市政道路设计中无人机倾斜摄影的应用分析

市政道路设计中无人机倾斜摄影的应用分析

田生贵1殷文2

中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000

摘要：无人机倾斜摄影在市政道路设计中具有高效、精确、安全、灵活等诸多优势，可以为道路设计提供可靠的数据支持，促进设计过程的科学化、智能化和信息化。基于此，对无人机倾斜摄影在市政道路设计中应用优势进行分析，并阐述无人机倾斜摄影技术应用要点，以期为实现市政道路工程高质量建设提供强有力技术支撑。

关键词：市政道路设计;无人机倾斜摄影;应用

1 无人机倾斜摄影在市政道路设计中应用优势分析

无人机倾斜摄影可以在较短的时间内覆盖大范围的地区，远比传统的地面测量或载人飞机摄影更加高效。这种高效性可以大大节省项目的时间和成本。倾斜摄影可以提供高分辨率、高精度的地形和地物数据，可以捕捉到细微的地形变化和特征。这些数据对于市政道路设计中的地形分析、道路线路选择以及排水设计等方面都至关重要。倾斜摄影产生的数据具有立体视角，可以提供更加真实和立体感的场景，有助于工程师更好地理解和分析地形地貌特征，从而进行更精确的设计[1]。使用无人机进行倾斜摄影可以避免人员直接进入危险区域进行测量工作，降低了施工人员的安全风险。这对于复杂地形或需要长时间测量的区域尤其重要。无人机倾斜摄影技术可以实现实时监测和数据更新，工程师可以随时获取最新的地形和地貌数据，及时调整设计方案或进行施工监测。

2 市政道路设计中如何应用无人机倾斜摄影

2.1 市政道路设计中地形图获取流程

在市政道路设计中，确定需要进行地形图获取的区域和范围，制定飞行计划和数据采集方案。获取必要的飞行许可，并遵守当地和国家的相关法规和规定。对飞行区域进行勘察，了解潜在的障碍物、安全风险和其他可能影响飞行的因素。利用专业的飞行规划软件设置无人机的航点，确保飞行轨迹覆盖整个测量区域。其主要流程如图1所示。

图1 市政道路设计中地形图获取流程

2.2 数据采集前准备

确保无人机和相关设备处于良好状态，包括电池、相机、GPS等。在飞行前监测天气状况，确保飞行时的光照和风速适宜。培训飞行员和操作人员，确保其熟悉设备操作和紧急情况处理。

2.3 数据采集和处理

根据事先规划的飞行轨迹，使用专业的无人机航迹规划软件，根据项目的要求和地理特征规划飞行轨迹[2]。考虑地形起伏、障碍物、建筑物等因素，确保全面性和覆盖度。在实际执行任务前，进行无人机的预飞检查，包括飞行器状态、电池电量、传感器工作状况等。确保无人机设备正常运行。在规划的航迹上启动飞行任务，保持对无人机的监控，确保其按照预定轨迹稳定飞行。通过搭载的倾斜摄影设备，以事先规划的航迹完成图像采集。倾斜摄影设备可以在飞行过程中调整摄影角度，实现对地面目标更全面的覆盖。采集到的图像数据需要迅速、可靠地传输到后续处理系统。这可以通过无线网络或者将存储卡等物理介质带回处理中心实现。使用专业的图像处理软件，如Pix4D、Agisoft Metashape等，对采集到的图像进行处理。进行相机姿态、畸变等方面的校正，确保图像具有准确的几何特征。将各幅图像进行配准，使其在同一坐标系下具有一致性。将校正和配准后的图像拼接成全景倾斜摄影图像。进行数据质量检查，确保图像质量良好、没有明显的拼接误差或畸变。注意检查是否有遗漏的区域，以及是否存在异常或不寻常的地形特征。存储处理后的数据，并进行备份，以防止数据丢失或损坏。根据需要，将处理后的图像数据转换成标准的地理信息系统（GIS）可用的格式，以便后续的地理信息分析和设计应用。

