公路工程倾斜摄影测量技术应用探讨

王 旭

(1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088)

1 概述

为推进实施《交通运输信息化“十三五”发展规划》，深化BIM等新技术在公路水运工程应用，交通部要求在公路领域选取国家高速公路等重大交通基础设施项目，在水运领域选取大型港口码头、船闸和航道等重大交通基础设施项目，鼓励各单位在规划设计、建造和运维等阶段开展BIM技术应用。设计阶段，深化BIM技术在协同设计、方案比选等方面的应用；建设阶段，深化BIM在移交交付、施工模拟、质量管控等方面的应用；运维阶段，研发BIM+GIS的可视化平台，依托建设期形成的BIM数据库，加强在运营养护、监测应急和管理等方面的应用[1]。交通运输部推进智慧交通行动发展规划为倾斜摄影测量技术在公路工程建设和运维阶段的落地应用指明了方向。伴随着公路事业的蓬勃发展和对技术创新需求的不断提高，倾斜摄影测量技术在全国也得到了越来越广泛地应用，但是总体使用水平较低、使用深度较浅、使用效率较低，同时存在一定的法律和安全风险因素。经过广泛查询和调研，了解到在公路行业目前还没有专门的规范或标准对倾斜摄影测量技术应用有明确的要求，所以利用倾斜摄影测量进行标准化作业、规范化生产就有着广阔的应用前景和发展空间。

2 无人机倾斜摄影测量技术概述

倾斜摄影测量技术是测绘遥感领域近年发展起来的一项新型高新技术，它改变了以往只能从垂直角度拍摄正射影像的局限，通过在统一的飞行平台上搭载多台相机，同时垂直和多个不同的倾斜角度采集影像，获取地面物体更为完整丰富的信息，将用户引入符合人眼视觉的真实直观世界[2]。

而无人机航测系统是高分辨率及高精度影像获取和处理的崭新技术，它以无人驾驶飞行器为飞行平台，搭载数码相机进行拍摄，通过倾斜摄影测量技术，实现对三维立体地理信息的快速获取。相比于传统的数据采集方法，无人机航测系统具有体积小、重量轻、获取影像快、飞行条件需求较低、成本低廉等特点。对于带状特点的公路工程项目采用倾斜摄影测量技术可以更全面的获取工程范围内的建筑物、道路、水系、绿化、交通及其附属设施等高精度的原始影像数据，将影像数据和控制点信息导入自动建模软件，便可以生成测区三维模型成果，经过后处理编辑和加工，又可生成DSM，TDOM，DLG等多种成果[3]。无人机倾斜摄影测量技术流程图如图1所示。

倾斜摄影测量技术的概念最早始于20世纪初期，在一战期间欧洲战场上得到了初步的探索应用，随着理论技术的成熟和应用需求的增多，法国、瑞士和美国等发达国家在倾斜摄影测量的理论研究和技术应用走在了世界前列。自2010年首次引入倾斜摄影测量技术，国内便开启了该技术发展的新篇章，2013年原国家测绘地理信息局给有关直属局配发了倾斜相机和数据处理软件，并对相关单位的业务探索进行了有益指导，这极大激发了从业单位热情。同时在2014年，全国倾斜摄影测量联盟成立，经过十余年的发展，倾斜摄影测量技术在农林、文保、城市规划和水利建设等领域得到了长足的发展。

3 公路工程无人机倾斜摄影测量技术应用措施

倾斜摄影测量技术作为测绘遥感新技术的一个新兴领域，近年来伴随着无人机技术的迅猛发展和多镜头相机、数据处理软件的日益成熟，已经在工程建设领域得到了广泛地应用。公路工程行业作为基础设施领域的重要组成部分，对于新技术、新方法的引进有着迫切的需求。

3.1 响应国家、行业政策，推进公路创新发展

通过技术创新贯彻落实交通强国发展战略，积极践行绿色公路、智慧公路建设的发展理念。

3.2 规范作业方式

无人机使用成本降低，倾斜摄影技术初入门槛较低，造成了表面上无人机在公路行业应用轰轰烈烈，实质上暴露出技术应用不规范、深度不够等问题。

1)合理编制方案可行、技术先进的技术设计书。2)提高作业单位和作业人员对国家及地方相关法律、法规的认识，降低作业风险。3)为项目实施提供合理的软硬件组合方案，提高作业单位的使用经济性。4)给作业人员提供完备的航线设计、数据处理实施指南，提高数据使用和交付质量。

