基于Electron和Leaflet技术的设计外业采集系统视频巡游相关技术研究及应用.pdf

第 15 卷 第 5 期2023 年 10 月Vol.15 No.5Oct.2023引言近年来，无人机高分辨率航拍影像在公路勘察设计阶段的路线方案优化、外业采集信息集成中得到了越来越广泛的应用，但由于相关配套工具软件不健全，如何将无人机航拍视频与路线方案和外业采集等信息相结合，一直是设计人员在提升外业采集工作效率时亟待解决的问题。视频巡游的主要作用是在一个平台上集成了设计外业采集相关的所有要素，特别是将无人机高清视频与飞行轨迹同步播放，实时显示视频视点所在的路线方案的位置，有益于路线方案的优化分析。1 工程概况合川十塘至大石高速公路（以下简称“本项目”），地处重庆市合川区，是重庆市高速公路网规划（2019-2030 年）重庆市“三环”“十八射”“三十联线”“十二支线”“七城市环线”和“九射线扩能”中的“合川西环高速公路”，是对重庆市、合川区高速公路网的补充和完善。本项目路线大体呈南北走向，起于重庆三环高速公路铜合段十塘互通，与合壁津高速公路(十塘至江津段)顺接，设城南枢纽互通实现交通转换，之后向北下穿 S207 并于梳铺村附近设置梳铺互通与 S207 连接，再向北经小安溪，设置合川西互通与小安溪生态园横一路连接，跨涪江后，经渭坨物流园并设置渭沱互通，之后继续向北连续下穿渝遂铁路一线和渝遂铁路二线，上跨兰渝铁路，在尖山镇东侧上跨 G351，设置尖山互通与 G351 连接，本项目终点止于大石街道檬子村东侧（与合安高速交叉点位置），终点设大石枢纽互通与合安高速公路实现交通转换。路线全长约27.868 公里。2 基于 Electron 和 Leaflet 技术的视频巡游平台2.1 项目现场无人机航飞视频制作本项目采用大疆御 MAVIC PRO 无人机拍摄高分辨率航拍视频，辅助勘察设计工作。此无人机属于四旋翼无人机，具有体型小、重量轻、易操作、便于携带的特点，通过该无人机可以完成视频拍摄的需求，能够在空中获取工程区域大范围的实景视频资料，作为方案设计、方案论证的有力数据支撑。2.1.1 航点飞行航点飞行一般包括如下步骤：（1）将投影坐标的设计线位转换为 WGS84 经纬基于 Electron 和 Leaflet 技术的设计外业采集系统视频巡游相关技术研究及应用张雄胜 陈敏 陈亮张雄胜 陈敏 陈亮（华杰工程咨询有限公司，北京 100088）【摘 要】【摘 要】本文以合川十塘至大石高速公路项目设计外业为工程背景，建立基于 Electron 和 Leaflet 技术的视频巡游平台，实现无人机采集成果与设计路线方案的结合。本项目使用大疆御 MAVIC PRO 无人机在规划的工程项目设计路线沿线进行航飞拍摄，形成高分辨率的影像资料；视频巡游平台在本地导入影像资料，集成、分析飞行轨迹；同时集成 GIS 底图、设计路线、高程和工点等项目相关地理环境和设计信息；通过提供三种巡游组合视图实现设计外业采集相关的全要素信息巡游展示。【关键词】【关键词】Electron；Leaflet；设计外业采集；视频巡游【中图分类号】【中图分类号】TU17；TP319 【文献标识码】【文献标识码】A 【文章编号】【文章编号】1674-7461（2023）05-0074-05【DOI】【DOI】10.16670/11-5823/tu.2023.05.13【第一作者】张雄胜（1979-），男，高级工程师，副总工程师，华杰中南分公司经理，主要研究方向：工程投融资、招投标及合同管理、项目管理咨询。75基于 Electron 和 Leaflet 技术的设计外业采集系统视频巡游相关技术研究及应用度坐标的 KML 格式的设计路线文件；（2）将设计路线文件导入到 DJI GS Pro 软件中，然后新建飞行任务，选择任务类型为“航点飞行”，在设计路线沿线设置多个记录航点，并进行关联，关联后，无人机在飞行过程中会自动控制机身和云台转动，保证在经过航点时朝向预设的兴趣点；（3）单击航点或兴趣点设置高度、速度、云台航点动作（拍照、录像）等相关飞行参数，飞行高度一般设置为“100m”，飞行朝向选择“跟随航点”，其他参数采用默认设置；（4）拖动航点可以调整其位置；（5）可以设置航线参数，如巡航速度、完成后的动作、失控动作等；启动飞行任务实现无人机自主航拍，从而获取设计路线全线的视频资料；（6）采用该方法既能保证作业安全，又可提高效率，单人单机每天能够完成约 25km 视频资料的采集任务1,2。