公路工程傾斜攝影測量技術應用探討

王 旭

(1.安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.公路交通節(jié)能環(huán)保技術交通運輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088)

1 概述

為推進實施《交通運輸信息化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，深化BIM等新技術在公路水運工程應用，交通部要求在公路領域選取國家高速公路等重大交通基礎設施項目，在水運領域選取大型港口碼頭、船閘和航道等重大交通基礎設施項目，鼓勵各單位在規(guī)劃設計、建造和運維等階段開展BIM技術應用。設計階段，深化BIM技術在協(xié)同設計、方案比選等方面的應用；建設階段，深化BIM在移交交付、施工模擬、質量管控等方面的應用；運維階段，研發(fā)BIM+GIS的可視化平臺，依托建設期形成的BIM數(shù)據庫，加強在運營養(yǎng)護、監(jiān)測應急和管理等方面的應用[1]。交通運輸部推進智慧交通行動發(fā)展規(guī)劃為傾斜攝影測量技術在公路工程建設和運維階段的落地應用指明了方向。伴隨著公路事業(yè)的蓬勃發(fā)展和對技術創(chuàng)新需求的不斷提高，傾斜攝影測量技術在全國也得到了越來越廣泛地應用，但是總體使用水平較低、使用深度較淺、使用效率較低，同時存在一定的法律和安全風險因素。經過廣泛查詢和調研，了解到在公路行業(yè)目前還沒有專門的規(guī)范或標準對傾斜攝影測量技術應用有明確的要求，所以利用傾斜攝影測量進行標準化作業(yè)、規(guī)范化生產就有著廣闊的應用前景和發(fā)展空間。

2 無人機傾斜攝影測量技術概述

傾斜攝影測量技術是測繪遙感領域近年發(fā)展起來的一項新型高新技術，它改變了以往只能從垂直角度拍攝正射影像的局限，通過在統(tǒng)一的飛行平臺上搭載多臺相機，同時垂直和多個不同的傾斜角度采集影像，獲取地面物體更為完整豐富的信息，將用戶引入符合人眼視覺的真實直觀世界[2]。

而無人機航測系統(tǒng)是高分辨率及高精度影像獲取和處理的嶄新技術，它以無人駕駛飛行器為飛行平臺，搭載數(shù)碼相機進行拍攝，通過傾斜攝影測量技術，實現(xiàn)對三維立體地理信息的快速獲取。相比于傳統(tǒng)的數(shù)據采集方法，無人機航測系統(tǒng)具有體積小、重量輕、獲取影像快、飛行條件需求較低、成本低廉等特點。對于帶狀特點的公路工程項目采用傾斜攝影測量技術可以更全面的獲取工程范圍內的建筑物、道路、水系、綠化、交通及其附屬設施等高精度的原始影像數(shù)據，將影像數(shù)據和控制點信息導入自動建模軟件，便可以生成測區(qū)三維模型成果，經過后處理編輯和加工，又可生成DSM，TDOM，DLG等多種成果[3]。無人機傾斜攝影測量技術流程圖如圖1所示。

傾斜攝影測量技術的概念最早始于20世紀初期，在一戰(zhàn)期間歐洲戰(zhàn)場上得到了初步的探索應用，隨著理論技術的成熟和應用需求的增多，法國、瑞士和美國等發(fā)達國家在傾斜攝影測量的理論研究和技術應用走在了世界前列。自2010年首次引入傾斜攝影測量技術，國內便開啟了該技術發(fā)展的新篇章，2013年原國家測繪地理信息局給有關直屬局配發(fā)了傾斜相機和數(shù)據處理軟件，并對相關單位的業(yè)務探索進行了有益指導，這極大激發(fā)了從業(yè)單位熱情。同時在2014年，全國傾斜攝影測量聯(lián)盟成立，經過十余年的發(fā)展，傾斜攝影測量技術在農林、文保、城市規(guī)劃和水利建設等領域得到了長足的發(fā)展。

3 公路工程無人機傾斜攝影測量技術應用措施

傾斜攝影測量技術作為測繪遙感新技術的一個新興領域，近年來伴隨著無人機技術的迅猛發(fā)展和多鏡頭相機、數(shù)據處理軟件的日益成熟，已經在工程建設領域得到了廣泛地應用。公路工程行業(yè)作為基礎設施領域的重要組成部分，對于新技術、新方法的引進有著迫切的需求。

3.1 響應國家、行業(yè)政策，推進公路創(chuàng)新發(fā)展

通過技術創(chuàng)新貫徹落實交通強國發(fā)展戰(zhàn)略，積極踐行綠色公路、智慧公路建設的發(fā)展理念。

3.2 規(guī)范作業(yè)方式

無人機使用成本降低，傾斜攝影技術初入門檻較低，造成了表面上無人機在公路行業(yè)應用轟轟烈烈，實質上暴露出技術應用不規(guī)范、深度不夠等問題。

1)合理編制方案可行、技術先進的技術設計書。2)提高作業(yè)單位和作業(yè)人員對國家及地方相關法律、法規(guī)的認識，降低作業(yè)風險。3)為項目實施提供合理的軟硬件組合方案，提高作業(yè)單位的使用經濟性。4)給作業(yè)人員提供完備的航線設計、數(shù)據處理實施指南，提高數(shù)據使用和交付質量。

