無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在公路勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

楊勝興

(貴州智恒工程勘察設(shè)計(jì)咨詢有限公司，貴州 貴陽 550001)

1 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的特點(diǎn)

和傳統(tǒng)航測方式相比，該技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在：首先，對于地物周邊實(shí)際情況的體現(xiàn)要更加全面。其能夠讓人員從各個角度觀察地物，從而真實(shí)的體現(xiàn)出地物的情況，解決正射影像運(yùn)用中的不足。其次，該技術(shù)在對被測物實(shí)施幾何測量時比較方便，配合相關(guān)的軟件運(yùn)用，能夠直接在成果模型的基礎(chǔ)上量測，擴(kuò)大測量成果的運(yùn)用范圍。再次，能夠采集建筑物的側(cè)面紋理。對于各種三維數(shù)字城市運(yùn)用，運(yùn)用航空攝影大規(guī)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(fèi)用。最后，方便發(fā)布。該技術(shù)的數(shù)據(jù)格式可運(yùn)用成熟的技術(shù)，高效在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)布，進(jìn)而對攝影成果進(jìn)行共享。

2 公路勘察設(shè)計(jì)中運(yùn)用的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于航空攝影的視覺三維重建技術(shù)

該技術(shù)可以對傾斜攝影圖像進(jìn)行處理，形成實(shí)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(jìn)行匹配疊合，高效的形成地物表面三角網(wǎng)模型，做到立體化。地表立體模型的形成運(yùn)用點(diǎn)、線、面表示法，包括空間位置以及屬性特征的點(diǎn)，形成實(shí)體對象的基本元素，兩點(diǎn)連接成線，變成三角形邊，由大量的三角形形成的三角網(wǎng)就形成了區(qū)域地表的3D表面模型。該技術(shù)和傳統(tǒng)模型建立的方法存在差異，具有顯著的優(yōu)勢，如，能夠采集紋理、真實(shí)的體現(xiàn)出周邊的具體情況、資料具體精準(zhǔn)、相關(guān)指標(biāo)能夠測量、經(jīng)濟(jì)性高、數(shù)據(jù)質(zhì)量高和高效建模等，基于對其進(jìn)行有效的運(yùn)用，能夠促進(jìn)建模方法的優(yōu)化升級。

2.2 基于虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸式地貌仿真展示技術(shù)

其可以分析傾斜攝影得到的成果，并做出展示。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立3D虛擬環(huán)境，工作人員能夠結(jié)合自己的想法操作計(jì)算機(jī)，感受虛擬環(huán)境的真實(shí)感受，運(yùn)用該技術(shù)，可以把公路地貌通過沉浸式的方式展示，在此基礎(chǔ)上，做出評判。

該技術(shù)是建立在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)上的，用戶能夠運(yùn)用交互設(shè)備在窗口內(nèi)對目標(biāo)區(qū)域的相關(guān)情況進(jìn)行瀏覽，還可以瀏覽擬建的各項(xiàng)公路設(shè)施，帶給人真實(shí)的感覺，這樣相關(guān)人員就可以全面的了解不同的設(shè)計(jì)方案和工程建設(shè)區(qū)域的環(huán)境狀況，科學(xué)合理的分析，選擇出最佳的方案。在勘察設(shè)計(jì)中運(yùn)用該技術(shù)，其沉浸性以及交互性具有重要意義。

2.3 其他輔助技術(shù)

(1)機(jī)載LiDAR技術(shù)。其與無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)相像，基于對慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、激光以及GPS數(shù)據(jù)采集技術(shù)進(jìn)行集成運(yùn)用，能夠高效的獲取和構(gòu)建大面積的地面點(diǎn)云，給勘察設(shè)計(jì)提供3D數(shù)字地面模型。該技術(shù)的優(yōu)勢較多，如，數(shù)據(jù)產(chǎn)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(shù)據(jù)采集技術(shù)。車載信息采集系統(tǒng)就是在采集車頂安裝激光以及影像采集設(shè)備，并配置IMU以及UPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)，車輛在運(yùn)行中能夠?qū)分車臄?shù)據(jù)以及影像實(shí)施采集，提取周圍環(huán)境地理信息數(shù)據(jù)。

該技術(shù)是建立在激光點(diǎn)云、傾斜影像和車載影像基礎(chǔ)上的，可以建立實(shí)景3D模型，主要負(fù)責(zé)對激光點(diǎn)云、傾斜影像、車載數(shù)據(jù)實(shí)施空三加密處理，運(yùn)用LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建3D模型體，其和傾斜影像的自動匹配，加上車載獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)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(shí)施有效的處理，提升精細(xì)化水平。

