無人機傾斜攝影技術在公路勘察設計中的應用

楊勝興

(貴州智恒工程勘察設計咨詢有限公司，貴州 貴陽 550001)

1 無人機傾斜攝影技術的特點

和傳統航測方式相比，該技術具有顯著的優勢，主要體現在：首先，對于地物周邊實際情況的體現要更加全面。其能夠讓人員從各個角度觀察地物，從而真實的體現出地物的情況，解決正射影像運用中的不足。其次，該技術在對被測物實施幾何測量時比較方便，配合相關的軟件運用，能夠直接在成果模型的基礎上量測，擴大測量成果的運用范圍。再次，能夠采集建筑物的側面紋理。對于各種三維數字城市運用，運用航空攝影大規模成圖的功能，再加上傾斜影像批量提取及貼紋理，可以極大的減少城市三維建模的費用。最后，方便發布。該技術的數據格式可運用成熟的技術，高效在網絡中發布，進而對攝影成果進行共享。

2 公路勘察設計中運用的關鍵技術

2.1 基于航空攝影的視覺三維重建技術

該技術可以對傾斜攝影圖像進行處理，形成實景3D模型。基于一定的算法，可以自動識別采集到的傾斜攝影圖像，并進行匹配疊合，高效的形成地物表面三角網模型，做到立體化。地表立體模型的形成運用點、線、面表示法，包括空間位置以及屬性特征的點，形成實體對象的基本元素，兩點連接成線，變成三角形邊，由大量的三角形形成的三角網就形成了區域地表的3D表面模型。該技術和傳統模型建立的方法存在差異，具有顯著的優勢，如，能夠采集紋理、真實的體現出周邊的具體情況、資料具體精準、相關指標能夠測量、經濟性高、數據質量高和高效建模等，基于對其進行有效的運用，能夠促進建模方法的優化升級。

2.2 基于虛擬現實的沉浸式地貌仿真展示技術

其可以分析傾斜攝影得到的成果，并做出展示。虛擬現實技術可利用計算機技術，建立3D虛擬環境，工作人員能夠結合自己的想法操作計算機，感受虛擬環境的真實感受，運用該技術，可以把公路地貌通過沉浸式的方式展示，在此基礎上，做出評判。

該技術是建立在虛擬現實技術基礎上的，用戶能夠運用交互設備在窗口內對目標區域的相關情況進行瀏覽，還可以瀏覽擬建的各項公路設施，帶給人真實的感覺，這樣相關人員就可以全面的了解不同的設計方案和工程建設區域的環境狀況，科學合理的分析，選擇出最佳的方案。在勘察設計中運用該技術，其沉浸性以及交互性具有重要意義。

2.3 其他輔助技術

(1)機載LiDAR技術。其與無人機傾斜攝影技術相像，基于對慣性導航系統、激光以及GPS數據采集技術進行集成運用，能夠高效的獲取和構建大面積的地面點云，給勘察設計提供3D數字地面模型。該技術的優勢較多，如，數據產生時間較快、自動化水平較高、精度較高、不易受天氣影響等。

(2)車載全景圖像數據采集技術。車載信息采集系統就是在采集車頂安裝激光以及影像采集設備，并配置IMU以及UPS導航定位系統，車輛在運行中能夠對公路周圍的數據以及影像實施采集，提取周圍環境地理信息數據。

該技術是建立在激光點云、傾斜影像和車載影像基礎上的，可以建立實景3D模型，主要負責對激光點云、傾斜影像、車載數據實施空三加密處理，運用LiDAR點云數據，構建3D模型體，其和傾斜影像的自動匹配，加上車載獲得的點云數據以及地物要素影像，可以對近地面要素的3D模型以及紋理實施有效的處理，提升精細化水平。

3 無人機傾斜攝影技術在公路工程中的應用策略

3.1 加載控制點和識別特殊區域

通過在實景3D模型中加入有關的控制點，比如，公路工程要經過的村莊、交通基礎設施、居民點等。在勘察設計中會遇到一些特殊區域，如，居民區、荒地、特殊性沿途、滑坡、耕地、湖泊等等。運用實景3D模型，可以識別選線區域中的特別區域。

3.2 平縱橫設計

這是勘察設計中的一個關鍵環節，通過運用無人機傾斜攝影技術，形成實景3D模型，可以提升這方面設計的效率以及質量。對于平面設計，應該先在系統中設計有關的指標，比如，編號、設計時速、設計線路名稱、起點樁號等，運用無人機傾斜攝影技術形成正攝影圖中，實施初步設計。把實景3D模型與正射影像圖進行疊合，再繼續平面設計，結合地形地物的條件，對公路線路的走向以及平曲線半徑等做出相應的調整。完成設計之后，可以通過實景3D模型，直觀的看到路面的平面形式；對縱斷面設計來說，完成平面設計之后，運用模型能夠縱向分析地面，獲得縱斷面地面線。在縱斷面設計的過程中可以得到有關的指標，如，工程造價、工程量等，綜合評價有關指標后，能夠得到科學的縱斷面形式。之后結合相關的情況，如，公路的等級、地面線起伏狀況、自然條件影響、汽車動力特征等，依據經濟學以及規范性原則，對縱斷面實施相應的設計，主要包括坡長、坡度、豎曲線，確保各方面都實現較好的狀態，如，工程量、填挖量、行車安全性等等；對于橫斷面設計，基于前面設計的基礎上，運用3D模型橫剖地面，結合相關的影響因素，明確橫斷面的形式。

3.3 多目標方案對比選擇

完成設計工作之后，就要借助3D模型立體的展示多種設計結果，并結合各方面指標，全面的對線路方案進行比較分析，選擇出最合適的線路方案。

3.4 方案綜合評價和展示

明確最佳設計路線后，借助系統的參數化建模，可以結合設計的各項參數，建立立體化的模型，能夠將公路工程建設完成之后的運行效果進行模擬展示，為工程和周圍環境的協調性評價提供依據。

4 結 語

綜上所述，公路勘察設計是公路工程建設中的重要組成部分，傳統的工作方法存在較多的問題，比如，成本高、效率低等，已經無法適應當前工作發展的要求，這就需要構建一套新的勘察設計技術體系。無人機傾斜攝影技術可以為勘察設計變革提供機遇，在減少時間和成本的基礎上，確保滿足公路測繪要求，能夠提升勘察設計工作的智能化以及高效化。通過運用傾斜攝影技術，再加上其他輔助技術，可以提升勘測設計的效率和質量，適應公路建設要求，解決勘察設計任務重時間短的問題，還可以提升效益水平，促進公路勘察設計的轉型升級。當前無人機傾斜攝影技術在工程建設方面的運用還不夠深入，這就需要積極的探索和研究技術，在軟硬件方面進行完善，不斷的提升影像采集的續航以及精度。另外，還要優化無人機傾斜攝影技術和有關軟件的分析及展示功能，為勘察設計水平的提升奠定基礎。