無人機(jī)傾斜攝影測量在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用

摘要：無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)具有成本低、作業(yè)效率高以及精度高等特點，在公路勘察設(shè)計中的應(yīng)用越來越廣泛。文章主要對無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行了研究與分析，并結(jié)合實際工作經(jīng)驗，針對無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在路線選定、視頻匯報、外業(yè)調(diào)查應(yīng)用、BIM項目管理等方面的應(yīng)用提出了相關(guān)建議，希望能夠為相關(guān)工作人員提供幫助。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；傾斜攝影技術(shù)；公路勘察設(shè)計

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.06.032

中圖分類號：P 231，U 412" " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B" " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）06-0-03

Abstract： The UAV tilt photography technology has the characteristics of low cost， high operational efficiency， and high accuracy. The application of UAV tilt photography technology in highway survey and design is becoming increasingly widespread. This article mainly conducts research and analysis on UAV tilt photography technology， and combines practical work experience to propose relevant suggestions for UAV tilt photography technology in route selection， video reporting， field survey application， BIM project management technology， and development direction. I hope to provide assistance to relevant staff.

Key words： UAV; oblique photography technology; highway survey and design

近年來，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)迅猛發(fā)展，對公路勘察設(shè)計工作產(chǎn)生了巨大的影響，主要體現(xiàn)在前期路線方案選定、視頻影像匯報、土方量計算、拆遷調(diào)查、BIM項目管理等方面。三維實景模型在公路項目設(shè)計建設(shè)周期中起到了關(guān)鍵作用[1]。

1" 無人機(jī)傾斜攝影分析

1.1 無人機(jī)傾斜攝影的概念

無人機(jī)傾斜攝影是指通過搭載傾斜攝影鏡頭的無人機(jī)，在飛行過程中連續(xù)拍攝地面影像，然后根據(jù)影像數(shù)據(jù)生成三維模型，從而實現(xiàn)對地形地貌的高精度測繪和地圖制作。相較于傳統(tǒng)的航空攝影，無人機(jī)傾斜攝影具有成本低、靈活性高、數(shù)據(jù)精度高等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、土地管理、衛(wèi)星遙感等領(lǐng)域。通常，無人機(jī)多角度攝像頭攝影的圖像重疊度為60%～65%，為了使攝影得到的航片滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，需要對無人機(jī)拍攝的照片進(jìn)行拼接處理，以獲取完整的航空遙感圖像。因此，使用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)能夠高精準(zhǔn)高效率地完成公路帶狀地形圖的測量工作[2]。

1.2 無人機(jī)傾斜攝影的優(yōu)勢

無人機(jī)傾斜攝影的便捷性十分明顯，具備成本低、靈活性高、數(shù)據(jù)精度高、操作簡單等特點，因此在日常測繪中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

（1）成本低：相較于傳統(tǒng)的航空攝影，無人機(jī)傾斜攝影的成本較低，因為無人機(jī)設(shè)備的價格更加親民，而且無人機(jī)可以小型化、便攜化，可以通過輕便的攜帶箱進(jìn)行攜帶和部署。

（2）靈活性高：無人機(jī)傾斜攝影可以在短時間內(nèi)完成測繪任務(wù)，而且可以針對不同的地形環(huán)境進(jìn)行靈活調(diào)整，適應(yīng)性強(qiáng)，可以在復(fù)雜的地形條件下進(jìn)行測繪。數(shù)據(jù)精度高：由于無人機(jī)傾斜攝影能夠近距離拍攝地面影像，所以數(shù)據(jù)精度相對更高，可以減少地形因素對影像數(shù)據(jù)的影響，從而提高測繪的精度。

（3）操作簡單：相較于傳統(tǒng)的航空攝影，無人機(jī)傾斜攝影的操作更加簡單，只需要通過遙控器進(jìn)行控制，即可完成測繪任務(wù)，而且無須進(jìn)行復(fù)雜的加工和處理，節(jié)省了時間和人力成本[3]。

結(jié)合無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在實際工作中的運用情況，如果想要給勘察設(shè)計帶來準(zhǔn)確度更高的數(shù)據(jù)信息，要求對內(nèi)、外測量作業(yè)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行質(zhì)量控制，必須明確各項操作流程和注意事項。在實際工作中，對于收集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行精準(zhǔn)度檢查與分析，以適應(yīng)多樣化需求。在測量工作中，需要重視傾斜攝影工作的落實和執(zhí)行過程，確保各項操作規(guī)范有序進(jìn)行。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)切實履行自己的職責(zé)，把傾斜攝影作業(yè)全過程作為質(zhì)量控制的要點，確保公路勘察設(shè)計質(zhì)量，為后續(xù)施工作業(yè)提供質(zhì)量控制等方面保證。