3 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用策略

3.1 加載控制點(diǎn)和識別特殊區(qū)域

通過在實(shí)景3D模型中加入有關(guān)的控制點(diǎn)，比如，公路工程要經(jīng)過的村莊、交通基礎(chǔ)設(shè)施、居民點(diǎn)等。在勘察設(shè)計(jì)中會遇到一些特殊區(qū)域，如，居民區(qū)、荒地、特殊性沿途、滑坡、耕地、湖泊等等。運(yùn)用實(shí)景3D模型，可以識別選線區(qū)域中的特別區(qū)域。

3.2 平縱橫設(shè)計(jì)

這是勘察設(shè)計(jì)中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過運(yùn)用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，形成實(shí)景3D模型，可以提升這方面設(shè)計(jì)的效率以及質(zhì)量。對于平面設(shè)計(jì)，應(yīng)該先在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有關(guān)的指標(biāo)，比如，編號、設(shè)計(jì)時速、設(shè)計(jì)線路名稱、起點(diǎn)樁號等，運(yùn)用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)形成正攝影圖中，實(shí)施初步設(shè)計(jì)。把實(shí)景3D模型與正射影像圖進(jìn)行疊合，再繼續(xù)平面設(shè)計(jì)，結(jié)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(yīng)的調(diào)整。完成設(shè)計(jì)之后，可以通過實(shí)景3D模型，直觀的看到路面的平面形式；對縱斷面設(shè)計(jì)來說，完成平面設(shè)計(jì)之后，運(yùn)用模型能夠縱向分析地面，獲得縱斷面地面線。在縱斷面設(shè)計(jì)的過程中可以得到有關(guān)的指標(biāo)，如，工程造價、工程量等，綜合評價有關(guān)指標(biāo)后，能夠得到科學(xué)的縱斷面形式。之后結(jié)合相關(guān)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(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)以及規(guī)范性原則，對縱斷面實(shí)施相應(yīng)的設(shè)計(jì)，主要包括坡長、坡度、豎曲線，確保各方面都實(shí)現(xiàn)較好的狀態(tài)，如，工程量、填挖量、行車安全性等等；對于橫斷面設(shè)計(jì)，基于前面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用3D模型橫剖地面，結(jié)合相關(guān)的影響因素，明確橫斷面的形式。

3.3 多目標(biāo)方案對比選擇

完成設(shè)計(jì)工作之后，就要借助3D模型立體的展示多種設(shè)計(jì)結(jié)果，并結(jié)合各方面指標(biāo)，全面的對線路方案進(jìn)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(shè)計(jì)路線后，借助系統(tǒng)的參數(shù)化建模，可以結(jié)合設(shè)計(jì)的各項(xiàng)參數(shù)，建立立體化的模型，能夠?qū)⒐饭こ探ㄔO(shè)完成之后的運(yùn)行效果進(jìn)行模擬展示，為工程和周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性評價提供依據(jù)。

4 結(jié) 語

綜上所述，公路勘察設(shè)計(jì)是公路工程建設(shè)中的重要組成部分，傳統(tǒng)的工作方法存在較多的問題，比如，成本高、效率低等，已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前工作發(fā)展的要求，這就需要構(gòu)建一套新的勘察設(shè)計(jì)技術(shù)體系。無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可以為勘察設(shè)計(jì)變革提供機(jī)遇，在減少時間和成本的基礎(chǔ)上，確保滿足公路測繪要求，能夠提升勘察設(shè)計(jì)工作的智能化以及高效化。通過運(yùn)用傾斜攝影技術(shù)，再加上其他輔助技術(shù)，可以提升勘測設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，適應(yīng)公路建設(shè)要求，解決勘察設(shè)計(jì)任務(wù)重時間短的問題，還可以提升效益水平，促進(jìn)公路勘察設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)型升級。當(dāng)前無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在工程建設(shè)方面的運(yùn)用還不夠深入，這就需要積極的探索和研究技術(shù)，在軟硬件方面進(jìn)行完善，不斷的提升影像采集的續(xù)航以及精度。另外，還要優(yōu)化無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)和有關(guān)軟件的分析及展示功能，為勘察設(shè)計(jì)水平的提升奠定基礎(chǔ)。