道路紅線可視化技術研究

何 勇

[同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市 200092]

0 引言

道路紅線一般是指道路用地的邊界線。用地邊界線可與道路紅線重合，也可退于道路紅線之后，但絕不許超越道路紅線，在紅線內不允許建設任何永久性建筑。

目前在道路前期設計中，道路紅線基本繪制在CAD 圖紙中，沿線道路周邊建筑信息等則通過無人機航拍后在后期匯報過程中播放查看，因此繪制的紅線與視頻無法結合在一起，需要圖紙與視頻對照查看，溝通成本較高。為了降低溝通成本，提高設計質量，本文進行了道路紅線可視化技術研究，期望將繪制的道路紅線與航拍視頻整合在一起。

Boujou 是一款能夠自動跟蹤分析攝像機的攝像機跟蹤軟件，支持單目標跟蹤和多目標同時跟蹤，在每個影格里，自動地為使用者尋找上百個特征點，在3D 模式下進行海量的資料分析，演算出更為準確的追蹤資料。

Adobe After Effects（簡稱AE）、Adobe Premiere Pro（簡稱Pr）是美國Adobe 公司推出的視頻后期處理軟件, 可以進行視頻合成以及添加一些動畫效果和文字效果，為視頻內容增添色彩。

Adobe Illustrator（簡稱AI）是Adobe 系統公司推出的基于矢量的圖形制作軟件，可提供豐富的像素描繪功能以及順暢靈活的矢量圖編輯功能。

借助無人機航拍技術，利用Boujou 進行攝像機路徑追蹤，AI 將CAD 紅線文件處理為矢量圖，AE 和Pr 進行視頻處理與剪輯，可以直觀地展示項目前期相關信息，有效提高道路工程前期方案的質量，減少溝通成本。

1 技術路線

無人機航拍前，首先根據地形和紅線資料，提前規劃好飛行路徑；待航拍視頻完成后，將視頻導入到Pr 中進行剪輯，并導出JPEG 序列文件；在Boujou 中打開該文件，進行攝像機路徑追蹤，追蹤后的文件則保存為ma 格式。設計前期的紅線資料在CAD 中刪除非必要圖形，只保留主線道路紅線與相交道路部分紅線；將帶路紅線文件打印為EPS 格式，再用AI 打開該文件，保存為ai 格式文件。

打開AE，導入序列文件、攝像機路徑文件及道路紅線ai 文件，在AE 中手動調整相關參數、添加相關標注得到最終的成果，導入到Pr 進行視頻渲染?？傮w技術路線如圖1 所示。

圖1 總體技術路線

2 操作技法

2.1 無人機航拍

在無人機航拍前，應遵守當地關于無人機的相關控飛政策和規定，必須申請報備再飛行。

在準備拍攝前，應規劃好飛行路線，路線過長時應根據衛星圖合理進行分段飛行。

無人機拍攝涉及很多操作規程和注意事項，如飛行設置、視頻或照片參數設置、飛行耗電、信號強弱、氣候影響和禁飛法規等。

無人機的起飛位置應視野比較開闊，沒有障礙物，不會對飛行器信號產生遮擋。起飛前，應仔細檢查螺旋槳是否損壞、松動；電池及遙控器電量是否充足；進行指北針矯正，根據顯示器上面的畫面進行操作，并校準返航點。起飛后，應時刻保持對無人機的控制，時刻盯緊控制器屏幕，保證在GPS 信號良好的狀況下飛行，且盡量保證直線飛行，需要轉向時保證鏡頭抖動不明顯。飛行結束后，查看設備緩存好的航拍視頻，若是不符合要求可重新進行航拍。

無人機返航可以手動返航也可自動返航。在拍攝完成、電量不多或遇低電量警報等情況下，必須返航。當自動返航時，無人機默認起飛的地點和航線；當手動返航時，降落點應該選擇平坦寬闊、無人站立的地面降落[1]。

2.2 航拍視頻處理和攝像追蹤

將無人機航拍視頻導入Pr 中，剪輯出想要的視頻節段后將其導出為JPEG 序列文件。注意：若是航拍視頻為多個文件，嚴禁將其剪輯為1 個視頻文件，以防止后續進行攝像追蹤時報錯；儲存路徑和文件名稱不能有中文，不然后續Boujou 步驟也會出錯。

完成后打開Boujou，點擊Import Sequence，導入之前處理的航拍視頻序列，幀數與Pr 中設置一致，導入完成后即可進行攝像機路徑追蹤。選擇Track Features，在彈出的窗口選擇Advance 進行進一步設置：調節追蹤點的數量，如果視頻過長可調至最低；勾選Fast Tracking，點擊Start 進行分析。分析成功后軟件的視頻畫面中會出現大量的紅色十字點；下一步是求解相機路徑，為此點擊Camera Slove，在勾選相關設置后，等待求解完成。求解成功后視頻畫面上的紅色點消失，出現藍色或黃色的追蹤點（見圖2），之后即可導出攝像機路徑。

