無人機(jī)低空航測(cè)在城鎮(zhèn)規(guī)劃中的應(yīng)用

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，無人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，并憑借影像獲取速度快、分辨率高等優(yōu)勢(shì)在城鎮(zhèn)規(guī)劃與建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。鑒于此，本文將探究無人機(jī)低空航測(cè)在城鎮(zhèn)規(guī)劃中的應(yīng)用方法，旨在為一線工作提供理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；低空航測(cè)；城鎮(zhèn)規(guī)劃

中圖分類號(hào)：P217；P231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）04-0054-02

Application of UAV Low Altitude Aerial Survey in Urban Planning

LI Wenjie

（Hebei No.3 Surveying and Mapping Institute，Shijiazhuang 050031，China）

Abstract：With the continuous progress and development of science and technology，UAV（unmanned aerial vehicle） low-altitude aerial survey technology has been widely used，it plays an important role in urban planning and construction with the advantages of fast image acquisition and high resolution. In view of this，this paper will explore the application of UAV low-altitude aerial survey in urban planning，in order to provide theoretical guidance for the front-line work.

Keywords：unmanned aerial vehicle；low altitude aerial survey；urban planning

0 引 言

低空無人機(jī)航拍與有人飛機(jī)航拍是獲得地表影像資料的主要方式，后者因起飛條件限制、成本費(fèi)用高、航線空域管制等因素而在城鄉(xiāng)規(guī)劃中的應(yīng)用受限，利用成本低廉、機(jī)動(dòng)靈活、高效快速的低空無人機(jī)航拍已成為開展此類業(yè)務(wù)的最佳方式。

1 無人機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)介及無人機(jī)低空航測(cè)的優(yōu)勢(shì)

在無人機(jī)技術(shù)構(gòu)成中，無線通訊系統(tǒng)、信息系統(tǒng)處理技術(shù)以及GNSS定位系統(tǒng)是比較重要的構(gòu)成系統(tǒng)，與傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)相比，這些技術(shù)信息更新快、能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化操作，在具體測(cè)量過程中，可以充分利用GNSS定位系統(tǒng)、自動(dòng)拼接軟件系統(tǒng)得到影像資料和數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高影像處理的準(zhǔn)確性和效率。隨著我國(guó)無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)在飛行高度、速度、航程、任務(wù)等多方面有了很大進(jìn)步，中國(guó)民用航空局對(duì)無人機(jī)升限高度、質(zhì)量以及升空速度等方面進(jìn)行了管理。

無人機(jī)低空航測(cè)的優(yōu)勢(shì)眾多，主要表現(xiàn)在如下方面：（1）無人機(jī)機(jī)動(dòng)靈活，起降方便。無人機(jī)對(duì)于起降外部環(huán)境的要求較低，公路、操場(chǎng)等比較開闊的地方均可以完成無人機(jī)升降操作。（2）無人機(jī)能實(shí)現(xiàn)低空飛行，其起飛高度可保持在200-2550米之間，不受云層影響，即便是在陰天也可以順利完成低空航測(cè)任務(wù)，大大提高了工作效率。（3）分辨率高。無人機(jī)航拍的分辨率非常高，這也是傳統(tǒng)航空攝影所不能比擬的。目前來說，將數(shù)碼相機(jī)直接安裝在無人機(jī)上，能實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的低空分辨率航拍，這能使得拍攝畫面更加清晰，進(jìn)而為城鎮(zhèn)規(guī)劃提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。（4）成本低。無人機(jī)航拍的成本比較低，而且維護(hù)比較方便。無人機(jī)航拍在維護(hù)人員數(shù)量、綜合素質(zhì)等方面的要求均比傳統(tǒng)航空攝影要求水平低，大大降低了無人機(jī)低空航測(cè)的成本。

