道路紅線可視化技術(shù)研究

何 勇

[同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

0 引言

道路紅線一般是指道路用地的邊界線。用地邊界線可與道路紅線重合，也可退于道路紅線之后，但絕不許超越道路紅線，在紅線內(nèi)不允許建設(shè)任何永久性建筑。

目前在道路前期設(shè)計(jì)中，道路紅線基本繪制在CAD 圖紙中，沿線道路周邊建筑信息等則通過無人機(jī)航拍后在后期匯報(bào)過程中播放查看，因此繪制的紅線與視頻無法結(jié)合在一起，需要圖紙與視頻對(duì)照查看，溝通成本較高。為了降低溝通成本，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，本文進(jìn)行了道路紅線可視化技術(shù)研究，期望將繪制的道路紅線與航拍視頻整合在一起。

Boujou 是一款能夠自動(dòng)跟蹤分析攝像機(jī)的攝像機(jī)跟蹤軟件，支持單目標(biāo)跟蹤和多目標(biāo)同時(shí)跟蹤，在每個(gè)影格里，自動(dòng)地為使用者尋找上百個(gè)特征點(diǎn)，在3D 模式下進(jìn)行海量的資料分析，演算出更為準(zhǔn)確的追蹤資料。

Adobe After Effects（簡(jiǎn)稱AE）、Adobe Premiere Pro（簡(jiǎn)稱Pr）是美國(guó)Adobe 公司推出的視頻后期處理軟件, 可以進(jìn)行視頻合成以及添加一些動(dòng)畫效果和文字效果，為視頻內(nèi)容增添色彩。

Adobe Illustrator（簡(jiǎn)稱AI）是Adobe 系統(tǒng)公司推出的基于矢量的圖形制作軟件，可提供豐富的像素描繪功能以及順暢靈活的矢量圖編輯功能。

借助無人機(jī)航拍技術(shù)，利用Boujou 進(jìn)行攝像機(jī)路徑追蹤，AI 將CAD 紅線文件處理為矢量圖，AE 和Pr 進(jìn)行視頻處理與剪輯，可以直觀地展示項(xiàng)目前期相關(guān)信息，有效提高道路工程前期方案的質(zhì)量，減少溝通成本。

1 技術(shù)路線

無人機(jī)航拍前，首先根據(jù)地形和紅線資料，提前規(guī)劃好飛行路徑；待航拍視頻完成后，將視頻導(dǎo)入到Pr 中進(jìn)行剪輯，并導(dǎo)出JPEG 序列文件；在Boujou 中打開該文件，進(jìn)行攝像機(jī)路徑追蹤，追蹤后的文件則保存為ma 格式。設(shè)計(jì)前期的紅線資料在CAD 中刪除非必要圖形，只保留主線道路紅線與相交道路部分紅線；將帶路紅線文件打印為EPS 格式，再用AI 打開該文件，保存為ai 格式文件。

打開AE，導(dǎo)入序列文件、攝像機(jī)路徑文件及道路紅線ai 文件，在AE 中手動(dòng)調(diào)整相關(guān)參數(shù)、添加相關(guān)標(biāo)注得到最終的成果，導(dǎo)入到Pr 進(jìn)行視頻渲染?？傮w技術(shù)路線如圖1 所示。

圖1 總體技術(shù)路線

2 操作技法

2.1 無人機(jī)航拍

在無人機(jī)航拍前，應(yīng)遵守當(dāng)?shù)仃P(guān)于無人機(jī)的相關(guān)控飛政策和規(guī)定，必須申請(qǐng)報(bào)備再飛行。

在準(zhǔn)備拍攝前，應(yīng)規(guī)劃好飛行路線，路線過長(zhǎng)時(shí)應(yīng)根據(jù)衛(wèi)星圖合理進(jìn)行分段飛行。

無人機(jī)拍攝涉及很多操作規(guī)程和注意事項(xiàng)，如飛行設(shè)置、視頻或照片參數(shù)設(shè)置、飛行耗電、信號(hào)強(qiáng)弱、氣候影響和禁飛法規(guī)等。

