無人機傾斜攝影測量在規(guī)劃方案比選中的應用

王保國，張潤科

(1. 蚌埠市勘測設(shè)計研究院，安徽 蚌埠 233000； 2. 內(nèi)蒙古自治區(qū)地圖院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

隨著城市的快速發(fā)展和城市規(guī)劃管理水平不斷提高，傳統(tǒng)的基于二維圖紙化管理手段已經(jīng)難以滿足管理和決策的需要。近年來，城市規(guī)劃管理技術(shù)也歷經(jīng)變新，尤其無人機傾斜攝影測量技術(shù)在規(guī)劃管理中的應用，為規(guī)劃管理注入了的新的活力。

規(guī)劃方案比選是規(guī)劃管理中一個重要環(huán)節(jié)，也是以后項目實施達到的最終效果，顯得至關(guān)重要。規(guī)劃方案與周圍環(huán)境能否無縫融合、和諧共生，是一個很重要的判斷指標。現(xiàn)階段的規(guī)劃方案三維效果圖大多通常只是制作規(guī)劃范圍內(nèi)的建筑方案，周邊的地物、地貌等現(xiàn)實環(huán)境則通過模擬、虛構(gòu)或手工建模的方式來實現(xiàn)，效果往往與實際真實環(huán)境差異很大，造成規(guī)劃方案不符合實際情況，無法滿足需要。如何獲取真實世界的直觀表達，并將規(guī)劃方案三維模型完美地進行無縫融合、比選是必須考慮的問題。利用無人機傾斜攝影測量快速生成實景三維模型為規(guī)劃方案比選提供了一種思路。

1 技術(shù)路線

無人機傾斜攝影測量是利用多旋翼無人機到實地航拍影像，再經(jīng)過軟件自動化建模生成實景三維模型，因此具備很高的真實性，可以完整、無差別地還原真實世界，而不存在人工建模時有選擇還原帶來的信息損失。生成的實景三維模型支持三維瀏覽、量測，含有完整的地理特征和空間信息，是真實世界的直觀表達，可以滿足規(guī)劃方案比選量測、分析的要求。本文通過無人機傾斜攝影測量生成實景三維模型，在實景三維模型的環(huán)境里導入擬規(guī)劃的三維方案，將擬規(guī)劃方案三維模型與實景三維模型進行整合，實現(xiàn)無縫融合后，進行方案比選。這樣就可以很好地把握規(guī)劃方向，使整個規(guī)劃范圍內(nèi)的構(gòu)筑物與周圍風格、色調(diào)保持一致，進而及早發(fā)現(xiàn)并規(guī)避規(guī)劃方案中的缺陷。采用的技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線

2 應用案例

2.1 項目概況

本項目位于蚌埠市解放路東、蘭陵路北，規(guī)劃擬建一個住宅小區(qū)，總用地面積約161 642 m2，規(guī)劃總建筑面積約537 423 m2，其中配套了9班幼兒園及東南角設(shè)置了2000 m2公共綠地。周邊為很成熟的建設(shè)用地，現(xiàn)有兩個規(guī)劃方案(方案Ⅰ和方案Ⅱ)，在都滿足規(guī)劃參數(shù)的情況下，從中選擇一個更適宜的方案。

2.2 傳統(tǒng)三維模型分析

傳統(tǒng)三維建?；蛐Ч麍D通常使用3ds Max及AutoCAD等建模軟件，基于CAD平面圖、拍攝照片，估算建筑物形狀與高度等信息進行人工建?；蜾秩?。這種方式制作出的模型數(shù)據(jù)精度較低，紋理與實際效果偏差較大，生產(chǎn)過程需要大量的人工參與。本項目的傳統(tǒng)的三維建模效果圖，如圖2、圖3所示。其周邊的地物、地貌等現(xiàn)實環(huán)境是通過模擬、虛構(gòu)或者手工建模、渲染的方式來實現(xiàn)，效果往往與實際真實環(huán)境差異很大，造成規(guī)劃方案不符合實際情況，無法滿足需要。

圖2 三維效果圖方案Ⅰ

圖3 三維效果圖方案Ⅱ

2.3 無人機傾斜攝影數(shù)據(jù)獲取

根據(jù)項目分布區(qū)域確定飛行范圍，合理規(guī)劃飛行航線。航線按照測區(qū)走向直線方式布設(shè)，平行于測區(qū)邊界線的首末航線的側(cè)視鏡頭能夠獲得測區(qū)的有效影像。考慮傾斜攝影相機拍攝角度，為保證邊緣物體立體成像，航線覆蓋超出測區(qū)邊界線不少于200 m。考慮項目目標區(qū)域范圍較大，可以分塊對測區(qū)進行航拍測量，因為單架次飛行航時有限，可以將大范圍飛行航線分段多架次飛行。航線可以布設(shè)多條，單架次只飛其中的2或4條，整個航線飛行結(jié)束可以不用考慮各架次之間的航線重疊，可以有效減少作業(yè)時間，提高工作效率，最終規(guī)劃航線如圖4所示。提前申請空域，按照航線設(shè)計數(shù)據(jù)飛行，航空攝影時，飛行要盡可能平穩(wěn)，旋偏角、航偏角不能超過規(guī)范要求。