3.3 协同全生命周期应用，满足公路各阶段使用者需求

面向公路工程的规划设计、施工和运维各个阶段，为有关技术、管理人员在使用无人机时提供切实有效的应用实施指南。

4 公路工程无人机倾斜摄影测量技术应用探讨

本文主要针对公路工程倾斜摄影测量数据的采集、处理与应用等工作，提出规范化的实施流程、方法和成果验收指标，使公路行业从业人员在应用倾斜摄影测量技术时有规可循、有章可依。

4.1 适用范围

适用范围主要包括以下四个方面：1)各等级公路、乡村公路的规划设计：成果可用于现状场景调查、地形地貌特征获取、重要地物定位及量算等。2)各等级公路、乡村公路的施工管理：成果可用于便道选线、临设选址、工程进度监控等[4]。3)各等级公路、乡村公路的运维管理：成果可用于辅助养护巡查、特殊工点养护处置等。4)公路相关应急和灾害处理：成果可用于灾后抢险调查、灾害过程记录、三维沙盘模拟等[5]。

4.2 指南框架

1)总则。a.制定指南的目的。b.指南适用范围。c.指南的共性要求以及执行相关标准的要求。

2)术语。选列的术语应是现行公路工程行业标准或相关国家标准中尚无统一规定或在本标准中有特定含义的术语和符号，术语按出现先后顺序排列。

3)基本规定。提出一般应用原则：倾斜摄影测量技术应根据公路工程建设规模、建设条件、工期、经济性等因素，合理确定技术形式。

4)资料搜集与技术计划制定。a.资料搜集:工程作业前应该收集测区范围、航摄要求和基础图纸资料等。b.测区踏勘：应进行测区踏勘，了解测区内与生产、生活等有关的相关情况，如起降场地、较高建筑物/构筑物、危险源等。

5)控制测量。a.基础控制测量。b.像控点布设：按照相关要求对像片控制点进行布设。c.像控点测量。d.成果要求。

6)数据采集。a.航飞条件：根据风速条件、能见度条件、温度条件和光照管制条件对需要预先掌握的条件进行预设。b.飞行平台：结合实际条件选择固定翼无人机或旋翼无人机。c.倾斜相机：结合实际情况选择多镜头相机。d.航线设计：按照实际情况综合选择公路带宽、相对航高、相机倾角、航向旁向重叠率和航线区域规划等。e.成果要求：按照成果格式要求，提出成果检查要求。

7)数据处理。a.预处理：对作业区域分块、格式转换和影响增强等做预处理。b.空中三角测量。c.三维重建。d.成果要求。

8)成果应用。a.规划设计阶段应用：在外业勘察阶段辅助进行房屋综合调查、水系调查和道路调查等工作；工可、初步设计阶段，实景模型宜用在多条线位综合方案比选；施工图设计阶段，成果宜用在线位微调方案比选；工程设计与现状地物有空间位置关系时，宜利用实景模型对图纸进行净空、空间占位等设计校核；实景模型宜与工程模型融合，通过仿真模拟手段将建成通车后场景前置。b.施工阶段应用：可应用于公路工程施工过程中的深化设计、施工组织设计、场址布设、施工模拟、进度及安全监测等工作。c.运维阶段应用：可应用于公路工程基础设施运营养护阶段中的应急测绘、无人巡检、安全隐患排查及安全监测、评估等工作。

5 结语

交通运输部《数字交通发展规划纲要》要求我国数字交通发展要构建数字化的采集体系，推动交通基础设施规划、设计、建造、养护、运行管理等全要素、全周期数字化。公路工程作为交通基础设施重要的载体，与地理环境密切相关，而倾斜摄影测量技术为地理环境全要素数字化提供了强有力的支撑，制定合理规范的公路工程倾斜摄影测量技术指南为行业践行数字交通发展具有重要的指导意义。