影像定位技術應用於國道巡查作業之研究

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陳厚邑(Hou-yi Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

影像定位技術應用於國道巡查作業之研究
(The Study of Image Localization Technology Applied for Inspections Operations on National Expressway)

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摘要(中)

有鑑於國內外於公路基本資料管理系統的開發，對於道路資訊蒐集方式日新月異，而巡查為道路養護之根本，建立健全的巡查與管控機制，才能適時對道路缺失進行修復，進而避免因鋪面缺失問題造成人員傷亡等事件發生，並確保道路服務品質與行車安全。
本研究使用Bumblebee® XB3 CCD Camera雙基準立體視覺攝影系統進行開發，利用影像幾何校正原理以及立體視覺量測原理，自行開發兩版鋪面狀況指標(Pavement Condition Index，PCI)運算軟體。
本研究將鋪面狀況指標評級方式分為傳統方式、影像幾何校正量測系統評級及立體視覺量測系統評級三種；傳統方式評級是以表單紀錄目視檢測路面狀況結果，而另外兩種評級方式皆以現地擷取之影像資訊為依據，於內業作業時由影像中擷取鋪面破壞狀況並評級路面的狀況，結果顯示，兩版軟體於執行運算結果與傳統人工評級方式無顯著差異，而影像幾何校正量測系統在時間及人力成本上較優於另外兩種評級方式；然而立體視覺量測系統適合應用於道路基本資料之建置，主要原因為可將現地擷取影像利用立體視覺量測原理，將物點相對座標經由GPS轉換為絕對座標，可大幅減少工作人員現地作業時間；於公路基本資料庫貢獻，其中歸納出6個項目可用於設施調查，提升巡查人員於道路設施調查之效率。定期對道路狀況進行調查，盡可能保留道路上所有訊息，可協助工程師從數值資訊所無法呈現的道路實像，提供視覺判斷之資訊，以便制定有效的維護策略與方案。

摘要(英)

This research applies image fixed position technique into freeway inspection system. The research uses Bumblebee® XB3 CCD Camera Stereo Vision camera systems, Image geometry alignment system, and Binocular Stereo Vision measurement system to development pavement condition index calculation software. Two versions of the software were identical in the calculation process of machine and human labor of pavement condition index.
This research divided pavement condition index rating mode into traditional mode, pavement condition index image geometry alignment measurement system, and pavement condition index binocular stereo vision measurement system. The traditional mode use paper sheet and human labor to record pavement condition, the other two modes used captured image to evaluate pavement damage condition and rate the pavement. The result indicated that the pavement condition index image geometry alignment measurement system is superior to other two modes on time and human labor.
Nevertheless, pavement condition index binocular stereo vision measurement system is suitable to roadway fundamental data construction; the major reason is that by the theory of binocular stereo vision to transfer data point of related coordinate to absolute coordinate using GPS. The contribution of roadway database is that it concludes 6 items for facilities survey and could enhance the efficiency roadway inspection.
Inspect the roadway condition in a fixed time could help to set up effective maintain strategy, and reserve all message of the roadway, then help engineers’ to judge roadway condition by image rather than numerical data.

關鍵字(中)

★ 近景測量
★ 雙基準立體視覺攝影系統
★ 影像幾何校正
★ 巡查
★ 鋪面狀況指標

關鍵字(英)

★ Stereo Vision camera systems
★ Image geometry algorithm
★ Pavement Condition Index，PCI

論文目次

目錄 I
圖目錄 VI
表目錄 IX
第一章緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究內容與方法 3
1.4 研究流程 4
第二章文獻回顧 5
2.1 公路基本資料之建置 5
2.1.1 國外公路基本資料調查系統 5
2.1.2 國內公路基本資料調查系統 9
2.2 近景測量技術回顧 13
2.2.1 影像蒐集同方式比較 13
2.2.2 移動測繪系統介紹 14
2.2.3 國內MMS發展現況 21
2.3 柔性性路面狀況指標 24
2.3.1 LTTP柔性鋪面破壞定義 24
2.3.2 鋪面狀況指標 (Pavement Condition Index) 25
2.4 國內各級道路巡查方式 31
2.4.1 國道巡查 31
2.4.2 省道巡查 33
2.4.3 市區道路巡查 35
第三章影像測量理論基礎 37
3.1 直接地理定位技術 37
3.1.1 直接地理定位的原理 37
3.1.2 軸角率定 40
3.2 影像定位系統 40
3.2.1 全球定位系統 40
3.2.2 差分定位系統 41
3.2.3 地心地固座標系 42
3.2.4 導航座標系 46
3.2.5 攝影測量座標系統 47
3.3 影像擷取設備 50
3.3.1 量測型與非量測型相機 50
3.3.2 雙基準立體視覺攝影系統 51
3.4 影像幾何轉換程序 52
3.4.1 最鄰近點演算法(Nearest Neighbor) 54
3.4.2 雙線性插值演算法（Bilinear Interpolation） 55
3.4.3 雙立方插值演算法（Bicubic Interpolation） 56
第四章鋪面狀況調查模組開發與配置 59
4.1 影像測量系統模組 59
4.1.1影像幾何校正系統 59
4.1.2 立體視覺量測系統 62
4.2 影像量測檢核程序 65
4.3 儀器配置簡述 67
4.4 影像量測軟體開發 68
4.4.1 撰寫環境 68
4.4.2 鋪面資訊擷取系統 69
4.5 道路資訊擷取系統 71
4.5.1 鋪面狀況資訊擷取流程資訊 71
4.5.2 鋪面破壞類型辨識 71
4.5.3 計算破壞大小 74
4.5.4 匯出資料 74
4.6 鋪面狀況指標影像量測系統 76
4.6.1幾何校正影像量測系統 76
4.6.2立體視覺影像量測系統 76
第五章鋪面狀況調查系統模組 81
5.1 鋪面狀況指標調查評級 82
5.1.1 不同檢測人員於各項評級方式之分析 84
5.1.2 相同檢測人員於各項評級方式之分析 85
5.1.3 檢測方式、時間與人力評估 87
5.2 道路巡查作業與機制探討 88
5.2.1 現行高速公路巡查作業之檢討 88
5.2.2 巡查時應注意事項及處理內容 89
5.2.3 現行巡查作業人員之檢討 90
5.2.4 現行巡查作業頻率之檢討 90
5.3 現行高速公路巡查機制之探討 91
5.3.1 巡查人員配置 91
5.3.2 巡查頻率調整 92
5.4 影像定位結合巡查作業評估 92
5.4.1 影像定位技術對於巡查人員 93
5.4.2 影像定位技術於公路基本資料庫貢獻 93
第六章結論與建議 95
6.1結論 95
6.2 建議 97
參考文獻 99
附錄 105
A1國道關西段實際執行現況 105
A1.1國道三號關西段異常路段分析 105

參考文獻

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指導教授

林志棟、陳建達(jyh-dong Lin)

審核日期

2013-8-15

推文