3.3 協(xié)同全生命周期應用，滿足公路各階段使用者需求

面向公路工程的規(guī)劃設計、施工和運維各個階段，為有關技術、管理人員在使用無人機時提供切實有效的應用實施指南。

4 公路工程無人機傾斜攝影測量技術應用探討

本文主要針對公路工程傾斜攝影測量數(shù)據的采集、處理與應用等工作，提出規(guī)范化的實施流程、方法和成果驗收指標，使公路行業(yè)從業(yè)人員在應用傾斜攝影測量技術時有規(guī)可循、有章可依。

4.1 適用范圍

適用范圍主要包括以下四個方面：1)各等級公路、鄉(xiāng)村公路的規(guī)劃設計：成果可用于現(xiàn)狀場景調查、地形地貌特征獲取、重要地物定位及量算等。2)各等級公路、鄉(xiāng)村公路的施工管理：成果可用于便道選線、臨設選址、工程進度監(jiān)控等[4]。3)各等級公路、鄉(xiāng)村公路的運維管理：成果可用于輔助養(yǎng)護巡查、特殊工點養(yǎng)護處置等。4)公路相關應急和災害處理：成果可用于災后搶險調查、災害過程記錄、三維沙盤模擬等[5]。

4.2 指南框架

1)總則。a.制定指南的目的。b.指南適用范圍。c.指南的共性要求以及執(zhí)行相關標準的要求。

2)術語。選列的術語應是現(xiàn)行公路工程行業(yè)標準或相關國家標準中尚無統(tǒng)一規(guī)定或在本標準中有特定含義的術語和符號，術語按出現(xiàn)先后順序排列。

3)基本規(guī)定。提出一般應用原則：傾斜攝影測量技術應根據公路工程建設規(guī)模、建設條件、工期、經濟性等因素，合理確定技術形式。

4)資料搜集與技術計劃制定。a.資料搜集:工程作業(yè)前應該收集測區(qū)范圍、航攝要求和基礎圖紙資料等。b.測區(qū)踏勘：應進行測區(qū)踏勘，了解測區(qū)內與生產、生活等有關的相關情況，如起降場地、較高建筑物/構筑物、危險源等。

5)控制測量。a.基礎控制測量。b.像控點布設：按照相關要求對像片控制點進行布設。c.像控點測量。d.成果要求。

6)數(shù)據采集。a.航飛條件：根據風速條件、能見度條件、溫度條件和光照管制條件對需要預先掌握的條件進行預設。b.飛行平臺：結合實際條件選擇固定翼無人機或旋翼無人機。c.傾斜相機：結合實際情況選擇多鏡頭相機。d.航線設計：按照實際情況綜合選擇公路帶寬、相對航高、相機傾角、航向旁向重疊率和航線區(qū)域規(guī)劃等。e.成果要求：按照成果格式要求，提出成果檢查要求。

7)數(shù)據處理。a.預處理：對作業(yè)區(qū)域分塊、格式轉換和影響增強等做預處理。b.空中三角測量。c.三維重建。d.成果要求。

8)成果應用。a.規(guī)劃設計階段應用：在外業(yè)勘察階段輔助進行房屋綜合調查、水系調查和道路調查等工作；工可、初步設計階段，實景模型宜用在多條線位綜合方案比選；施工圖設計階段，成果宜用在線位微調方案比選；工程設計與現(xiàn)狀地物有空間位置關系時，宜利用實景模型對圖紙進行凈空、空間占位等設計校核；實景模型宜與工程模型融合，通過仿真模擬手段將建成通車后場景前置。b.施工階段應用：可應用于公路工程施工過程中的深化設計、施工組織設計、場址布設、施工模擬、進度及安全監(jiān)測等工作。c.運維階段應用：可應用于公路工程基礎設施運營養(yǎng)護階段中的應急測繪、無人巡檢、安全隱患排查及安全監(jiān)測、評估等工作。

5 結語

交通運輸部《數(shù)字交通發(fā)展規(guī)劃綱要》要求我國數(shù)字交通發(fā)展要構建數(shù)字化的采集體系，推動交通基礎設施規(guī)劃、設計、建造、養(yǎng)護、運行管理等全要素、全周期數(shù)字化。公路工程作為交通基礎設施重要的載體，與地理環(huán)境密切相關，而傾斜攝影測量技術為地理環(huán)境全要素數(shù)字化提供了強有力的支撐，制定合理規(guī)范的公路工程傾斜攝影測量技術指南為行業(yè)踐行數(shù)字交通發(fā)展具有重要的指導意義。