2.1.2 视频数据导出飞行结束后，利用 DJI GS Pro 软件可导出本次执行飞行任务后生成的视频以及字幕文件，其中字幕文件即航飞轨迹数据，包含无人机飞行轨迹中的坐标点以及对应的时间戳。3 Electron 和 Leaflet 平台搭建及在视频巡游中的应用3.1 视频巡游平台技术选型视频巡游平台是基于二维地图、无人机视频的桌面端应用软件，此软件作为设计人员的工具软件，要求能被应用于 Windows、Mac 等多平台上，即需要能够支持跨平台的桌面端应用开发技术3,4。一般来讲，主流的技术选型有两种：基于 C+的 QT5和基于NodeJs 的 Electron6,7，比较如表 1 所示。表 1 桌面端应用软件开发框架比较比较项目ElectronQT开发难度开发简单，上手快速学习曲线陡峭，上手慢系统复杂度若用于项目规模大的复杂项目，会存在性能问题，适合工具类软件系统开发适合复杂系统代码可共享性网页版和桌面端共享代码网页版和桌面端不可共享代码开发周期第三方库众多，开发周期短开发周期较长运行效率适中高考虑到项目前期已有 Web 应用开发积累，综合上述因素比较，最终选择 Electron 作为桌面端应用软件开发的基础框架。基于 Electron 开发 GIS 类应用，一般来讲，其前端地图框架的主流技术选型有两种：OpenLayers8和Leaflet9,10比较如表 2 所示。表 2 前端地图开发框架比较比较项目LeafletOpenlayer开发难度开发简单，上手快速学习曲线陡峭，上手慢系统复杂度专注小而美，适用于轻量级简单地理信息主题可视化适用于复杂、传统地理信息强 GIS 的二维数据 Web维护和展示代码可共享性网页版和桌面端共享代码网页版和桌面端共享代码开发周期第三方插件众多，开发周期短太庞杂，概念太多，开发周期较长运行效率适中适中由于项目 GIS 前端地图应用需求相对简单，综合上述因素比较，最终选择Leaflet作为前端地图框架2。3.2 航飞数据在平台上集成及视频轨迹同步播放算法航飞数据分为航飞视频数据、航飞轨迹数据两类。由于不同厂商、不同型号的无人机配套软件生成的航飞数据格式有所差异，受限于项目实际条件，项目组收集了大疆无人机的部分型号进行研究开发。航飞视频数据格式包括 MP4、MOV、AVI 等，航飞轨迹数据格式包括 SRT、GEOJSON 等。航飞轨迹数据提供了无人机飞行轨迹沿线坐标点及对应的时间戳，为实现视频和轨迹的同步播放提供了数据基础。视频轨迹同步播放算法可按如下步骤实现：（1）通过曲线拟合法，根据航飞轨迹数据中的位置点和时间戳顺序，求得拟合曲线。再根据航飞轨迹数据中的所有位置点，求得拟合曲线上对应的近似位置点，并更新航飞轨迹数据中的所有位置点为近似位置点；（2）从第一个位置点开始，按顺序访问航飞轨迹数据中的所有位置点，计算每个位置点与第一个位置点时间戳之差，得到每个位置点的偏移毫秒数；（3）通过设置最小偏移时间间隔，使轨迹位置点在时间上均匀分布的条件下增加位置点，使系统模拟无人机飞行轨迹时更平滑；（4）视频播放时，系统根据视频当前偏移毫秒数，查找时间最接近的位置点，若当前无人机图标不在当76前位置点，系统移动无人机图标到当前位置，实现轨迹模拟与视频播放的同步；（5）根据前一个位置点和当前位置点的坐标，计算并实时调整无人机图标的飞行角度方向；（6）拖动无人机图标到轨迹路线的指定位置，系统根据轨迹数据，自动查找拖动目标位置最近的位置点和相应的偏移毫秒数，实时定位视频播放位置，实现视频播放与轨迹模拟的同步。3.3 视频、轨迹及设计的三种巡游组合视图为了满足不同应用场景的沟通交流需求，系统提供视频、轨迹及设计的三种巡游组合视图。当设计人员以查看设计路线、高程、工点等项目相关设计信息为主、查看实际地物为辅时，可选择轨迹及设计大地图、视频小地图组合视图，如图 1 所示。图 1 轨迹及设计大地图、视频小地图组合当设计人员以查看实际地物为主、查看设计路线、高程、工点等项目相关设计信息为辅时，可选择视频大地图、轨迹及设计小地图组合视图，如图 2 所示。图 2 视频大地图、轨迹及设计小地图组合当设计人员需要同时查阅视频和项目设计信息时，可选择视频地图、轨迹及设计地图双屏组合视图，效果最佳11，如图 3 所示。图 3 视频地图、轨迹及设计地图双屏组合3.4 视频视口巡游在视频视口，系统提供视频信息，并支持视频播放相关操作，使设计人员可实时了解当前视频当时拍摄状态，控制调整视频播放进度，提升视频巡游的便利性。