杨华杰
中国二十冶集团有限公司；上海宝山区 201900
摘要：本文笔者结合多年实践经验，就市政道路工程设计中倾斜摄影技术的应用进行了一些分析和研究，无人机倾斜摄影技术与BIM技术结合应用于市政道路设计中。利用无人机倾斜摄影技术获取项目区域的三维实景模型，为市政道路BIM设计提供真实、准确的三维基础数据，通过BIM技术可快速完成方案设计与方案比选。通过具体应用实例表明，该技术方法在市政道路设计中具有明显优势，可更加直观、形象地展示设计方案，高效地完成设计工作，并为拆迁量统计、工程量计算等提供了新的方法。
关键词：市政道路；工程设计；无人机；倾斜摄影；BIM技术；应用
引言
当前在城市规划、水利和公安等多个行业中，均普遍使用倾斜摄影技术，并取得了良好的效果。由于道路设计、应急等工程的施工标准较高，且倾斜摄影技术的发展水平相对成熟，使倾斜摄影技术在交通行业中成为更为重要的技术手段。倾斜摄影三维技术的产生不但能够在道路设计的前期阶段形成理想的方案，同时还可在后期道路应急以及成果的展示等方面均提供有效的辅助与支持。
1、无人机倾斜摄影与BIM技术的原理及应用
1.1无人机倾斜摄影技术原理
倾斜摄影技术在整个摄影测量行业中属于较为前沿的技术类型，其不但能够客观反映地物的真实情况，对地理信息进行精准反馈，同时还可通过更为先进的定位、建模等技术手段来形成更为准确的三维场景模型。
技术人员可在同一平台搭建多个传感设备，以此获取不同位置的影像信息。当前使用频率较高的是五镜头的相机，可同时在垂直、倾斜等多种角度来搜集影像信息，从而构成完整而准确的地面物体信息。五镜头相机的构成部分为一个与地面垂直的相机和产生一定夹角的四个相机。不同相机对同一各地物实施拍摄，可从各个角度获取影像信息，从而对信息内容进行处理，最终形成三维实景模型。飞行平台可选择多旋翼无人机，该种平台的飞行稳定性更高，起飞条件不高，且操作较为简单，成本方面也更有优势。本文便通过六旋翼无人机和五镜头相机综合形成倾斜摄影测量的系统，对指定区域进行航测，完成立体的建模工作。无人机倾斜摄影测量系统如下图。
图1：无人机倾斜摄影测量系统示意
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通过规划具体的航线和参数信息，可实现无人机在无人驾驶的状态下完成飞行任务，获得目标区域内重叠度和清晰度更高的航片，并在区域内设置多个像控点位，运用专业的建模软件，并综合运用相机文件等，经过图形计算获取多个航片内容，对其进行空三的加密测量。通过对影像密集匹配等专业手段的处理来获取具有纹理效果的三维实景图，具体的建模原理如图2。
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图2：三维实景建模原理
1.2无人机倾斜摄影技术应用
运用倾斜摄影技术手段能够形成目标区域的三维实景模型，可对现场的环境进行客观呈现，为设计工作提供必要的便利条件。三维实景模型可对项目区域进行更为完整和清晰的记录，并对区域内的各种建筑、设施等进行精准度更高的建模，对不同物体的距离和交叉关系等进行精准呈现，避光发挥长度、体积等测量的优势，为市政道路设计工程提供可靠的数据参考。三维实景模型与传统的设计方式相比，能够获得精准度更高的图形数据，与DEM叠加DOM所形成的三维模型相比更为真实有效，可对市政、结构物等进行三维建模，真实反映测量现场的情况，实现准确度更高的记录。倾斜摄影技术所使用的相机像素更高，镜头数量也更多，在区域航测时能够形成更高重叠度的三维实景模型，从而能够实现对项目区域的全面测量工作。获取的三维模型可通过使用相应的数据处理技术获得数字线划图等参数信息，与以往的测绘方式相比，在数据的获取效率、质量和精准度等方面均可体现出明显的优势特征。
1.3无人机倾斜摄影技术与BIM技术的结合应用
市政道路在设计期间具有交通量大、组织复杂、区域较窄等特征，同时还需其他专业紧密配合，因此在开展设计活动期间，需全面考虑到各类要素，对设计方案的合理性提出更高的标准，在市政道路设计工作中运用BIM技术，可在较短的时间内形成更为合理的三维设计方案，通过使用无人机倾斜摄影技术来获得三维实景模型数据，以此作为BIM设计的基础数据信息，可基于实景模型对道路的平面、横纵断面等进行设计，并可便捷衡量设计方案与实际条件的匹配程度，从而验证设计的合理性。
