无人机倾斜摄影技术在陶家隧道项目二标中的运用

吴 洋 胥松奇 刘子睿

(1.中交第三航务工程局有限公司交建工程分公司 上海 200000；2.中交三航（重庆）生态修复研究院有限公司 重庆 400000)

一、工程概况

陶家隧道项目是城市快速路五横线的一部分，是重庆市快速路网的重要组成部分。是推进成渝城市群交通基础设施互联互通，推动成渝地区双城经济圈建设的重要基础设施。项目区位如图1所示。

图1 项目区位

项目起于绕城高速西侧九龙坡与江津交界处，途经陶家镇、中梁山、跳蹬、小南海等片区，终点接快速路二纵线李家湾立交。陶家隧道是本项目穿中梁山段而设置的隧道，位于华福隧道南侧约2.0km，西侧为九龙坡陶家片区，东侧是大渡口小南海、跳蹬片区。陶家隧道项目整体呈东西走向，起于绕城高速西侧九龙坡与江津交界处，途经陶家镇，以特长隧道形式穿越中梁山，经跳蹬、小南海等片区，终点接快速路二纵线李家湾立交，线路全长约20km。

项目主线设计标准为城市快速道，设计车速80km/h，主线双向6～10车道，主要工程包括2座全互通式立交（朱家湾立交（远期）、小南海组合立交），3座简易立交（南北大道立交、白彭路立交、铜陶路立交），特长隧道1座（陶家隧道，左洞长3.630km，右洞长3.631km）。其中二标段包含陶家隧道段（ZK13+620～ZK15+440、YK13+620～YK15+441）与隧道东至终点段。

二、无人机倾斜摄影技术

随着无人机技术的逐渐成熟，无人机倾斜摄影作为航测领域的高新技术手段，在工程建设中的应用已经愈发广泛[1]。该项技术通过三维重建，可精确还原影像获取时刻地物的三维实景模型，测量精度及效率相较于传统测绘也得到大幅度提升，因此该技术已广泛应用于水利、市政、路桥等多个工程领域[2]。

本项目作为市政项目，建设条件复杂，项目周边用地受限，空间局促，自然地形高低起伏，红线范围内包含较多水域，标尾接城市建成密集区。因此，在项目施工前期利用无人机倾斜摄影技术建立实景三维模型，详细了解项目红线范围内及红线周边的实地情况是必要的[3]。

三、项目倾斜摄影作业

（一）航线规划

首先在GIS软件中导入项目红线，然后以项目红线为依据来划定无人机倾斜摄影拍摄范围，本项目作业根据所选用的无人机的电池巡航等实际情况，共划分了10个区域的作业范围。图2所示为项目红线与10个作业区域的相对位置关系。

图2 项目红线与10个作业区域的相对位置关系

将划定好的无人机倾斜摄影作业范围导入到无人机飞行APP中，设定相关飞行参数，即可在相应作业范围内生成无人机飞行航线。如图3所示为作业范围1对应的无人机航线，其他区域情况类似。其中飞行主要参数设置具体为：航高100m-120m、云台俯仰角度-45°、旁向重叠率70%、航线重叠率80%、旁向重叠率（斜）60%、航向重叠率（斜）70%。

（二）实地作业

项目作业采用大疆精灵4 PRO V2.0型号无人机，其配备1英寸2000万像素图像传感器，OcuSync 2.0系统可实现10公里图像传输，采用机械快门，最高快门速度可达1/2000秒，可在作业过程中有效防止拖影，避免对建模质量造成影响。

因项目作业范围为带状，在实地作业时，按“Z”字型的布点方式在项目全线共布设了16控制点，为方便考虑，控制点一般布设在了已建道路路面交通标志顶点处，并用RTK测量出每个控制点的经纬坐标并记录，以便在后续模型生产过程中进行融入计算。

（三）模型生产

项目全线作业共采集到4088张照片用于模型重建。将控制点融入计算后生产出的项目全线实景三维模型，模型细节见图4。由模型细节图可见，生产出的实景三维模型中建筑物结构轮廓清晰，建筑物表面纹理清晰、无拉花，模型重建质量较好。

图4 模型细节

四、模型精度验证

根据软件空三计算检验报告显示，本次项目作业的平均地面分辨率为38.61375mm/像素，重投影误差（RMS）为0.62像素，建模误差平均在23.940525mm左右，所有连接点的重投影误差都集中在较小范围内。

五、无人机倾斜摄影技术在施工前期中的运用

在市政道路项目中，项目与地理信息的关联性强。基于传统的二维软件（AutoCAD等），项目施工人员直观地了解了解地理环境现状。本文通过将重建出的项目全线实景三维模型与项目红线叠加，如图5所示，使得项目施工人员能够详细了解项目红线范围内及红线周边的实地情况。在项目施工前期，项目施工人员以项目实景三维模型为指导，减少了项目施工人员的外勘频率，提高了外勘的效率[4]。

图5 实景三维模型与项目红线叠加

六、结束语

本文以陶家隧道项目二标为依托，利用无人机倾斜摄影技术建立项目全线实景三维模型，并进行了精度检验，结果表明无人机倾斜摄影技术作业快、精度较高。在施工前期，进行了实景三维模型与项目红线叠加，使项目施工人员能够详细了解项目红线范围内及红线周边的实地情况，减少了项目施工人员的外勘频率，提高了外勘的效率，可为类似市政工程项目的前期技术应用提供参考与借鉴。项目将进一步探究无人机倾斜摄影技术在深化施工后的运用。