市政道路设计中无人机倾斜摄影的应用分析

毕翔

(厦门市市政工程设计院有限公司，福建 厦门 361000)

市政道路设计作为市政工程项目建设前一项重要工作，其设计水平直接决定着后期市政道路使用效果。将无人机倾斜摄影应用于市政道路设计中，有利于提升设计工作中各类数据信息获取效率和准确性，为合理制定市政道路设计方案提供参考依据，进而将该项技术优势充分发挥。无人机倾斜摄影如何在市政道路设计中有效应用，是目前各相关人员需要考虑的问题。

1 无人机倾斜摄影在市政道路设计中应用优势分析

市政道路工程作为惠及民生的建设项目，其中市政道路设计作为工程项目建设前期阶段的重要工作之一，保证市政道路设计水平，不仅可以为市政工程顺利建设提供基础保障，又能进一步提高该项目建设的经济效益和社会效益。

在市政道路设计工作开展过程中，要综合考虑多方面影响因素，为提高市政道路设计水平，可以将无人机倾斜摄影技术引入并应用于市政道路设计中，以航拍航测方式快速且准确获取目标物影像数据，为市政道路设计提供全面性、真实性的数据，以解决市政道路设计工作中所遇到的难点问题，实现市政道路设计方案科学、合理制定[1]。

市政道路设计是一项综合性、系统性工作，发挥无人机倾斜摄影技术在数据采集与测量方面优势，借助无人机设备对规划测区的影像数据进行快速采集，并将所采集到的数据导入相应数据处理系统中，可在系统中自动生成三维实景模型，将测区内地物外观、位置、高度等关键参数直观地反映。同时将多台传感器安装于无人机内部结构中，可以满足不同方位影像数据获取需求。相较于传统测量技术，无人机倾斜摄影技术在市政道路设计中合理应用，不仅可以弥补传统测量技术所存在不足，又能提升数据采集、处理等环节操作便捷性，有效减少后期市政道路设计时间成本投入。

2 市政道路设计中如何应用无人机倾斜摄影

2.1 项目概述

本文以厦门新机场片区翔安东路(翔安南段—机场快速路段)道路工程为例，为了更好地满足道路工程设计阶段用图要求，需要在此项工作中完成道路两侧各40m范围的数字化测量任务，为后期道路工程建设提供准确地设计用图及道路纵断数据。

该工程项目位于厦门翔安区与莲河片区，第一段工程中溪东路主线高架长约2.4km，溪东路周边道路现状如图1。其中跨翔安南路立交主线长约0.746km。翔安南路互通主线长度为0.7km，地面层改造长约2.9km，立交匝道长的2.1km。路线起点是翔安南路立交上跨莲河中路顺接滨海东大道。

第二段工程起于滨海东大道终于机场快速路段，地面层路线长约3.6km，无高架部分长度为0.659km，高架层总长约4.168km。路线起点顺接滨海东大道与溪东路立交口南端左右转匝道，呈南北走向，向南延伸并跨过海域，终点通过地面层与高架层分别与机场快速路不同路段顺接。其中地面层与机场快速路平交于上红壁村，高架层与机场快速路顺接于下红壁村。本次拟提升改造为80m宽横断面。

2.2 无人机倾斜摄影技术要点

2.2.1 市政道路设计中地形图获取流程

在市政道路设计工作开展过程中，充分利用无人机倾斜摄影技术特性，再结合工程所在区域实际情况，明确市政道路改造设计中地形图获取流程，主要涉及外业数据采集、内业数据建模以及地形图制作等流程[2]。通过应用高等级控制网，做好现场测量控制工作，在此基础上建立市政道路改造设计对应基准网，并应用无人机设备完成相关影像资料获取，同时将获取的影像资料导入专用软件中，搭建三维实景模型，用于制作市政道路改造设计所需地形图。市政道路设计中地形图获取流程示意参考图2。

图2 市政道路设计中地形图获取流程

2.2.2 数据采集前准备

由厦门市测绘信息服务中心建设的厦门市卫星定位连续运行基准站系统(即CORS系统)作为本次测量起算数据；基于《城市测量规范》(CJJT 8—2011)(以下简称《规范》)、《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范》(CH/T 2009—2010)(以下简称《RTK技术规范》)、《1∶500、1∶1000、1∶2000地形图图式》(GB/T 20257.1—2007)以及《数字测绘成果质量检查与验收》(GB/T 18316—2008)等国家现行规定标准，着手开展市政道路设计所需数据信息采集工作，以保证数据采集过程规范性与全面性。

本次测量工作中平面坐标系统主要采用“92厦门坐标系”，属1.5°带高斯平面直角坐标系，中央子午线118°30′，高程系统采用85国家高程基准。

2.2.3 数据采集和处理

综合考虑市政道路工程所在区域交通量大、交通组织复杂程度高等特点，为了进一步提升无人机倾斜摄影技术应用效果，并保证数据采集效率和准确性，提出在应用无人机正射或者倾斜摄影技术灵活运用以满足设计人员或者业主的要求，不仅能为前期业主规划了解提供更加准确且真实地数据，又能有效强化测量工作质量控制。

首先，在数据采集环节，通过对无人机倾斜摄影技术进行应用，对工程项目施工区域地物信息全面采集，再整合和处理无人机所获取到的原始影像及其他数据信息，以保证后期无人机倾斜摄影测量建模的高精度。

其次，为准确获取市政道路工程项目施工区域地面物顶部及四周纹理影像，要集成无人机、传感器、GPS接收机等相关设备建立一体化测量体系，结合现场实际情况和测量工作要求，确定测量区域内传感器设置数量。由于受到无人机续航能力不强制约，测量人员应在数据采集之前，合理选定现场测量区域，避免后期发生数据采集与测量不准确、时效性较差等问题。待测区选定与规划完成后，要保证每个测区均匀布设像控点及检核点，确保无人机倾斜摄影在市政道路设计中有效应用。