1.3 無人機(jī)傾斜攝影三維建模技術(shù)現(xiàn)狀

作為一種新興的航空攝影技術(shù)，傾斜攝影技術(shù)因其具有大面積、高精度的特點，可通過高清晰度鏡頭對地面場景進(jìn)行綜合感知，將三維傾斜實景模型呈現(xiàn)給用戶，應(yīng)用于交通、水利、智慧城市、國土規(guī)劃等領(lǐng)域。

2" 三維實景模型在公路行業(yè)中的應(yīng)用

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在公路行業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景，并將成為公路行業(yè)數(shù)字化管理和智能化發(fā)展的重要組成部分。公路工程信息量巨大，有關(guān)的建構(gòu)錯綜復(fù)雜且種類眾多，沿線存在諸多控制因素，影響范圍大。傳統(tǒng)二維公路勘察設(shè)計，不僅路線方案設(shè)計難度大、關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點難以控制，并且各個部門之間的交流溝通也比較困難，設(shè)計協(xié)調(diào)性不佳。利用三維傾斜模型的直觀性和真實性，可將三維傾斜模型與線路BIM模型相結(jié)合，并以三維的形式展現(xiàn)出來，輔助工程設(shè)計，使項目的設(shè)計與溝通交流在完全可視化的狀態(tài)下進(jìn)行。

2.1 選線定線中的應(yīng)用

公路選線定線涉及控制因素較多，通過高精度三維實景模型與設(shè)計線路相結(jié)合，對地形、現(xiàn)狀公路、管廊、可能涉及的拆遷地點、相關(guān)文物以及環(huán)境保護(hù)等主要控制因素進(jìn)行分析，同時可以對不同線路方案進(jìn)行三維空間分析，主要包括通視分析、可視域分析、陰影率統(tǒng)計分析、剖面線分析、開挖方分析，實時展現(xiàn)各個設(shè)計方案的后續(xù)發(fā)展情形，輔助設(shè)計，使方案比選更加直觀。

2.2 設(shè)計匯報中的應(yīng)用

利用三維傾斜模型的直觀性和真實性特點，將三維傾斜模型與線路BIM模型相結(jié)合，構(gòu)建公路設(shè)計路線漫游視頻，以可視化的方式進(jìn)行公路全線整體方案匯報。對于重點構(gòu)造物通過技術(shù)手段建立單個三維實體模型，得到具有真實感的效果圖，可在任一視點進(jìn)行實體的觀察、分析，優(yōu)化設(shè)計方案，同時進(jìn)行全方位的展示匯報[4]。

同時，可在高速公路設(shè)計階段對路基、橋梁、隧道、綜合管廊等進(jìn)行行車道的構(gòu)成仿真，突出重點，加速設(shè)計部門問題解決。

2.3 設(shè)計成果驗證及優(yōu)化中的應(yīng)用

公路設(shè)計中線路較長，地形地貌復(fù)雜，設(shè)計的橋梁隧道方案較多，通過高精度三維實景模型與構(gòu)造物結(jié)合，可以對設(shè)計路線平、總、橫斷面進(jìn)行優(yōu)化，自動計算填挖方量，使設(shè)計人員更加了解方案所涉及的影響因素，優(yōu)化設(shè)計方案。同時可以利用BIM設(shè)計平臺將設(shè)計構(gòu)造物與三維實景模型結(jié)合，設(shè)計出與環(huán)境更加交融的公路構(gòu)造物。踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，推進(jìn)人與生態(tài)環(huán)境相融，減少對生態(tài)環(huán)境的破壞。

2.4 在外業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用

在公路勘察設(shè)計中，外業(yè)調(diào)查是一項煩雜而費時的工作，可利用傾斜攝影技術(shù)模型輔助設(shè)計開展外勘工作，在室內(nèi)進(jìn)行判讀，展開對房屋征拆、橋梁、涵洞、被交公路、溝渠和桿線等工程范圍內(nèi)的調(diào)查。

2.5 在高邊坡監(jiān)測中的應(yīng)用

利用無人機(jī)進(jìn)行貼近攝影獲得高精度實景模型，對邊坡及重要地物進(jìn)行定期監(jiān)測，將多次實景模型數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，得出變形量及整體趨勢。方便維護(hù)人員盡早做出治理方案，避免重大安全事故的發(fā)生。

2.6 利用三維傾斜模型進(jìn)行BIM建模，優(yōu)化" " 公路設(shè)計方案

基于三維傾斜模型進(jìn)行BIM建模，將二維的施工圖紙轉(zhuǎn)換為三維立體的設(shè)計模型，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，能夠更好地幫助施工單位理解設(shè)計意圖，指導(dǎo)施工，提高管理效率。

