初探城市規(guī)劃中對(duì)無人機(jī)航拍的應(yīng)用

文/ 甘 煉 河北和騰城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 城市規(guī)劃師

一、中國民用無人機(jī)發(fā)展背景

20世紀(jì)80年代中國民用無人機(jī)開始起步，1980年3月，西北工業(yè)大學(xué)研發(fā)了一種多用途無人駕駛飛機(jī)D-4，主要用于航空測(cè)繪和航空物理探礦，它開創(chuàng)了中國無人機(jī)軍用轉(zhuǎn)民用的先河，是真正意義上的第一款民用無人機(jī)型號(hào)。

圖1 D-4 無人機(jī)

20世紀(jì)90年代至2006年，民營企業(yè)陸續(xù)加入到民用無人機(jī)的研發(fā)隊(duì)伍中，1996年西安愛生技術(shù)集團(tuán)公司（前身為西北工業(yè)大學(xué)無人機(jī)研究所）研制出具有里程碑意義的ASN206中短程多用途無人駕駛飛機(jī)，實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)的軍民兩用。

圖2 大疆Phantom3無人機(jī)

2007年到2012年前后，民用無人機(jī)制造商如雨后春筍般涌現(xiàn)，與此同時(shí)，軍工集團(tuán)也開始涉足民用領(lǐng)域。這期間，2008年，面向民用領(lǐng)域的長航時(shí)中空無人機(jī)“黔中1號(hào)”順利首飛。

2012年前后至今，以大疆產(chǎn)品為代表的無人機(jī)向消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)展開強(qiáng)烈攻勢(shì)，使無人機(jī)真正走進(jìn)了大眾視野；Phantom3的問世，讓航拍成為流行；零度智控、奇蛙、云頂智能等眾企業(yè)的參與，更是將消費(fèi)級(jí)無人機(jī)市場(chǎng)推向了紅海。

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市規(guī)劃行業(yè)由于其對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性要求較高，使得傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與加工應(yīng)用效率已經(jīng)不能滿足在現(xiàn)代信息化背景下城市規(guī)劃工作的需要，而作為繼衛(wèi)星遙感、大飛機(jī)遙感之后發(fā)展起來的一項(xiàng)新型航空遙感技術(shù)，新興的無人機(jī)航拍技術(shù)非常適合小范圍內(nèi)高分辨率遙感數(shù)據(jù)的即時(shí)獲取。因此，利用無人機(jī)航拍技術(shù)在規(guī)劃信息化領(lǐng)域的應(yīng)用，可以縮短各種規(guī)劃基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的采集時(shí)限，提高規(guī)劃數(shù)據(jù)的采集效率；擴(kuò)大規(guī)劃數(shù)據(jù)的應(yīng)用廣度，拓展規(guī)劃應(yīng)用的深度。

二、具體應(yīng)用分析

（一）現(xiàn)狀資料調(diào)查

在城市規(guī)劃工作中，傳統(tǒng)的方式主要是依托各種比例尺的線劃地形圖、衛(wèi)星遙感圖、航拍圖、現(xiàn)場(chǎng)影像照片、歷史文檔及圖片等，這些方式有著采集周期長、直觀性差、經(jīng)費(fèi)需求高、圖像可視視角窄等缺點(diǎn)，難以進(jìn)一步提高工作的精度與準(zhǔn)確度。無人機(jī)航拍可以半天時(shí)間即可對(duì)一個(gè)單元地塊現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的大范圍、多視角的數(shù)據(jù)采集（見圖3和圖4），通過將拍攝畫面進(jìn)行快速拼接和精密測(cè)量，直接對(duì)應(yīng)可生成多種規(guī)劃前期調(diào)研所需的的全方位視角影像資料數(shù)據(jù)，支撐城市規(guī)劃工作的科學(xué)性。

圖3 內(nèi)丘縣某居住片區(qū)

圖4 內(nèi)丘縣南水北調(diào)河道

（二）支撐規(guī)劃場(chǎng)地信息化建設(shè)

城鄉(xiāng)規(guī)劃現(xiàn)階段缺乏對(duì)于存量空間的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的信息建設(shè)?；诤脚募夹g(shù)建立的三維模型能夠直觀的反映出城市及村落的布局形態(tài)、分布特點(diǎn)、比例，人群活動(dòng)習(xí)慣、聚集點(diǎn)分布等（見圖5），二者相結(jié)合可為場(chǎng)地的業(yè)態(tài)分布、功能分區(qū)、設(shè)施管線布置提供科學(xué)依據(jù)。利用無人機(jī)俯拍，對(duì)三維模型中地形地貌進(jìn)行分析，三維展示該地區(qū)疊加的多樣化信息，有助于城鄉(xiāng)存量空間快速細(xì)致的調(diào)研分析和展示。有效避免現(xiàn)在某些村落規(guī)劃中將房屋修建在坡地上的尷尬問題。

圖5 某干道路口交通流量航拍統(tǒng)計(jì)