2 無人機(jī)低空航測(cè)在城鎮(zhèn)規(guī)劃中的具體應(yīng)用

2.1 城市規(guī)劃管理

諸如某省市規(guī)劃局成功引進(jìn)航測(cè)無人機(jī)類媒體報(bào)道屢見不鮮，我國(guó)諸多地區(qū)的城市規(guī)劃部門已經(jīng)開展了無人機(jī)低空航測(cè)業(yè)務(wù)，使用無人機(jī)來進(jìn)行規(guī)劃測(cè)量工作。無人機(jī)低空航測(cè)因覆蓋范圍廣、速度快、航時(shí)長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，能更好地滿足城鎮(zhèn)規(guī)劃測(cè)量的具體標(biāo)準(zhǔn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，部分新型航測(cè)無人機(jī)簡(jiǎn)化了航空攝影測(cè)量的具體流程，這不僅使得低空航測(cè)具備了北斗、GPS等導(dǎo)航功能，還大幅度提升了航空攝影效率。例如：天河科技園的地形圖規(guī)劃項(xiàng)目中就使用了無人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)，在前期勘測(cè)設(shè)計(jì)階段先對(duì)地形進(jìn)行綜合分析，該園區(qū)的所處地勢(shì)比較開闊，無人機(jī)低空航測(cè)非常適宜。該園區(qū)的無人機(jī)低空航測(cè)總共進(jìn)行了四個(gè)架次，收集了960張照片。工作人員仔細(xì)分析了無人機(jī)低空航測(cè)的數(shù)據(jù)信息，并在該區(qū)域中布設(shè)了190個(gè)像控點(diǎn)，然后在此基礎(chǔ)上使用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站開展區(qū)域立體測(cè)量工作，利用空中三角測(cè)量來構(gòu)建數(shù)字立體模型。與直接野外測(cè)量相比，無人機(jī)低空航測(cè)所花費(fèi)的時(shí)間節(jié)省了一半，人力、物力等資源也得到了大幅度節(jié)約，城市規(guī)劃測(cè)量工作的整體效率得到了提升。

2.2 違章建筑監(jiān)督與管理

違章建筑一直是城市規(guī)劃建設(shè)發(fā)展中的難題和痛點(diǎn)，傳統(tǒng)人工監(jiān)察違章建筑的方式需要耗費(fèi)大量的人力和物力資源，工作效率比較低，各項(xiàng)工作開展時(shí)間長(zhǎng)。首先，尤其是對(duì)于城鎮(zhèn)中的違章建筑來說，大部分都處在位置隱蔽的最頂層，監(jiān)察人員無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。其次，即使接到頂層有違章搭建的舉報(bào)，許多業(yè)主也不會(huì)與檢查人員合作，檢查人員不能近距離查看違章情況，難以獲得足夠的違章證據(jù)。通過進(jìn)行無人機(jī)低空巡航偵察，能夠快速、有效地獲得目標(biāo)建筑的基本情況，一旦發(fā)現(xiàn)違章建筑就可以拍攝和存儲(chǔ)圖片，為后期各項(xiàng)工作的順利開展提供證據(jù)支持。無人機(jī)低空航測(cè)違章建筑，只需要安排專門人員負(fù)責(zé)觀看畫面即可，在有效節(jié)省人力、物力資源的同時(shí)，提高了工作效率。目前來說，北京、深圳等一線城市的監(jiān)督部門均已采用了無人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)，并取得了良好成效。

2.3 工程環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)

近年來，全球環(huán)境污染加劇，城鎮(zhèn)環(huán)境保護(hù)工作備受社會(huì)各界關(guān)注。在這一背景下，國(guó)家相關(guān)部門也出臺(tái)了各項(xiàng)規(guī)定，對(duì)城市建設(shè)的工程環(huán)境進(jìn)行保護(hù)。為了更好地對(duì)建筑工程進(jìn)行監(jiān)督管理，部分監(jiān)管部門開始使用無人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)和拍攝取證。例如：在工程設(shè)計(jì)階段以及現(xiàn)場(chǎng)勘查階段，使用無人機(jī)低空航測(cè)拍攝周圍區(qū)域的生態(tài)環(huán)境，在具體施工中使用無人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控施工區(qū)域周圍環(huán)境變化情況等，進(jìn)而為區(qū)域環(huán)境評(píng)價(jià)和環(huán)保措施的制定提供合理依據(jù)。

3 無人機(jī)低空航測(cè)主要技術(shù)指標(biāo)

3.1 平臺(tái)技術(shù)指標(biāo)

目前來說，我國(guó)無人機(jī)低空航測(cè)尚處于起步階段，尚未形成完善的作業(yè)規(guī)范。與傳統(tǒng)航測(cè)作業(yè)相比，無人機(jī)低空航測(cè)指標(biāo)可參考如下幾點(diǎn)：（1）無人機(jī)低空航測(cè)飛行速度應(yīng)在50～100km/h范圍內(nèi)。（2）無人機(jī)一旦發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，則具備安全滑翔并平穩(wěn)降落的能力。（3）發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)設(shè)置在無人機(jī)的后端部分，從而有效預(yù)防湍流對(duì)無人機(jī)的損害。（4）對(duì)于相鄰城鎮(zhèn)的無人機(jī)低空航測(cè)，飛行變化高度應(yīng)低于5%。

3.2 平臺(tái)穩(wěn)定度指標(biāo)

