4-5    Agisoft PhotoScan    52
4-6    Pix4D Mapper    53
4-7    小結    55
第五章    實證分析    57
5-1    建模軟體比較    58
5-2    橋梁結構型式建置模型分析    60
5-2-1    南山大橋模型建置成果    61
5-2-2    彩虹二橋模型建置成果    61
5-3    不同時點拍攝相片建置三維橋梁模型分析    63
5-3-1    拍攝時點設定及拍攝方式    64
5-3-2    拍攝時點與模型優劣之分析    65
5-4    相片清晰度及相機掛載位置分析    68
5-5    廣角鏡效果於建置模型效果分析    69
5-5-1    廣角鏡效果校正    70
5-5-2    廣角鏡效果校正前後相片建模之比較    71
5-6    各相片疊合率分析    72
5-7    拍攝相機角度及UAV飛行路徑分析    74
5-7-1    與橋梁各構面平行拍攝    74
5-7-2    平行拍攝相片建置三維模型成果    76
5-7-3    專家訪談    77
5-7-4    環繞飛行及傾斜相機角度拍攝成果    80
5-8    小結    82
5-8-1    建置橋梁模型影響因子分析    82
5-8-2    使用UAV拍攝影像建置三維橋梁模型之步驟及要點    86
5-8-3    三維橋梁模型之應用    89
第六章    結論與建議    92
6-1    結論    92
6-2    建議    93
參考文獻    95
附件一 橋梁現地拍攝紀錄表    99
附件二 模型辨識度問卷    102
附件三 拍攝橋梁基本資料    107


                                

