無人機搭配AI影像辨識應用於橋梁檢測之研究2/2)-無人機自動化檢測架構探討

簡介

本計畫研究對象為梁式橋、板橋、箱型橋等三種類型的混凝土橋梁，研究目標為利用無人機拍攝橋梁之主梁、橫隔梁、橋墩/帽梁、橋面板、橋台、翼牆/擋土牆等構件影像，再透過AI深度學習語意分割技術，偵測影像上橋梁表面各種劣化類型，包括混凝土裂縫、混凝土剝落、鋼筋銹蝕、滲水、白華損傷等。本計畫之研究主題與重點可歸納為四大項，分別為文獻分析、深度學習技術開發、無人機技術開發、橋梁3D建模與技術推廣。綜合本研究成果，可歸納以下幾項量化指標：
1. 從3D模型各矩形框的正射影像的覆蓋度推估，無人機實際拍攝測試區高空間解析度影像成果之覆蓋度可達90%以上，主要缺漏處是因為幾處位置基於安全考量無人機不敢靠近而無法拍攝，位在兩座橋之間的橋墩側面、上方帽梁側面與橋面版旁之橫膈梁。
2. Deeplab V3++ AI劣化辨識成果，裂縫之漏授與誤授誤差約35%，而其他劣化類別則在12%~25%之間。
3. 無人機於橋下無GNSS訊號下進行自動導航定位之絕對定位精確度可達20公分以內。
4. 無人機自動航拍之效率，若經驗足夠，可適當安排航線，一個架次拍滿11分鐘，則可以在三天內拍攝20個架次，完成頭前溪橋一跨的拍攝。

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目次

第一章 緒論 ............................................................ 1
1.1 研究緣起 ......................................................... 1
1.2 計畫研究流程 ..................................................... 3
第二章 文獻蒐集與分析 .................................................. 7
2.1 國內外無人機於橋梁檢測之相關文獻 ................................. 7
2.2 AI 人工智慧於橋梁劣化分析相關文獻分析 ............................. 8
2.3 無人機橋下定位導航相關文獻分析 .................................. 32
第三章 研究計畫方法及步驟 ............................................. 35
3.1 精進AI 影像缺失辨識模式功能 ..................................... 36
3.2 規劃檢測結果自動上傳至車行橋梁管理資訊系統 ...................... 55
3.3 建置橋梁3D 影像模型 ............................................. 57
3.4 制定無人機自動規劃飛行路線程序 .................................. 61
3.5 成果驗證 ........................................................ 75
3.6 後續改善建議 .................................................... 75
3.7 召開成果觀摩會 .................................................. 76
3.8 其他技術推廣工作 ................................................ 76
第四章 研究成果說明 ................................................... 77
4.1 AI 影像缺失辨識模式功能成果說明 .................................. 77
4.2 建立橋梁3D 影像模型成果 ........................................ 110
4.3 無人機自動規劃飛行路線成果說明 ................................. 117
IV
4.4 實際橋梁成果驗證結果 ........................................... 154
4.5 辦理現地成果觀摩會說明 ......................................... 168
4.6 目前研發技術之後續改善建議 ..................................... 178
第五章 結論與建議 .................................................... 181
5.1 結論 ........................................................... 181
5.2 建議