圖4 航線設(shè)計

2.4 生成實景三維模型

本項目航線總長約為17 km，共20條航線，每條航線長約800 m，旁向重疊80%，航向重疊80%，旁向間距38 m，航向間距25 m，相對航高150 m，5組照片總數(shù)為3200張及對應的POS數(shù)據(jù)。傾斜攝影完成后，對獲取的測區(qū)影像進行預處理，確定影像沒有變形、扭曲等現(xiàn)象，質(zhì)量不符合要求的進行修復，對影像進行統(tǒng)一編號，并與POS信息對應制作POS表。在自動建模軟件上加載測區(qū)影像，進行空三加密，影像密集匹配、聯(lián)合平差等，再生成點云、構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)，創(chuàng)建DSM并自地動將紋理映射到對應的白模上，最終自動生成實景三維模型，如圖5所示(空白區(qū)域為規(guī)劃區(qū)域范圍)。

圖5 生成實景三維模型

2.5 數(shù)據(jù)融合

對規(guī)劃方案所在區(qū)域的實景三維模型進行地形平整等修整工作后，將模型導出為OSGB格式。通過三維建模軟件，按照規(guī)劃設(shè)計參數(shù)建立規(guī)劃三維模型方案Ⅰ和規(guī)劃三維模型方案Ⅱ，并對兩個規(guī)劃方案分別進行位置匹配和格式轉(zhuǎn)換，并導入單體化建模系統(tǒng)進行整理，將OBJ格式轉(zhuǎn)為OSGB格式輸出。將項目中規(guī)劃三維模型方案Ⅰ和規(guī)劃三維模型

方案Ⅱ與實景三維模型合并，實現(xiàn)規(guī)劃方案與真實場景的無縫融合。效果如圖6所示。

圖6 兩屏聯(lián)動方案比選

2.6 方案比選

實現(xiàn)規(guī)劃方案與真實場景的無縫融合后，以此可以360°查看規(guī)劃方案中要素與其周圍真實場景的融合效果?？梢酝ㄟ^配套軟件的應用，直接對其進行高度、長度、面積、體積、角度、坡度等的量測，也可進行通視分析、視域分析、陰影分析、天際線分析、視野分析等，還可進行多方案、多屏聯(lián)動對比，可以很好地把握規(guī)劃方向，使整個規(guī)劃范圍內(nèi)的建筑物與周圍風格、色調(diào)保持一致，進而及早發(fā)現(xiàn)并規(guī)避規(guī)劃方案中的缺陷，輔助實現(xiàn)規(guī)劃方案的選擇，最終確定合適規(guī)劃三維模型方案。圖6為兩屏聯(lián)動方案比選，圖7為三屏聯(lián)動方案比選。

圖7 三屏聯(lián)動方案比選

3 對比分析

本項目傳統(tǒng)三維效果圖，其周邊的地物、地貌等現(xiàn)實環(huán)境是通過模擬、虛構(gòu)或手工建模、渲染的方式來實現(xiàn)，效果與實際環(huán)境相差很大，而且造成很多地方遺漏、表達不準確，空間位置精度也不高，無法滿足規(guī)劃方案比選的需要。利用無人機傾斜攝影測量生成的實景三維模型，地物、地貌的紋理、顏色、外形、空間位置、相對關(guān)系等與實際環(huán)境一致，模型整體完整，地理要素類型齊全，各地理要素之間達到無縫銜接，而且保證了空間位置精度，可以很好地滿足規(guī)劃方案比選。三維效果圖與實景三維模型對比如圖8、圖9所示。

4 結(jié) 語

在城市規(guī)劃發(fā)展的新常態(tài)下，對規(guī)劃編制和規(guī)劃管理等工作提出了更高的要求。城市規(guī)劃的思路從二維圖紙化轉(zhuǎn)向三維可視化已成為必然趨勢。利用無人機傾斜攝影測量生成的實景三維模型，在城市規(guī)劃方面還有許多值得探索和拓展的應用，如規(guī)劃竣工核實、輔助規(guī)劃監(jiān)察、城市規(guī)劃測量、城市規(guī)劃調(diào)查等。目前，無人機傾斜攝影測量在規(guī)劃管理實踐中應用得還比較有限，相信隨著技術(shù)的發(fā)展，以后應用會更加廣泛和成熟。

圖8 三維效果圖與實景三維模型對比(方案Ⅰ)

圖9 三維效果圖與實景三維模型對比(方案Ⅱ)

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