無人機(jī)的起飛位置應(yīng)視野比較開闊，沒有障礙物，不會(huì)對(duì)飛行器信號(hào)產(chǎn)生遮擋。起飛前，應(yīng)仔細(xì)檢查螺旋槳是否損壞、松動(dòng)；電池及遙控器電量是否充足；進(jìn)行指北針矯正，根據(jù)顯示器上面的畫面進(jìn)行操作，并校準(zhǔn)返航點(diǎn)。起飛后，應(yīng)時(shí)刻保持對(duì)無人機(jī)的控制，時(shí)刻盯緊控制器屏幕，保證在GPS 信號(hào)良好的狀況下飛行，且盡量保證直線飛行，需要轉(zhuǎn)向時(shí)保證鏡頭抖動(dòng)不明顯。飛行結(jié)束后，查看設(shè)備緩存好的航拍視頻，若是不符合要求可重新進(jìn)行航拍。

無人機(jī)返航可以手動(dòng)返航也可自動(dòng)返航。在拍攝完成、電量不多或遇低電量警報(bào)等情況下，必須返航。當(dāng)自動(dòng)返航時(shí)，無人機(jī)默認(rèn)起飛的地點(diǎn)和航線；當(dāng)手動(dòng)返航時(shí)，降落點(diǎn)應(yīng)該選擇平坦寬闊、無人站立的地面降落[1]。

2.2 航拍視頻處理和攝像追蹤

將無人機(jī)航拍視頻導(dǎo)入Pr 中，剪輯出想要的視頻節(jié)段后將其導(dǎo)出為JPEG 序列文件。注意：若是航拍視頻為多個(gè)文件，嚴(yán)禁將其剪輯為1 個(gè)視頻文件，以防止后續(xù)進(jìn)行攝像追蹤時(shí)報(bào)錯(cuò)；儲(chǔ)存路徑和文件名稱不能有中文，不然后續(xù)Boujou 步驟也會(huì)出錯(cuò)。

完成后打開Boujou，點(diǎn)擊Import Sequence，導(dǎo)入之前處理的航拍視頻序列，幀數(shù)與Pr 中設(shè)置一致，導(dǎo)入完成后即可進(jìn)行攝像機(jī)路徑追蹤。選擇Track Features，在彈出的窗口選擇Advance 進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)置：調(diào)節(jié)追蹤點(diǎn)的數(shù)量，如果視頻過長(zhǎng)可調(diào)至最低；勾選Fast Tracking，點(diǎn)擊Start 進(jìn)行分析。分析成功后軟件的視頻畫面中會(huì)出現(xiàn)大量的紅色十字點(diǎn)；下一步是求解相機(jī)路徑，為此點(diǎn)擊Camera Slove，在勾選相關(guān)設(shè)置后，等待求解完成。求解成功后視頻畫面上的紅色點(diǎn)消失，出現(xiàn)藍(lán)色或黃色的追蹤點(diǎn)（見圖2），之后即可導(dǎo)出攝像機(jī)路徑。

圖2 追蹤完成效果圖

在視頻窗口中框選全部跟蹤點(diǎn)，選擇Scene Geometry，再選擇Add Coord Fem Hint，其中的Type 一般選擇x-y plane；然后點(diǎn)擊Connect to selected，再點(diǎn)擊Update Coord.Frame，則坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置完成。

在各追蹤點(diǎn)中選擇幾個(gè)跟蹤效果較好的點(diǎn)，如道路標(biāo)線頂點(diǎn)等，選擇的跟蹤點(diǎn)要靜止不動(dòng)；之后用右鍵選擇Flag for export，進(jìn)行導(dǎo)出定義。選擇Export camera，導(dǎo)出格式選擇AE 能識(shí)別的.ma 文件；設(shè)置導(dǎo)出比例大小，注意勾選Export flagged tracks only 以防導(dǎo)出所有的追蹤點(diǎn)[2-4]，如圖3 所示。

圖3 路徑導(dǎo)出設(shè)置

2.3 CAD 紅線文件處理

在CAD 中提取出道路紅線圖層并另存，調(diào)整線型和線寬。在CAD 中添加新的繪圖儀，生產(chǎn)商選擇Adobe，型號(hào)選擇PostScript Lever 2，設(shè)置繪圖儀名稱，完成打印設(shè)置。打印處理好的CAD 紅線文件，繪圖儀選擇剛才添加的繪圖儀，打印出的文件格式為EPS 格式。

