利用光學與熱影像融合進行邊坡之長期穩定性監測評估

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姓名

陳柏齊(Bo-Chi Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

利用光學與熱影像融合進行邊坡之長期穩定性監測評估
(Fusion of Optical and Thermal Imagery for a Long-term Stability Application to Slopes Monitoring and Evaluation)

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摘要(中)

攝影測量(Photogrammetry)是現今應用範圍十分廣泛的技術。影像
的測量應用於災害防治的監測已行之有年，與傳統的監測技術相比，
攝影測量具有高機動性、成本低且安全性佳的優勢。隨著科技進步，
除了光學影像分析外，熱影像的監測也開始應用於邊坡災害的防治。
熱影像與可見光影像不同，並不能得到詳細的物體位移資訊，但是可
以提供物體的溫度資訊供監測者進行區域性的追蹤。近年來研究指出，
熱影像可以透過溫差分析隱藏於邊坡表面後潛在的不穩定區域。因此
若能透過光學影像的分析保留邊坡的幾何資訊，又輔以熱影像資訊追
蹤邊坡中隱藏的不穩定區域，可以提供更具整體性的監測數據。
本研究的主要目的是利用電腦視覺技術融合光學及熱影像，將熱
影像的溫度資訊套疊至光學影像上進行邊坡資訊的分析，並研發現地
設備將該方法應用於實務上。除了可以維持原本邊坡位移的分析外，
亦能透過熱影像進行溫度差異分析，分析邊坡後方是否有潛在的危險
區域以利未來規劃與追蹤。本研究在開發完成現地儀器設備後，會以
逆向坡的縮尺模型試驗進行監測儀器的評估並以中央大學後方邊坡
為例，透過現地架設監測系統，從多期的影像進行邊坡位移的分析，
並透過後期處理的三維資訊模型實現本研究整體系統的監測流程。根
據實驗成果，精度可以達到 3 公分以內，尚可精進。其後續成果可以
提供邊坡災害預警、防治與災害後規劃，提供更有效的決策數據。

摘要(英)

Photogrammetry is a technology with a wide range of applications
nowadays. Compared with traditional technology, photogrammetry has the
advantages of high mobility, low cost, and safety. With the advancement of
technology, thermal image monitoring has also started to be applied to the
prevention of slope disasters. Unlike optical images, thermal images do not
provide detailed geometric information about the object, but they can
provide temperature information instead for regional tracking by the
monitor. Recent studies have shown that thermal images can be used to
analyze potentially unstable areas hidden behind the slope surface by
temperature difference. Therefore, if the geometric information of the slope
can be retained through optical image analysis and supplemented with
temperature information to track the hidden unstable areas in the slope, it
can provide more comprehensive monitoring data.
The main objective of this study is to use computer vision technology
to fuse optical and thermal images for analysis and develop a field
instrument based on the method. In addition to maintaining the original
slope displacement analysis, the thermal image can also be used to analyze
the temperature difference and potentially unstable areas behind the slope
for future planning and tracking.
In this study, after the development of the field instrument, the scale
model test will be used to evaluate the instrument. The slope behind the
Central University is then applied as a field example. By setting up a
monitoring system on site, the slope displacement analysis is performed
from the multi-phase images, and the monitoring process of the overall
system is realized through the three-dimensional information model of
post-processing. According to the experimental results, the accuracy can
reach within 3 cm. The results can provide more effective decision data for
ii
slope disaster warning, prevention, and post-disaster planning.

關鍵字(中)

★ 攝影測量
★ 紅外線影像
★ 光學影像
★ 邊坡災害防治

關鍵字(英)

★ Photogrammetry
★ Thermal images
★ Optical images
★ Slope Monitoring

論文目次

目錄
摘要
Abstract ........ i
誌謝........... iii
目錄...................... iv
表目錄.............. vii
圖目錄.......................viii
第一章、緒論 ..............1
1.1 研究動機 ................. 1
1.2 研究目的 ............. 2
1.3 研究架構 ............... 3
第二章、文獻回顧..........4
2.1 攝影測量 ...................... 4
2.1.1 攝影測量應用....... 4
2.1.2 攝影測量原理..... 8
2.1.3 相機校正......... 12
2.2 光學影像分析......... 15
2.2.1 平面影像分析... 16
2.2.2 點雲位移分析... 18
2.3 熱影像監測技術..... 21
2.4 平面影像融合技術.... 24
2.5 點雲影像融合技術.... 28
2.6 綜合評析 .............. 32
第三章、研究方法..........34
3.1 研究流程.............. 34
3.2 儀器裝置選擇與系統建置 ...................... 35
3.3 影像分析流程 ...... 40
3.3.1 影像前處理作業流程 .............. 41
3.3.2 質點影像分析法......... 45
3.3.3 立體點雲建置與相機配置................... 48
3.4 逆向坡縮尺模型實驗................. 51
3.4.1 物理模型材料選用 .................. 51
3.4.2 模型破壞定義........... 54
3.4.3 物理模型參考案例與假設條件............ 56
3.4.4 實驗配置........ 57
3.5 現地實驗 .............. 65
第四章、結果與討論........70
4.1 系統裝置元件與系統設計成果 ......... 70
4.1.1 相機儀器建置與影像前處理成果....... 70
4.1.1.1 光學影像校正成果 ......... 72
4.1.1.2 立體影像建置測試成果....... 74
4.1.2 外部保護裝置與軌道動力設計成果............ 76
4.1.3 儀器蓄電配置成果 ................ 79
4.2 振動台模型實驗成果 .................... 81
4.2.1 位移分析成果....... 81
4.2.2 綜合評析......... 92
4.3 現地實驗............ 94
4.3.1 立體點雲模型建置、精度分析與位移分析 ........ 94
4.3.2 質點影像分析..... 106
4.3.3 熱影像溫差分析........... 108
第五章、結論與建議..... 113
5.1 結論 ...................113
5.2 建議 ...........................114
第六章、參考文獻.......... 115
評審意見回復表.............. 119

參考文獻

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指導教授

鐘志忠(Chih-Chung Chung)

審核日期

2022-9-30

推文