一、研究背景
近些年，无人机倾斜拍摄测量技术是国内外测量领域中发展应用起来的一项高新技术，已成为拍摄测量领域中一个新的研究热点，随着“数字校园”、“智慧校园”的出现，各大高校争相开展相应课题。本文以辽宁省丹东市辽东学院北校区建筑物为研究对象，研究无人机倾斜拍摄测量在墙体损伤裂缝检测中的应用，并以此实现高精度的墙面裂缝动态监测。
Rau等人[1]应用无人机倾斜拍摄技术成功获取了建筑物立面的高分辨率图像，对于裂缝检测有很好的效果。他们采用的算法是基于机器学习的方法，通过训练算法，可以自动识别和定位建筑物立面上的裂缝，具有较高的准确率和高效性。他们的研究结果表明，该方法在裂缝检测方面有很好的表现。马晨等人[2]使用了卷积神经网络模型对无人机拍摄的立面影像进行训练，实现了裂缝的自动识别和定位。孙宏伟[3]介绍了一种基于无人机航拍技术的建筑物裂缝检测方法，该方法使用倾斜拍摄技术和数字图像处理技术来获取建筑物立面图像，并使用图像分割和裂缝检测算法来识别建筑物表面的裂缝。研究结果表明，该方法可以高效地检测到建筑物表面的裂缝，为校园建筑安全管理提供了一种新的技术手段。数字图像处理技术的发展早在20世纪初就已经兴起，是一种非接触的现代光学测量实验技术。它具有光路简单、环境适应性好、测量范围广、自动化程度高等优点。因此，数字图像处理技术已广泛应用于土木工程领域。例如，利用数字图像处理技术对墙体表面裂缝进行检测，记录裂纹萌生到扩大的整个过程。采用数字图像处理技术可以方便疲劳寿命的研究，采用非接触式无损检测方法，大大降低了测量成本和时间，提高了测量效率，保证了测量精度。
二、理论基础
（1）无人机倾斜拍摄技术：采用无人机航拍技术，可以实现高空俯瞰、高精度拍摄，避免了地面拍摄的限制，可以获取更全面、更真实的校园实景数据，从而实现高精度的墙面损伤图像。此外，使用无人机进行墙面裂缝检测可以避免人员在高空作业的危险，同时提高检测的准确性和可靠性，无人机可以飞行到建筑物的顶部或不易接近的位置，获取更加全面和准确的墙面信息。
（2）数字图像处理技术：数字图像处理技术通常是指用计算机对数字图像进行处理，是将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行系列操作，从而获得某种结果的技术。常用的图像处理方法有以下几种：灰度化、直方图均衡化、滤波、图像分割、目标表示与描述、特征提取等[4]。采用数字图像相关算法，对建筑物这种大型结构上多个目标点的位移进行实时监控，可方便实现远距离、多点动态检测[5]。下图展示的是一种图像视觉新技术，该技术基于数字图像处理和数值计算，采用非接触式、全场变形光学计量的方式来测量物体表面的二维变形[6-8]。通过对变形前后的两幅图像进行分析，可以对物体表面的变形情况进行测量和记录，这对于对建筑物墙面的安全监测具有重要意义
图1.墙体裂缝图像处理技术原理图
三、研究方法
（1）控制点布设
像控点布设要在整个测区均匀分布，选点要尽量选择固定、平整、清晰易识别、无阴影、无遮挡区域。需选择较为尖锐的标志物，尽量选择平坦地方，避免树下，房角等容易被遮挡的地方，如果没有的话可以人工打点，人工像控点应该选择能够持久存在的东西，并且棱角分明。像控点标志物尺寸应大于70cm，并且不易出现方向性错误，明显显示是标志物的哪一部分。像控点和周边的色彩需要形成鲜明对比，如果周边是深色，则标志以浅色为主，如果地面周边以白色为主，则可喷红色油漆为主。如果选择地物作为特征点，应该选择比较大的地物，并且提供现场照片2-4张说明像控点的位置，至少包含一张点的近景位置和一张周边景物位置。像控点布设的密度，像控点布设首先要考虑测区地形和精度要求。如地形起伏较大，地貌复杂，需增加像控点的布设数量。
（2）进行图像采集
本组实验人员按设计好的规划路线，在没有强烈阴影的时候，对校园进行航拍和图像采集，这样阴影最短，取得的图像效果很好。
（3）数据处理
将无人机在学校各处拍摄的图像导出，上传云平台处理图片，对采集的图像进行识别，对识别后的数据信息进行标记和分析，根据数据信息的分析后对图像进行图像处理。在数字图像处理时，我们将主要对裂缝的数个特征点进行统计分析，它们包括裂缝的平均长度、裂缝的平均开口长度、裂缝的密度、超过允许裂缝开口长度的数量等方面。将这些特征信息植入计算机中进行快速分析，并且把较严重的区域标记出来，同时可将检测结果进行可视化处理和输出。这样就可以直观地检测出墙面裂缝的严重程度以及待修正的区域。这将大大降低了监测高层建筑墙面的难度和成本，同时也可作为墙面粉刷建造和裂绛防治的重要参考数据（图2）。
图2. 辽东学院北校区5#墙体情况（近景）
四、结论
本文所提出的无人机倾斜摄影和数字图像处理技术，可以不受时间、空间限制，对建筑物进行全天候、全方位的监测，对于推动无人机技术在建筑监测领域的应用具有重要的学术价值。采用无人机进行航拍可以快速高效地获取校园实景数据，节省传统测量方法所需的时间和人力成本。同时，该技术还能够提供更高精度的裂缝尺度数据，为其他工程领域的无人机应用提供借鉴和参考。其次，该项目利用无人机进行墙面裂缝监测，能够快速评估建筑物结构的安全性。该研究成果还可以为建筑物结构安全评估方法的更新和完善提供有价值的参考。采用数字图像处理技术进行数据处理是数字图像处理技术在工程领域的一个创新应用，能够显著缩短数据处理时间，提高数据处理效率。通过该技术生成的墙面损伤图像具有高精度和高真实感。本文采用的研究方法为建筑物结构安全评估提供了一种新的手段，具有重要的实践价值。
参考文献
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孙宏伟. 基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模[J]. 现代测绘， 2014， 37(1)：18-21.
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