3" 公路勘察設(shè)計中無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)" "應(yīng)用注意事項

3.1 明確外業(yè)流程，把控測量質(zhì)量

（1）確認(rèn)航飛范圍。在技術(shù)操作中預(yù)先獲取測區(qū)KML文件或4角坐標(biāo)，將測區(qū)圈入地圖中，并對測區(qū)情況進(jìn)行分析。

（2）擬訂航飛方案。如果需要在同一方向上進(jìn)行測量工作，應(yīng)使用同一種機(jī)型，這對傾斜攝影技術(shù)提出了更高的需求。按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，航飛作業(yè)要根據(jù)風(fēng)向進(jìn)行，使無人機(jī)處于良好飛行狀態(tài)。假設(shè)飛行航線為南北走向，則規(guī)定飛行區(qū)域的東西方向應(yīng)在測區(qū)范圍內(nèi)的某一航線之外，且南北方向應(yīng)在測量區(qū)約3張圖像的范圍之外。

（3）相機(jī)的布置。當(dāng)攝影場景中目標(biāo)物較小、亮度較大、背景較亮?xí)r，可以選擇調(diào)整曝光時間。當(dāng)攝影對象在不同環(huán)境中出現(xiàn)差異較大時，可根據(jù)實際情況調(diào)整參數(shù)和曝光時間，從而有效地保證操作的質(zhì)量。

（4）安排像控點。針對像控點靶標(biāo)，所選靶標(biāo)為方形。如需要更精確的影像數(shù)據(jù)，則可以適當(dāng)縮小像控點范圍，這樣就會使整個像控點更加接近于實際情況。把像控點靶標(biāo)邊長尺寸控制在1 m以上。對地面控制點，可以考慮選用距離最近、分布均勻且穩(wěn)定可靠的圖像作為參考。對地形起伏較大、坡度變化較小區(qū)域，應(yīng)盡量使用全站儀完成作業(yè)。嚴(yán)格執(zhí)行外業(yè)操作流程及要領(lǐng)，做好細(xì)節(jié)控制，最大限度地保證測量數(shù)據(jù)信息的質(zhì)量。

3.2 做好內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的處理

如果想要給公路勘察設(shè)計帶來優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)信息，還需要做好內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理工作。用專業(yè)軟件，開展三維建模及數(shù)據(jù)處理。結(jié)合項目實際情況，對無人機(jī)傾斜攝影所得數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，導(dǎo)入模型修飾軟件，進(jìn)行模型修飾作業(yè)。通過對原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理、幾何校正和紋理貼補(bǔ)等步驟，構(gòu)建出高精度的數(shù)字地形地貌。針對內(nèi)業(yè)模型的改造，可直接與原始影像相對照，進(jìn)行勾勒交互式建模，改變傳統(tǒng)作業(yè)方式，能自動檢索各種視角的圖像，實現(xiàn)高效數(shù)據(jù)運算處理，達(dá)到快速作業(yè)的目的，確保無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在使用過程中取得良好效果。

3.3 做好數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度的分析

從無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在實際工作中的運用情況進(jìn)行分析，如果想要給公路勘察設(shè)計帶來準(zhǔn)確度更高的數(shù)據(jù)信息，必須對內(nèi)、外業(yè)測量作業(yè)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行質(zhì)量控制。在實際工作中，對于收集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行精準(zhǔn)度檢查與分析，對各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行質(zhì)量檢查，適應(yīng)多樣化需求。在測量工程中，需要重視傾斜攝影工作的落實和執(zhí)行過程，確保各項操作規(guī)范有序進(jìn)行。

4" 結(jié)束語

無人機(jī)傾斜攝影可以快速、準(zhǔn)確地獲取公路的地形和地貌特征，生成高精度的數(shù)字地圖，為公路測量和規(guī)劃提供可靠的數(shù)據(jù)支持。對公路勘察設(shè)計測量內(nèi)容進(jìn)行梳理，包括選線定線、設(shè)計匯報、設(shè)計成果驗證及優(yōu)化、外業(yè)調(diào)查、高邊坡監(jiān)測等，利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可實現(xiàn)三維實景模型建模，優(yōu)化公路設(shè)計方案。無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)成果基本能夠滿足公路勘察設(shè)計需求，實現(xiàn)對地表地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造等信息的準(zhǔn)確獲取及分析評價，并為工程勘察提供依據(jù)，減少每個環(huán)節(jié)工作時間，降低人力成本，提高工作效率。

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