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图3：无人机倾斜摄影流程
2、应用实例
某项目为市政道路的新建项目，业主对工程实施的进度要求较高，对此如果运用勘察设计的方法便较为紧张，通过全面的对比，最终确定使用无人机航测技术，完成道路选线的设计。对重点区域进行道路设计，可选择长度为6Km、宽度为400m的三维实景建模，通过形成实景模型来完成对道路的BIM设计工作。
2.1倾斜摄影数据获取与模型生成
在对航测方案进行设计方面，多旋翼无人机的体积和噪音相对较小，重量也较低，飞行速度较为缓慢，飞行距离也更短。固定翼无人机的特征为飞行距离更长，巡航面积大、速度快、高度高等优势特征，不能通过悬停方式来获取影像信息。通常，固定翼无人机可发挥其续航长、负重能力强等特征，通常运用在地震勘察、禁毒、洪涝灾害调查及野生动物检测等范围。多旋翼无人机的飞行灵活度较高，在空中的悬停体积小，通常应用于航拍、农业植保等方面。因此可结合项目的具体特征综合考虑使用具体的无人机类型。
受到续航能力的影响，需将无人机的摄影面积划分为7个测区，共使用7个飞行架次。在区域内布设62个像控点，从而提升模型的数据精度水平。由无人机倾斜摄影所获取的数据信息，以及模型形成的工艺可纳入无人机航线规划、外业航测、成果检查与验收等中，具体如图3所示。在对航线进行规划时，不但需获得重叠度更高的航片，同时还需保证作业实施的效率。如像控点及检核点坐标可运用RTK手段进行获取。在无人机进行外业航测时，需选择地势平坦的区域起航，无树木等障碍物的遮挡，同时上方无输电线，保证电量充沛及飞行安全。进行业内处理时，可使用ContextCapture软件来全面掌握三维实景的模型。最终需对模型的精度水平进行检验，保证模型具有理想的质量和精度水平。
2.2三维实景模型与市政道路BIM设计的结合应用
该项目可使用OpenRoads Designer将BIM设计与倾斜摄影技术融合使用，将三维的实景模型加载到OpenRoads Designer中，这样便可实现在真实的地表中进行道路设计，并发挥多种功能作用。
2.2.1道路红线标识及拆迁量统计
运用无人机倾斜技术，可掌握市区内精度较高的三维实景模型信息，将设计方案与实际进行对比，二者运用的坐标参数相同，因此可结合坐标信息的准确套合来尽快获取道路红线在模型中的具体方位，也就是说能够确定工程道路红线准确的位置，精准定位，具体如图4.
三维实景模型能够更为准确地对现场进行还原，并清晰记录楼房的面积、外观等情况。基于红线圈定的范围，可直接确定道路建设所需土地的类型、面积等信息，确定需拆迁的树木、线杆等，从而对拆迁量的准确统计。
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图4：道路红线标识
2.2.2 道路BIM设计
可通过使用三维实景模型为设计工作提供精度更高的地形数据信息，使用OpenRoads Designer完成道路的平面及横纵断面等BIM设计工作，具体如图5.实景模型能够辅助设计人员将工程现场的情况进行真实还原，并可深入研究和验证方案制定的科学性与可行性，通过使用BIM技术能够形成多种方案类型，设计人员可结合实际情况和项目需求从中选择最可行的方案进行施工。
图5：道路BIM设计
2.2.3 工程量计算
可运用BIM技术手段将方案绘制到三维实景中，这样便可在较短的时间内计算出工程所需要挖掘和回填的土石方量，准确对工程量进行预估和计算，这样不但能够为施工方案的设计提供更为准确的数据参考，同时还可对施工过程中的辅助工程量进行计算，全面提升工程实施的精准程度，有效降低不必要的成本浪费，提升工程建设的效率和质量，体现出工程设计和施工的专业性。
3结语
总之，在实践分析过程，无人机倾斜摄影技术的应用十分广泛，通过科学的分析无人机倾斜摄影技术，提高了市政道路工程设计效率，利于全面制定更加高效的规划方案与设计形式，从而提高市政道路工程设计水平，作为技术人员，要加强实践研究能力，进一步为无人机倾斜摄影技术发展提供有效技术保证。
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