圖2 追蹤完成效果圖

在視頻窗口中框選全部跟蹤點，選擇Scene Geometry，再選擇Add Coord Fem Hint，其中的Type 一般選擇x-y plane；然后點擊Connect to selected，再點擊Update Coord.Frame，則坐標系統設置完成。

在各追蹤點中選擇幾個跟蹤效果較好的點，如道路標線頂點等，選擇的跟蹤點要靜止不動；之后用右鍵選擇Flag for export，進行導出定義。選擇Export camera，導出格式選擇AE 能識別的.ma 文件；設置導出比例大小，注意勾選Export flagged tracks only 以防導出所有的追蹤點[2-4]，如圖3 所示。

圖3 路徑導出設置

2.3 CAD 紅線文件處理

在CAD 中提取出道路紅線圖層并另存，調整線型和線寬。在CAD 中添加新的繪圖儀，生產商選擇Adobe，型號選擇PostScript Lever 2，設置繪圖儀名稱，完成打印設置。打印處理好的CAD 紅線文件，繪圖儀選擇剛才添加的繪圖儀，打印出的文件格式為EPS 格式。

用AI 打開生成的EPS 文件，并另存為.ai 格式文件[5]。

2.4 航拍視頻添加紅線及標注

在AE 中新建項目，將相機路徑文件拖動到工作空間并雙擊打開此合成，然后將航拍視頻文件以及紅線ai 文件拖入此合成中；將視頻文件置于最底層，紅線ai 文件置于最頂層，并開啟紅線的3D 圖層和連續柵格化圖層；選擇一個合適追蹤點，復制其變換屬性并黏貼到紅線圖層，將紅線不透明度設置為100%，再對紅線位置進行細致調整，使其與實際位置重合。在調整過程中只調整紅線文件的錨點、位置、縮放及繞Z 軸旋轉，如圖4 所示。在調整過程中可繞Z 軸進行旋轉但盡量不要對Z 方向位置進行調整；可先將錨點挪動至紅線的中心部位再進行紅線位置的移動和選擇；在移動位置時不能選中紅線圖層在視頻合成界面中直接進行移動，而應在下方圖層界面中選中所要移動的對象，在右側的數據中用左鍵點擊1 組數據左右拖動進行調整[6]。

圖4 功能調整

在調整完縮放后，視頻中的紅線顏色可能會淡化，此時打開紅線的ai 文件，可以在AI 中框選所有線段，并手動設置線寬，若需要標注不同顏色或線型時也可以在AI 中進行設置；設置完成后保存文件，在AE 中紅線會自動進行相應的調整，位置與大小不會發生改變。

在進行路名和拆遷標注時，可根據項目需求來做，一般的方法是可以直接在需要標注的相應位置處找一個跟蹤點，然后用右鍵建立文本、空白、實底，進行相應的位置調整?；蛘呖梢越⒑铣墒謩釉O置標注的樣式，將合成拖動至編輯窗口，在標注位置選擇跟蹤點建立空白，將其變化復制給標注合成，再進行位置調整。

2.5 視頻渲染

可以利用AE 自帶的渲染功能進行視頻的渲染，但該功能渲染視頻過慢，視頻文件也過大，后期還要進行壓縮。因此推薦安裝相同版本的AE 和Pr 軟件，借助Pr 中自帶功能將AE 文件鏈接到Pr 中，之后若有相應的調整，則在AE 中修改完成并保存后，Pr 也會自動調整為最新版本的視頻，不需要再進行二次鏈接將調整好的合成文件導入。在Pr 中可以進行剪輯、視頻加快、添加視頻過渡效果等操作，根據需求設置視頻分辨率、比特率，完成后可以對視頻進行渲染[7]。

3 項目實例

該技術路徑實現后，在本單位多個設計項目的前期方案展示中得到了廣泛運用。以滬松公路（嘉閔高架路—S32 公路）改建工程為例，該項目設計包含了匝道出入口、高架設計紅線、地面道路設計紅線，添加建筑拆遷標注、相交道路路名標注等。其最終成果直觀地展示了用地范圍、建筑拆遷，更加高效地介紹了項目設計方案，如圖5、圖6 所示。

圖5 拆遷標注及紅線類型標注

圖6 相交道路標注

4 結語

在一般市政道路、橋梁項目的前期工作中，設計人員需到項目實地拍攝現狀視頻，然后在方案介紹中將視頻文件與道路紅線文件進行對比，沒有直觀的感受。而利用AE、Pr、Boujou、AI 等軟件，可以在無人機航拍視頻中添加道路紅線及標注，從而得到道路紅線可視化的方法，解決道路設計前期方案展示、征地和建筑拆遷可視化的問題，顯著提高項目方案介紹的效率，且便于溝通。