无人机倾斜摄影技术在公路勘察设计中的应用

杨胜兴

(贵州智恒工程勘察设计咨询有限公司，贵州 贵阳 550001)

1 无人机倾斜摄影技术的特点

和传统航测方式相比，该技术具有显著的优势，主要体现在：首先，对于地物周边实际情况的体现要更加全面。其能够让人员从各个角度观察地物，从而真实的体现出地物的情况，解决正射影像运用中的不足。其次，该技术在对被测物实施几何测量时比较方便，配合相关的软件运用，能够直接在成果模型的基础上量测，扩大测量成果的运用范围。再次，能够采集建筑物的侧面纹理。对于各种三维数字城市运用，运用航空摄影大规模成图的功能，再加上倾斜影像批量提取及贴纹理，可以极大的减少城市三维建模的费用。最后，方便发布。该技术的数据格式可运用成熟的技术，高效在网络中发布，进而对摄影成果进行共享。

2 公路勘察设计中运用的关键技术

2.1 基于航空摄影的视觉三维重建技术

该技术可以对倾斜摄影图像进行处理，形成实景3D模型。基于一定的算法，可以自动识别采集到的倾斜摄影图像，并进行匹配叠合，高效的形成地物表面三角网模型，做到立体化。地表立体模型的形成运用点、线、面表示法，包括空间位置以及属性特征的点，形成实体对象的基本元素，两点连接成线，变成三角形边，由大量的三角形形成的三角网就形成了区域地表的3D表面模型。该技术和传统模型建立的方法存在差异，具有显著的优势，如，能够采集纹理、真实的体现出周边的具体情况、资料具体精准、相关指标能够测量、经济性高、数据质量高和高效建模等，基于对其进行有效的运用，能够促进建模方法的优化升级。

2.2 基于虚拟现实的沉浸式地貌仿真展示技术

其可以分析倾斜摄影得到的成果，并做出展示。虚拟现实技术可利用计算机技术，建立3D虚拟环境，工作人员能够结合自己的想法操作计算机，感受虚拟环境的真实感受，运用该技术，可以把公路地貌通过沉浸式的方式展示，在此基础上，做出评判。

该技术是建立在虚拟现实技术基础上的，用户能够运用交互设备在窗口内对目标区域的相关情况进行浏览，还可以浏览拟建的各项公路设施，带给人真实的感觉，这样相关人员就可以全面的了解不同的设计方案和工程建设区域的环境状况，科学合理的分析，选择出最佳的方案。在勘察设计中运用该技术，其沉浸性以及交互性具有重要意义。

2.3 其他辅助技术

(1)机载LiDAR技术。其与无人机倾斜摄影技术相像，基于对惯性导航系统、激光以及GPS数据采集技术进行集成运用，能够高效的获取和构建大面积的地面点云，给勘察设计提供3D数字地面模型。该技术的优势较多，如，数据产生时间较快、自动化水平较高、精度较高、不易受天气影响等。

(2)车载全景图像数据采集技术。车载信息采集系统就是在采集车顶安装激光以及影像采集设备，并配置IMU以及UPS导航定位系统，车辆在运行中能够对公路周围的数据以及影像实施采集，提取周围环境地理信息数据。

该技术是建立在激光点云、倾斜影像和车载影像基础上的，可以建立实景3D模型，主要负责对激光点云、倾斜影像、车载数据实施空三加密处理，运用LiDAR点云数据，构建3D模型体，其和倾斜影像的自动匹配，加上车载获得的点云数据以及地物要素影像，可以对近地面要素的3D模型以及纹理实施有效的处理，提升精细化水平。

3 无人机倾斜摄影技术在公路工程中的应用策略

3.1 加载控制点和识别特殊区域

通过在实景3D模型中加入有关的控制点，比如，公路工程要经过的村庄、交通基础设施、居民点等。在勘察设计中会遇到一些特殊区域，如，居民区、荒地、特殊性沿途、滑坡、耕地、湖泊等等。运用实景3D模型，可以识别选线区域中的特别区域。

3.2 平纵横设计

这是勘察设计中的一个关键环节，通过运用无人机倾斜摄影技术，形成实景3D模型，可以提升这方面设计的效率以及质量。对于平面设计，应该先在系统中设计有关的指标，比如，编号、设计时速、设计线路名称、起点桩号等，运用无人机倾斜摄影技术形成正摄影图中，实施初步设计。把实景3D模型与正射影像图进行叠合，再继续平面设计，结合地形地物的条件，对公路线路的走向以及平曲线半径等做出相应的调整。完成设计之后，可以通过实景3D模型，直观的看到路面的平面形式；对纵断面设计来说，完成平面设计之后，运用模型能够纵向分析地面，获得纵断面地面线。在纵断面设计的过程中可以得到有关的指标，如，工程造价、工程量等，综合评价有关指标后，能够得到科学的纵断面形式。之后结合相关的情况，如，公路的等级、地面线起伏状况、自然条件影响、汽车动力特征等，依据经济学以及规范性原则，对纵断面实施相应的设计，主要包括坡长、坡度、竖曲线，确保各方面都实现较好的状态，如，工程量、填挖量、行车安全性等等；对于横断面设计，基于前面设计的基础上，运用3D模型横剖地面，结合相关的影响因素，明确横断面的形式。

3.3 多目标方案对比选择

完成设计工作之后，就要借助3D模型立体的展示多种设计结果，并结合各方面指标，全面的对线路方案进行比较分析，选择出最合适的线路方案。

3.4 方案综合评价和展示

明确最佳设计路线后，借助系统的参数化建模，可以结合设计的各项参数，建立立体化的模型，能够将公路工程建设完成之后的运行效果进行模拟展示，为工程和周围环境的协调性评价提供依据。

4 结 语

综上所述，公路勘察设计是公路工程建设中的重要组成部分，传统的工作方法存在较多的问题，比如，成本高、效率低等，已经无法适应当前工作发展的要求，这就需要构建一套新的勘察设计技术体系。无人机倾斜摄影技术可以为勘察设计变革提供机遇，在减少时间和成本的基础上，确保满足公路测绘要求，能够提升勘察设计工作的智能化以及高效化。通过运用倾斜摄影技术，再加上其他辅助技术，可以提升勘测设计的效率和质量，适应公路建设要求，解决勘察设计任务重时间短的问题，还可以提升效益水平，促进公路勘察设计的转型升级。当前无人机倾斜摄影技术在工程建设方面的运用还不够深入，这就需要积极的探索和研究技术，在软硬件方面进行完善，不断的提升影像采集的续航以及精度。另外，还要优化无人机倾斜摄影技术和有关软件的分析及展示功能，为勘察设计水平的提升奠定基础。