1. 交通部公路工程部，公路鋼筋混凝土結構橋梁之檢測及補強規範，2015。
2. 交通部公路總局，混凝土橋樑檢查手冊，1997。
3. 公路養護規範，ed. 藍維恭. 2012：交通技術標準規範公路類公路工程部。
4. 交通部運輸研究所，橋梁檢測工具效能提升計畫(2/2) 成果報告，2015。
5. 公路養護規範手冊，ed. 趙興華。2012：交通部公路總局公路工程部。
6. 王朝網路，橋梁檢測車，Available from：http://tc.wangchao.net.cn/baike/detail_2880568.html.
7. 交通部運輸研究所，第二代臺灣地區橋梁管理資訊系統建置規劃(3/3) 成果報告， 2015。
8. 日北Zivil公司，Available from：http://www.zivil.co.jp/service/003/.
9. 蔡欣局，橋梁目視檢測作業及檢測規範說明，國立中央大學橋梁工程研究中心，2010。
10. 楊基恩，雙索懸吊式輕量橋樑檢測系統，國立台灣大學土木工程學研究所，碩士論文，2012。
11. 訊聯光電有限公司，Available from: http://www.linkfast.com.tw/。
12. 吳俊賢，橋樑檢測之機械手臂研究，國立中央大學機械工程研究所，1999。
13. 交通部運輸研究所，104年度『臺灣地區橋梁管理資訊系統』維護管理服務服務建議書，2014。
14. 第二代臺灣地區橋梁管理資訊系統，Available from：http://140.115.63.71/bms3/public/inventory/index/.
15. 張文鴻，以三維模型輔助橋梁目視檢測之研究，國立中央大學營建管理研究所，碩士論文，2012。
16. 中國交通部，CBMS中国公路桥梁管理系统用户手册(网络版)，Available from:：http://www.mianfeiwendang.com/doc/611c6d53073be88dfae698ec.
17. 無人飛行載具。 Available from:：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%84%A1%E4%BA%BA%E8%88%AA%E7%A9%BA%E8%BC%89%E5%85%B7。
18. 施旻汶，自動化無人飛行載具輔助擷取橋梁影像之研究，國立中央大學營建管理研究所，碩士論文，2015。
19. 簡榮興、王天佑、曹鼎志、辜炳寰、簡志凱，應用無人飛行載具 UAV 技術進行土石災區之調查-以 88 水災後之六龜鄉大智瀑布為例，Taiwan Rock Engineering Symposium 2010 (TRES 2010)，947-956頁，2010。
20. 今日新聞，N.N. 2014; Available from:：http://www.nownews.com/n/2014/01/07/1081051。
21. Metni, N. and T. Hamel., A UAV for bridge inspection: Visual servoing control law with orientation limits. Automation in Constrction, 17：p. 3-10, 2007。
22. Morgenthal, G. , Hallermann, N., Quality Assessment of Unmanned Aerial Vehicle Based Visual Inspection Of Structure. Advances in Structural Engineering, 2014.
23. Morgenthal, G., Hallermann, N, Unmanned Aerial Vehicle for the assessment of existing Structure. IABSE Symposium 2013, At Kolkata, 2013.
24. CYBERHAWK, Unmanned Aerial Vehicle spotted over Stirling Bridge. 2011.
25. Wikiwand. Available from: http://www.wikiwand.com/zh-mo/%E6%96%AF%E7%89%B9%E9%9D%88%E6%A9%8B%E4%B9%8B%E5%BD%B9.
26. 白絜成、劉益誠、蕭宇伸、連惠邦、林秉賢，無人飛行載具掛載消費型攝影機應用於防災可行性研究，Journal of Chinese Soil and Water Conservation，p. 142-149 ，2015。
27. 劉益誠，無人載具應用於數值地型製作與720度影像隻街景製作，中華民國大地技師公會大地工程現地實務論壇(四)，2015，台灣，台北。
28. 張國禎，精密地形資訊技術及災防工程應用，中華民國大地技師公會大地工程現地實務技術論壇(四)，2015，台灣，台北。
29. 田坤國，應用UAV及3D雷射掃描儀於建築物3D建模之探討，中華民國大地技師公會大地工程現地實務技術論壇(四)，2015，台灣，台北。
30. 曾子峻，多軸飛行器於橋梁檢測之應用研究，國立高雄應用科技大學土木工程與防災科技研究所，碩士論文，2011。
31. 蔡依庭，UAV航拍影像點雲產生DSM之研究，國立台北大學不動產與城鄉環境學系，碩士論文，2012。
32. 施錦揮、游政恭、蔡季欣、林志清、劉正倫、林燕山，應用無人飛行載具（UAV）技術輔助辦理測繪圖資成果更新作業之研究，內政部國土測繪中心-測繪發展研究成果，2010。
33. 張國欽、嚴曉嘉，遙控無人載具（UAV）於土砂緊急災害之應用. 農政與農情，第265期，2014。
34. 黃金聰、陳思翰，利用多重影像產生之點雲的精度評估. 臺灣土地研究， 16:1: p. 81-101，2013。
35. DIY攝影測量：123D Catch的開放原始碼替代方案; Available from: http://www.makezine.com.tw/make2599131456/diy123d-catch，2013。
36. VisualSFM的使用方法；Available from: http://blog.csdn.net/u012989207/article/details/45032469，2015。
37. 林農堯、鄭幸珍，3D空間影像資料呈現技術簡介，Available from: http://content.teldap.tw/index/blog/?p=1666。
38. Microsoft. Photo tourism Exploring photo coiiections in 3D, Available from: http://phototour.cs.washington.edu/.
39. 3DM. Digital Elevation Model (DEM). Available from: http://www.mosaic3d.com/en/products-service/dem/.
40. iWitnessPRO-Agilis V3 has released! ; Available from: http://www.iwitnessphoto.com/support/AgilisV3.html.
41. Zhu,L., Bentley 收购 Acute3D，推动现实建模发展. 2015; Available from: https://communities.bentley.com/communities/other_communities/chinafirst/b/blog/archive/2015/03/03/bentley-acute3d.
42. Acute 3D. Available from: https://www.acute3d.com/.
43. Lapierre, A., 3D City Geographic Information System –A Major Step Towards Sustainable Infrastructure. A Bentley White Paper, August, 2015.
44. Maher, K., ContextCapture: Bentley's new take on digital reality. Graphic Speak， 2015.
45. Turn photos into 3D models automatically with ContextCapture. Available from: https://www.acute3d.com/contextcapture/.
46. 力弘科技股份有限公司，Available from: http://leadertek.com.tw/
47. （圖像3D建模）Agisoft PhotoScan Professional 1.1.4. 2015; Available from: http://www.ccnetmaster.com/photo-video/%EF%BC%88%E5%9C%96%E5%83%8F3d%E5%BB%BA%E6%A8%A1%EF%BC%89agisoft-photoscan-professional-114/.
48. 群立科技公司， Available from: http://www.geoforce.com.tw/#1=0。
49. Pix4D公司， Available from: https://www.pix4d.com/。
50. Pix4D 加 2D 空拍圖，混一混再除以二剛好就變成 3D 地圖了！;，Available from: http://chinese.engadget.com/2011/05/08/pix4d-turns-your-2d-aerial-photographs-into-3d-maps-on-the-fly/，2011。

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