最后，整合前期所获取到的影像数据，待影像数据整合完成后，将其导入相应平台中并进行处理，如大疆成图软件或者CC成图软件完成数据的预处理。各项数据在数据处理平台中导入后，可以运用GPS接收机的数据和POS数据联合解算，即像控点的导入和刺点工作，再高精度处理其他数据，即可获取前期规划测区对应的数据信息，主要包括DSM数据和DOM数据等，加强数据处理环节操作规范性控制，以保障市政道路设计中实景三维模型搭建有效性[3]。

2.2.4 RTK技术控制测量与数据精度评定

1)采用网络RTK测量方法接收由厦门市测绘信息服务中心建设的厦门市卫星定位连续运行基准站系统(即CORS系统)播发的数据，并作为本次测量起算数据，沿工程线路检查测区内已有一级控制点。

2)RTK控制点平面坐标进行测量时，流动站采集卫星观测数据，并通过数据链接收来者CORS基准站的数据，实时处理系统内组成差分观测值，再以坐标转换方法将观测得到的地心坐标转换为制定坐标系中的平面坐标。平面坐标点位精度点位中误差≤±5CM，边长相对中误差≤1/10000。RTK平面控制点测量精度及技术规范参考表1。

表1 RTK平面控制点测量精度及技术规范

此外，采用RTK测量控制点时，要保证高程的准确性，使用水准闭合观测，软件平差获得结果，观测的单站前后视距差1.5m，累计视距差10m。

2.2.5 无人机倾斜摄影建模

将前期阶段通过无人机倾斜摄影所获取数据导入相应数据处理系统中，并在系统中自动生成对应的三维实景模型；可以利用Context Capture软件辅助完成多幅航片处理，以节省三维实景模型搭建时间。待无人机倾斜摄影建模结束后，需要做好以下几项工作。

1)转换无人机倾斜摄影数据格式。因现阶段无人机倾斜摄影测量系统中均有安装自动建模软件，可以满足无人机倾斜摄影数据采集与处理完成后，直接导入数据搭建三维实景模型的需求。为了提升市政道路设计合理性，可在该环节引入Cass 3D技术，将无人机倾斜摄影数据所对应的标准输出格式进行确定，保证各类数据格式统一性，方便后续对其进行存储和管理[4]。

2)利用Cass 3d技术可视化、位置检查、设计方案优化等功能，可以向设计人员直观地展示市政道路项目模型在实景中的位置，了解各要素之间的高度关系，及时发现潜在设计缺陷，做好Cass 3D技术该环节所需数据坐标转换，确保无人机倾斜摄影数据与设计数据有效融合及应用。

2.2.6 数字地形图测绘及成图

以地形图测量比例尺为1∶500为标准，可采用全站仪外业采集和RTK动态地形测量1∶500数字地形图。具体操作流程如下。

1)外业采集。借助全站仪进行外业数据采集，由于本项目为旧路改造设计，保证地形地物的数字精度非常必要，其中道路、街、巷、加固坎等转点、道路两侧房屋、围墙或者其他可起界线(点)作用且耐久牢固角点(边线)明确的地物等要素角点均设置为一级地物点；其相对临近控制点点位中误差≤±3.0cm。处于隐蔽地区(布设附合图根导线非常困难)的房屋、围墙或者其他可起界线(点)作用的建筑物或构筑物等要素角点均设置为二级地物点，其相对临近控制点(二级图根点以上各级控制点)点位中误差≤±5.0cm，其他地物点相对临近控制点(含二级图根点以上各级控制点)点位中误差≤±7.5cm。测量人员严格按照上述精度规范要求进行外业采集。

2)采集作业开始前，需要对仪器进行检查和校正，尤其是要加强对容易忽略配件的检查和校正，如中器检查，脚架检查以及棱镜常数检查等。

3)测定细部点边长以全站仪单程测定标准为依据，水平角、垂直角仅需观测半测回即可。

4)提升对测站点和定向点选择工作重视程度，防止出现测量边比定向边更长的问题。作业开始时，应对测站点和定向点是否符合精度要求进行检查，若检核结果超限，需要仔细查找原因，重新检查，直至测站点和定向点检查符合规定限差后方可进行作业[5]。

5)注意仪器对中整平处理，若长时间置于一个站，应随时观察气泡偏离情况，当气泡偏离值超限情况出现时，则要重新对中整平，再次进行定向，方可准确开展下一步作业。

6)地形图要素采集要严格按照规范要求执行，将前期所采集的数据传输到计算机中，并用专业软件进行编辑成图，最后在AutoCAD2004中完成出图。

2.2.7 成果数据处理与检查

待RTK控制测量外业数据采集完成后，相关人员应及时对其进行备份和检查，借助仪器自带内存卡或数据采集器处理RTK控制测量外业观测记录。基于RTK技术施测的控制点成果数据检查，应进行100%的内业检查和不少于总点数10%的外业检测，平面控制点外业检测可采用相应等级的卫星定位静态(快速静态)技术测定坐标、全站仪测量边长和角度等方法；高程控制点外业检测可采用相应等级的网络RTK高程测量、几何水准测量等方法；检测点应均匀分布测区。

3 结语

综上所述，数据采集作为市政道路设计工作中的重要环节，将无人机倾斜摄影技术应用于市政道路设计中，不仅可以提升数据获取效率，又能保证数据采集准确性、全面性以及真实性，为后期合理设计市政道路提供有价值参考依据同时，又能进一步提高市政道路工程建设水平，实现工程项目建设经济效益与社会效益最大化。