2.4 RTK技术控制测量与数据精度评定

在无人机倾斜摄影中，RTK技术可以实时对无人机的位置进行定位，从而提高航拍图像的地理定位精度。RTK系统由基准站和移动站（无人机）组成，基准站通过接收GPS或其他卫星导航系统的信号，并在地面上进行位置测量，从而计算出无人机相对于地面的准确位置。在测量区域内选择一个位置作为基准站，设置RTK基站设备。基准站设备进行位置校准，确保其准确的地理坐标。将无人机上安装RTK接收器，确保无人机设备支持RTK技术。在飞行任务中，RTK技术实时为无人机提供准确的位置信息[3]。在飞行过程中，记录无人机的位置信息以及拍摄的图像数据。对处理后的倾斜摄影图像进行精度评定，以确定图像中地物位置的准确性和一致性。在测量区域内布设一定数量的控制点，这些点的地理位置已知。使用全站仪或GPS等工具，测量控制点的实际地理坐标，并记录下来。将采集到的图像与控制点的实际地理位置进行配准，将图像中的特征点与地面实际点进行匹配。对配准后的图像进行精度评定，比较图像中地物位置与控制点的实际位置，计算图像的水平和垂直精度。要求地形图的水平精度和垂直精度都在一定范围内，例如水平精度在几厘米到数十厘米之间，垂直精度在数厘米到数十厘米之间。

2.5 无人机倾斜摄影建模

利用倾斜摄影图像进行三维建模，无人机倾斜摄影可以获取到多个角度的图像，通过将这些图像进行三维建模，可以获取地形和地貌的真实立体信息。在建模过程中，需要使用专业的软件，如Pix4D、Agisoft Metashape等，以及计算机视觉算法，来对倾斜摄影图像进行处理和分析。通过对图像进行配准、特征点提取和三角测量等步骤，生成三维点云和三维模型。利用倾斜摄影图像，可以进行地物信息的解译和提取，包括道路、建筑物、植被等地物。在解译过程中，可以通过人工解译、图像分类等方法，将倾斜摄影图像中的地物进行提取和识别。利用计算机视觉算法和机器学习技术，可以自动识别和提取特定地物，提高地物信息提取的效率和准确性

[4]。倾斜摄影建模和地物信息提取广泛应用于市政道路设计中，可以生成真实的三维地形模型和地物信息，为道路设计提供重要的空间数据支持。倾斜摄影建模还可以用于道路线路选择、地形分析、视觉模拟等方面，帮助工程师更好地了解地形地貌特征，进行规划和设计。地物信息提取可以用于道路设计中的道路状况评估、交通流量分析、绿化设计等方面，为道路设计的综合考虑提供数据支持。

图2 市政道路设计中无人机倾斜摄影建模

2.6 数字地形图测绘及成图

利用建模结果生成数字地形模型（DTM）和数字表面模型（DSM）。将提取的地物信息（如道路、建筑物、植被等）与数字地形模型和数字表面模型进行整合。这一步骤可以利用GIS软件进行，将地物信息叠加到地形地貌数据上，形成一张综合的地图。根据项目需求和设计要求，生成相应的地图产品。地图产品包括但不限于高程图、坡度图、等高线图、土地利用图、遥感影像地图等。地图产品的生成可以通过专业的地图制作软件完成，根据不同的要求进行设计排版，最终输出成图。生成的地图产品可以用于项目的成果展示和交付。根据需要，地图产品可以以电子格式或印刷格式提供，以便项目团队和相关利益相关者使用和查看。数字地形图和地图产品在市政道路设计中具有重要应用，可以为设计人员提供详细的地理信息，帮助其进行规划、设计和决策。对生成的数字地形图进行校核，确保数据的准确性和一致性[5]。检查生成的地形图和相关成果数据，确保其满足市政道路设计的需求。

3 结语

综上所述，无人机倾斜摄影系统具有较强的灵活性，可以根据项目需求随时调整飞行计划和拍摄参数，满足不同区域和场景的测量需求。相比传统的测量方法，无人机倾斜摄影不需要大量的人力和物力投入，减少了对环境的干扰和破坏，符合可持续发展的理念。

参考文献

[1] 无人机倾斜摄影在市政道路设计中的应用[J]. 常远;张胜.北京测绘,2022

[2] 无人机倾斜摄影三维建模的工程量计算及管理差异研究[J]. 刘文韬;韩学勇;宋小康.建筑技术开发,2023

[3] 无人机倾斜摄影技术在测绘工程中的实施与应用[J]. 王卫敏.江苏建材,2024

[4] 无人机倾斜摄影在矿山地形测量中的具体应用[J]. 杨宝.中国金属通报,2023

[5] 无人机倾斜摄影技术的应用[J]. 徐生望.世界有色金属,2017