（1）在视频信息中，系统实时显示当前播放视频进度下，无人机当时的工作状态，包括拍摄时间、返航点坐标、当前位置、卫星数、高度、距离、航向、感光度、快门、光圈等信息，如图 4 所示：图 4 视频信息（2）在视频播放控制中，系统提供播放、暂停、拖动调整播放进度、倍数播放、全屏等功能。当拖动调整播放进度时，系统自动同步轨迹及设计视口上无人机图标的当前位置，使视频播放进度与无人机还原飞行轨迹进度保持一致。3.5 轨迹及设计视口巡游在地图视口中，设计人员可基于 GIS 底图将高程、项目航拍影像图、项目线路、采集工点信息以及无人机航飞轨迹等信息叠加，形成项目设计外业采集信息集中展示平台。其中：77基于 Electron 和 Leaflet 技术的设计外业采集系统视频巡游相关技术研究及应用（1）GIS 底图中，系统支持天地图（卫星）、天地图（街道）、天地图（地形）之间切换；（2）高程来源于 ASTER GDEM 的全国 30 米高程 DEM 数据；（3）项目航拍影像图通过对无人机航拍照片进行切片缓存、坐标转换，并将其发布为地图服务，设计人员可浏览高精度的近期航拍地图，解决因互联网地图在非城市重点区域更新频率较低，导致实际地物与互联网地图不符以及互联网地图部分地区精度不高的问题；（4）项目线路中，系统可导入 DXF、KML 等设计路线矢量数据，当导入多条路线时，可在系统中进行多路线比选；（5）采集工点信息中，系统已内置挡土墙设计、取（弃）土场、深路堑、高填路基、沿线排水系统、沿线筑路材料料场情况、沿线总体情况、互通式立交、分离式立交、通道、天桥、大中桥、小桥涵、既有桥涵、隧道工程、其他工程等类型的外业调查记录簿，并可根据外业采集需求定制记录簿样式。设计人员点击具体工点，可调阅当前工点调查记录簿，实时了解当前工点情况。外业调查记录簿信息如图 5 所示。图 5 外业调查记录簿信息4 结论有了高分辨航飞影像资料，相当于给项目打开了上帝视角，能够全面了解项目区域地形、地貌、地物情况。采用无人机辅助调查，能清晰、直观、及时准确地进行崩塌、滑坡等不良地质调查，能够精准确定不良地质位置、范围、地表覆盖等基本特征。相较于人工调查，无人机辅助调查克服了恶劣的地形条件，安全性高、调查周期短，可各角度视角全面调查，记录更为全面、客观。基于无人机辅助调查的视频巡游功能对辅助外业调查和优化设计方案能起到较好的技术支撑作用，是项目设计外业采集全要素信息的交流沟通平台。参考文献参考文献1 相诗尧,徐润,张涛,等.基于无人机和全景技术的”空-地”联合公路设计外业调查方法 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establishes the video cruise platform based on Electron and Leaflet technology,and uses this platform as the carrier to truly realize the combination of UAV acquisition results and route design scheme.In this project,DJI Royal MAVIC PRO UAV is employed to take aerial photography along the planned engineering project design route to form high-resolution image data.The video cruise platform imports image data locally,integrates and analyzes flight trajectories.Whats more,this paper integrates GIS base map,design route,elevation,work site and more project-related geographic environment and design information.By providing three cruise combination views,the design field acquisition related total factor information cruise display is realized.Key Words:Electron;Leaflet;Design Field Collection;Video Cruise