（三）支持城市設(shè)計(jì)可視化分析

真實(shí)的紋理是構(gòu)建建筑物精細(xì)三維模型所必需的，在以往的城市設(shè)計(jì)工作中，往往現(xiàn)狀資料采集基于地面，缺乏空中視角的資料，而最后規(guī)劃成果恰好又是空中視角為主，所以在航拍介入的城市設(shè)計(jì)中，能實(shí)現(xiàn)規(guī)劃后與規(guī)劃前的同一視角對(duì)比，也能對(duì)建筑容積率、建筑密度、日照等進(jìn)行空間分析，構(gòu)建一個(gè)指標(biāo)的三維可視化表達(dá)，實(shí)現(xiàn)視覺分析、日照分析、D/H值確定等內(nèi)容。

三、無人機(jī)航拍技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)

（一）應(yīng)用帶來的優(yōu)勢(shì)

1、拍攝視角寬，信息量大

隨著城市規(guī)劃師工作范圍的擴(kuò)大，城市規(guī)劃師的工作量也呈幾何倍的增加，分析現(xiàn)狀的工作量耗費(fèi)大量的人力、物力。無人機(jī)航拍技術(shù)不僅能快速、高效地對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行測(cè)量航拍，并且能夠?qū)?shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換成清晰易懂的三維和二維圖像信息，為城市規(guī)劃師及時(shí)掌握?qǐng)龅噩F(xiàn)狀及周邊環(huán)境進(jìn)行分析，并基于現(xiàn)狀做出合 理的規(guī)劃設(shè)計(jì)。

2、設(shè)備體量小，操作靈活

一般測(cè)繪航拍的無人機(jī)體量都不會(huì)太大，機(jī)身攜帶組裝都很方便、靈活，尤其是無人機(jī)的可測(cè)范圍廣、起降方式可人工或電腦控制，對(duì)起降場(chǎng)地的要求不高等特點(diǎn)，更使得無人機(jī)能在山高、地形復(fù)雜、客觀條件較差的地方得到應(yīng)用，極大地提高了測(cè)繪成果的實(shí)效、準(zhǔn)確性，保證工作高效、快速的進(jìn)行。

3、照片分辨率高，設(shè)備存儲(chǔ)量大

無人機(jī)進(jìn)行航拍時(shí)所用的相機(jī)可根據(jù)用戶的個(gè)人需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，其所搭載的數(shù)碼相機(jī)低空分辨率甚至可達(dá)到厘米，且收集處理信息非常迅速，機(jī)體儲(chǔ)存空間也很強(qiáng)大，不是人為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量所能比擬的。

4、設(shè)備易操作和易維護(hù)

無人機(jī)航拍測(cè)繪并不需要太多的專業(yè)知識(shí)，即使是在處理信息時(shí)，也只是坐在計(jì)算機(jī)前對(duì)幾個(gè)軟件進(jìn)行簡單的操作，并且整個(gè)工作所需要的人手不多，2～4人就能完成整套工作，而且，由于無人機(jī)組件都相對(duì)較小，拆裝容易，便于維修和保養(yǎng)。

（二）應(yīng)用存在的問題

1、飛行時(shí)間短，起降頻繁

現(xiàn)在的無人機(jī)一般都使用鋰電池，飛行時(shí)間一般都在20～30分鐘，一般情況下，1臺(tái)無人機(jī)要配備4～6塊電池才能保證飛行測(cè)量時(shí)間充足。

2、易受到天氣狀況的影響

由于無人機(jī)重量輕、速度快，使得無人機(jī)對(duì)飛行天氣的狀況要求較高。有風(fēng)、有霧、有雨、有雪的天氣都會(huì)影響無人機(jī)航拍的質(zhì)量與速度，有時(shí)甚至不能進(jìn)行飛行航拍。

3、我國對(duì)無人機(jī)飛行的要求越來越高

近年我國在無人機(jī)方面進(jìn)行了一些立法工作，主要包括飛行管制、航空性 審定、航空器駕駛?cè)藛T審核和航空作業(yè)許可等方面。

四、無人機(jī)航拍技術(shù)應(yīng)用的展望

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷完善和突破，如四旋翼無人機(jī)技術(shù)的不斷完善，使得搭載先進(jìn)攝影測(cè)量和三維激光掃描設(shè)備也得于實(shí)現(xiàn)，可更加高效準(zhǔn)確地建立數(shù)字三維真實(shí)城市模型。應(yīng)用數(shù)字三維建模技術(shù)進(jìn)行規(guī)劃前和規(guī)劃中的三維規(guī)劃管理，通過建立三維真實(shí)影像模型，可以讓城市規(guī)劃管理者直觀、真實(shí)、詳細(xì)、準(zhǔn)確地了解項(xiàng)目的實(shí)際建設(shè)情況，為規(guī)劃核實(shí)管理提供細(xì)致、準(zhǔn)確、高效的建筑數(shù)據(jù)。隨著時(shí)間的推移，國家制度的完善，無人機(jī)市場(chǎng)的將不斷規(guī)范化。無人機(jī)航拍成果的應(yīng)用，必將在國家監(jiān)管層面的引導(dǎo)與控制下，為城市規(guī)劃領(lǐng)域應(yīng)用提供新的應(yīng)用、分析方法和管理手段，為規(guī)劃管理提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持，為規(guī)劃決策提供科學(xué)的信息支撐，進(jìn)而在城市應(yīng)急保障、公共安全、快速響應(yīng)等智慧城市建設(shè)過程中發(fā)揮更為積極的作用，進(jìn)一步推動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)的健康可持續(xù)發(fā)展?！?/p>