用AI 打開生成的EPS 文件，并另存為.ai 格式文件[5]。

2.4 航拍視頻添加紅線及標(biāo)注

在AE 中新建項(xiàng)目，將相機(jī)路徑文件拖動(dòng)到工作空間并雙擊打開此合成，然后將航拍視頻文件以及紅線ai 文件拖入此合成中；將視頻文件置于最底層，紅線ai 文件置于最頂層，并開啟紅線的3D 圖層和連續(xù)柵格化圖層；選擇一個(gè)合適追蹤點(diǎn)，復(fù)制其變換屬性并黏貼到紅線圖層，將紅線不透明度設(shè)置為100%，再對(duì)紅線位置進(jìn)行細(xì)致調(diào)整，使其與實(shí)際位置重合。在調(diào)整過程中只調(diào)整紅線文件的錨點(diǎn)、位置、縮放及繞Z 軸旋轉(zhuǎn)，如圖4 所示。在調(diào)整過程中可繞Z 軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)但盡量不要對(duì)Z 方向位置進(jìn)行調(diào)整；可先將錨點(diǎn)挪動(dòng)至紅線的中心部位再進(jìn)行紅線位置的移動(dòng)和選擇；在移動(dòng)位置時(shí)不能選中紅線圖層在視頻合成界面中直接進(jìn)行移動(dòng)，而應(yīng)在下方圖層界面中選中所要移動(dòng)的對(duì)象，在右側(cè)的數(shù)據(jù)中用左鍵點(diǎn)擊1 組數(shù)據(jù)左右拖動(dòng)進(jìn)行調(diào)整[6]。

圖4 功能調(diào)整

在調(diào)整完縮放后，視頻中的紅線顏色可能會(huì)淡化，此時(shí)打開紅線的ai 文件，可以在AI 中框選所有線段，并手動(dòng)設(shè)置線寬，若需要標(biāo)注不同顏色或線型時(shí)也可以在AI 中進(jìn)行設(shè)置；設(shè)置完成后保存文件，在AE 中紅線會(huì)自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，位置與大小不會(huì)發(fā)生改變。

在進(jìn)行路名和拆遷標(biāo)注時(shí)，可根據(jù)項(xiàng)目需求來做，一般的方法是可以直接在需要標(biāo)注的相應(yīng)位置處找一個(gè)跟蹤點(diǎn)，然后用右鍵建立文本、空白、實(shí)底，進(jìn)行相應(yīng)的位置調(diào)整?；蛘呖梢越⒑铣墒謩?dòng)設(shè)置標(biāo)注的樣式，將合成拖動(dòng)至編輯窗口，在標(biāo)注位置選擇跟蹤點(diǎn)建立空白，將其變化復(fù)制給標(biāo)注合成，再進(jìn)行位置調(diào)整。

2.5 視頻渲染

可以利用AE 自帶的渲染功能進(jìn)行視頻的渲染，但該功能渲染視頻過慢，視頻文件也過大，后期還要進(jìn)行壓縮。因此推薦安裝相同版本的AE 和Pr 軟件，借助Pr 中自帶功能將AE 文件鏈接到Pr 中，之后若有相應(yīng)的調(diào)整，則在AE 中修改完成并保存后，Pr 也會(huì)自動(dòng)調(diào)整為最新版本的視頻，不需要再進(jìn)行二次鏈接將調(diào)整好的合成文件導(dǎo)入。在Pr 中可以進(jìn)行剪輯、視頻加快、添加視頻過渡效果等操作，根據(jù)需求設(shè)置視頻分辨率、比特率，完成后可以對(duì)視頻進(jìn)行渲染[7]。

3 項(xiàng)目實(shí)例

該技術(shù)路徑實(shí)現(xiàn)后，在本單位多個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的前期方案展示中得到了廣泛運(yùn)用。以滬松公路（嘉閔高架路—S32 公路）改建工程為例，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)包含了匝道出入口、高架設(shè)計(jì)紅線、地面道路設(shè)計(jì)紅線，添加建筑拆遷標(biāo)注、相交道路路名標(biāo)注等。其最終成果直觀地展示了用地范圍、建筑拆遷，更加高效地介紹了項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案，如圖5、圖6 所示。

圖5 拆遷標(biāo)注及紅線類型標(biāo)注

圖6 相交道路標(biāo)注

4 結(jié)語

在一般市政道路、橋梁項(xiàng)目的前期工作中，設(shè)計(jì)人員需到項(xiàng)目實(shí)地拍攝現(xiàn)狀視頻，然后在方案介紹中將視頻文件與道路紅線文件進(jìn)行對(duì)比，沒有直觀的感受。而利用AE、Pr、Boujou、AI 等軟件，可以在無人機(jī)航拍視頻中添加道路紅線及標(biāo)注，從而得到道路紅線可視化的方法，解決道路設(shè)計(jì)前期方案展示、征地和建筑拆遷可視化的問題，顯著提高項(xiàng)目方案介紹的效率，且便于溝通。