無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在陶家隧道項(xiàng)目二標(biāo)中的運(yùn)用

吳 洋 胥松奇 劉子睿

(1.中交第三航務(wù)工程局有限公司交建工程分公司 上海 200000；2.中交三航（重慶）生態(tài)修復(fù)研究院有限公司 重慶 400000)

一、工程概況

陶家隧道項(xiàng)目是城市快速路五橫線的一部分，是重慶市快速路網(wǎng)的重要組成部分。是推進(jìn)成渝城市群交通基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通，推動(dòng)成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。項(xiàng)目區(qū)位如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目區(qū)位

項(xiàng)目起于繞城高速西側(cè)九龍坡與江津交界處，途經(jīng)陶家鎮(zhèn)、中梁山、跳蹬、小南海等片區(qū)，終點(diǎn)接快速路二縱線李家灣立交。陶家隧道是本項(xiàng)目穿中梁山段而設(shè)置的隧道，位于華福隧道南側(cè)約2.0km，西側(cè)為九龍坡陶家片區(qū)，東側(cè)是大渡口小南海、跳蹬片區(qū)。陶家隧道項(xiàng)目整體呈東西走向，起于繞城高速西側(cè)九龍坡與江津交界處，途經(jīng)陶家鎮(zhèn)，以特長(zhǎng)隧道形式穿越中梁山，經(jīng)跳蹬、小南海等片區(qū)，終點(diǎn)接快速路二縱線李家灣立交，線路全長(zhǎng)約20km。

項(xiàng)目主線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為城市快速道，設(shè)計(jì)車速80km/h，主線雙向6～10車道，主要工程包括2座全互通式立交（朱家灣立交（遠(yuǎn)期）、小南海組合立交），3座簡(jiǎn)易立交（南北大道立交、白彭路立交、銅陶路立交），特長(zhǎng)隧道1座（陶家隧道，左洞長(zhǎng)3.630km，右洞長(zhǎng)3.631km）。其中二標(biāo)段包含陶家隧道段（ZK13+620～ZK15+440、YK13+620～YK15+441）與隧道東至終點(diǎn)段。

二、無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的逐漸成熟，無(wú)人機(jī)傾斜攝影作為航測(cè)領(lǐng)域的高新技術(shù)手段，在工程建設(shè)中的應(yīng)用已經(jīng)愈發(fā)廣泛[1]。該項(xiàng)技術(shù)通過(guò)三維重建，可精確還原影像獲取時(shí)刻地物的三維實(shí)景模型，測(cè)量精度及效率相較于傳統(tǒng)測(cè)繪也得到大幅度提升，因此該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于水利、市政、路橋等多個(gè)工程領(lǐng)域[2]。

本項(xiàng)目作為市政項(xiàng)目，建設(shè)條件復(fù)雜，項(xiàng)目周邊用地受限，空間局促，自然地形高低起伏，紅線范圍內(nèi)包含較多水域，標(biāo)尾接城市建成密集區(qū)。因此，在項(xiàng)目施工前期利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)建立實(shí)景三維模型，詳細(xì)了解項(xiàng)目紅線范圍內(nèi)及紅線周邊的實(shí)地情況是必要的[3]。

三、項(xiàng)目?jī)A斜攝影作業(yè)

（一）航線規(guī)劃

首先在GIS軟件中導(dǎo)入項(xiàng)目紅線，然后以項(xiàng)目紅線為依據(jù)來(lái)劃定無(wú)人機(jī)傾斜攝影拍攝范圍，本項(xiàng)目作業(yè)根據(jù)所選用的無(wú)人機(jī)的電池巡航等實(shí)際情況，共劃分了10個(gè)區(qū)域的作業(yè)范圍。圖2所示為項(xiàng)目紅線與10個(gè)作業(yè)區(qū)域的相對(duì)位置關(guān)系。

圖2 項(xiàng)目紅線與10個(gè)作業(yè)區(qū)域的相對(duì)位置關(guān)系

將劃定好的無(wú)人機(jī)傾斜攝影作業(yè)范圍導(dǎo)入到無(wú)人機(jī)飛行APP中，設(shè)定相關(guān)飛行參數(shù)，即可在相應(yīng)作業(yè)范圍內(nèi)生成無(wú)人機(jī)飛行航線。如圖3所示為作業(yè)范圍1對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)航線，其他區(qū)域情況類似。其中飛行主要參數(shù)設(shè)置具體為：航高100m-120m、云臺(tái)俯仰角度-45°、旁向重疊率70%、航線重疊率80%、旁向重疊率（斜）60%、航向重疊率（斜）70%。

（二）實(shí)地作業(yè)

項(xiàng)目作業(yè)采用大疆精靈4 PRO V2.0型號(hào)無(wú)人機(jī)，其配備1英寸2000萬(wàn)像素圖像傳感器，OcuSync 2.0系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)10公里圖像傳輸，采用機(jī)械快門，最高快門速度可達(dá)1/2000秒，可在作業(yè)過(guò)程中有效防止拖影，避免對(duì)建模質(zhì)量造成影響。

因項(xiàng)目作業(yè)范圍為帶狀，在實(shí)地作業(yè)時(shí)，按“Z”字型的布點(diǎn)方式在項(xiàng)目全線共布設(shè)了16控制點(diǎn)，為方便考慮，控制點(diǎn)一般布設(shè)在了已建道路路面交通標(biāo)志頂點(diǎn)處，并用RTK測(cè)量出每個(gè)控制點(diǎn)的經(jīng)緯坐標(biāo)并記錄，以便在后續(xù)模型生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行融入計(jì)算。

（三）模型生產(chǎn)

項(xiàng)目全線作業(yè)共采集到4088張照片用于模型重建。將控制點(diǎn)融入計(jì)算后生產(chǎn)出的項(xiàng)目全線實(shí)景三維模型，模型細(xì)節(jié)見(jiàn)圖4。由模型細(xì)節(jié)圖可見(jiàn)，生產(chǎn)出的實(shí)景三維模型中建筑物結(jié)構(gòu)輪廓清晰，建筑物表面紋理清晰、無(wú)拉花，模型重建質(zhì)量較好。

圖4 模型細(xì)節(jié)

四、模型精度驗(yàn)證

根據(jù)軟件空三計(jì)算檢驗(yàn)報(bào)告顯示，本次項(xiàng)目作業(yè)的平均地面分辨率為38.61375mm/像素，重投影誤差（RMS）為0.62像素，建模誤差平均在23.940525mm左右，所有連接點(diǎn)的重投影誤差都集中在較小范圍內(nèi)。

五、無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在施工前期中的運(yùn)用

在市政道路項(xiàng)目中，項(xiàng)目與地理信息的關(guān)聯(lián)性強(qiáng)。基于傳統(tǒng)的二維軟件（AutoCAD等），項(xiàng)目施工人員直觀地了解了解地理環(huán)境現(xiàn)狀。本文通過(guò)將重建出的項(xiàng)目全線實(shí)景三維模型與項(xiàng)目紅線疊加，如圖5所示，使得項(xiàng)目施工人員能夠詳細(xì)了解項(xiàng)目紅線范圍內(nèi)及紅線周邊的實(shí)地情況。在項(xiàng)目施工前期，項(xiàng)目施工人員以項(xiàng)目實(shí)景三維模型為指導(dǎo)，減少了項(xiàng)目施工人員的外勘頻率，提高了外勘的效率[4]。

圖5 實(shí)景三維模型與項(xiàng)目紅線疊加

六、結(jié)束語(yǔ)

本文以陶家隧道項(xiàng)目二標(biāo)為依托，利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)建立項(xiàng)目全線實(shí)景三維模型，并進(jìn)行了精度檢驗(yàn)，結(jié)果表明無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)作業(yè)快、精度較高。在施工前期，進(jìn)行了實(shí)景三維模型與項(xiàng)目紅線疊加，使項(xiàng)目施工人員能夠詳細(xì)了解項(xiàng)目紅線范圍內(nèi)及紅線周邊的實(shí)地情況，減少了項(xiàng)目施工人員的外勘頻率，提高了外勘的效率，可為類似市政工程項(xiàng)目的前期技術(shù)應(yīng)用提供參考與借鑒。項(xiàng)目將進(jìn)一步探究無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在深化施工后的運(yùn)用。