無人機(jī)低空航測(cè)影像的質(zhì)量直接決定著城市規(guī)劃過程中繁簡(jiǎn)成圖以及攝影成圖的精度，故而需要對(duì)無人機(jī)低空航測(cè)的穩(wěn)定性進(jìn)行控制?，F(xiàn)階段，無人機(jī)飛行的穩(wěn)定性有了一定程度的提升，當(dāng)側(cè)風(fēng)在四級(jí)以下時(shí)，無人機(jī)發(fā)射過程中的俯仰角以及橫滾角都可控制在3度以內(nèi)。最后，無人機(jī)傳感器的精度也在很大程度上提高了無人機(jī)飛行平臺(tái)的穩(wěn)定性。

3.3 控制測(cè)量

（1）像控點(diǎn)精度標(biāo)準(zhǔn)：像控點(diǎn)對(duì)于最近基礎(chǔ)控制點(diǎn)的平面位置誤差應(yīng)在0.2米范圍內(nèi)，高程誤差應(yīng)控制在0.2米內(nèi)。（2）應(yīng)該先確定雙模型布點(diǎn)，將像控點(diǎn)布點(diǎn)全部設(shè)置為平高點(diǎn)。（3）像控點(diǎn)測(cè)量。在測(cè)量像控點(diǎn)之前，要先聯(lián)測(cè)區(qū)域內(nèi)收集到的已知控制點(diǎn)，采用GPS靜態(tài)相對(duì)定位方式進(jìn)行聯(lián)測(cè)，選擇邊連式布網(wǎng)形式。

3.4 空中三角測(cè)量

（1）空三加密：在測(cè)量外控點(diǎn)的過程中，第一，需要先測(cè)量區(qū)域周邊6個(gè)像控點(diǎn)進(jìn)行平差，然后通過預(yù)測(cè)功能來實(shí)現(xiàn)其他像控點(diǎn)的快速測(cè)量。安排專業(yè)人員測(cè)量像控點(diǎn)，并由專業(yè)人員負(fù)責(zé)檢查。第二，通過外業(yè)工序來進(jìn)行基礎(chǔ)控制點(diǎn)計(jì)算，從而全面提高空三加密的精度。第三，測(cè)量完成之后要先進(jìn)行平差解算。（2）數(shù)據(jù)采集。在完成空三加密之后，要充分利用空三成果進(jìn)行單模型定向，在這一過程中會(huì)出現(xiàn)部分模型無法定向問題，其原因在于無人機(jī)低空航測(cè)質(zhì)量不夠理想。如無人機(jī)低空航攝姿勢(shì)不穩(wěn)定會(huì)直接導(dǎo)致旋偏角或飛行傾角過大，相片比例、航線彎曲不一致也會(huì)導(dǎo)致單模定向精度差。

4 無人機(jī)低空航測(cè)用于城鎮(zhèn)規(guī)劃的難點(diǎn)

在城鎮(zhèn)規(guī)劃中利用無人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)，節(jié)約了大量的人力、物力，有效節(jié)省了規(guī)劃成本，能夠快速獲取正射影像，通過直觀影像精確地把實(shí)地勘測(cè)盲點(diǎn)反映出來，并且能夠快速獲得詳細(xì)數(shù)據(jù)，為順利開展城鎮(zhèn)規(guī)劃工作夯實(shí)基礎(chǔ)。當(dāng)然將無人機(jī)航測(cè)應(yīng)用于城鎮(zhèn)規(guī)劃也存在一些難點(diǎn)，主要包括：第一，如果單位面積中模型數(shù)量眾多，利用人工來增加模型的連接點(diǎn)，就會(huì)增加加密工作量。鑒于此，可以考慮使用多核網(wǎng)絡(luò)、多機(jī)的自動(dòng)匹配方法，這樣能夠高效、快捷地生成多個(gè)精度高與強(qiáng)度高的模型連接點(diǎn)。第二，對(duì)于無人機(jī)機(jī)翼來說，畸變偏大現(xiàn)象較為明顯。我們可以采取高強(qiáng)度與高精度模型連接點(diǎn)，并用平差解算方法，提高空三加密成果的精度。第三，如果只在平面上增加像控點(diǎn)，可能會(huì)使控制點(diǎn)的精度受到影響。所以，為使航測(cè)過程能夠順利完成加點(diǎn)工作，可以使用立體加像控的模式來完成。第四，針對(duì)航測(cè)過程中的局部控制點(diǎn)薄弱問題，可以使用外業(yè)補(bǔ)測(cè)控制點(diǎn)的辦法解決。

5 結(jié) 論

綜上所述，本文以無人機(jī)低空航測(cè)的優(yōu)勢(shì)為切入點(diǎn)，從城市規(guī)劃測(cè)量、違章建筑監(jiān)督與管理、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)等角度，詳細(xì)論述了無人機(jī)低空航測(cè)在城鎮(zhèn)規(guī)劃中的具體應(yīng)用，并探究了航測(cè)主要技術(shù)指標(biāo)，多角度入手，以期更好地推動(dòng)城鎮(zhèn)規(guī)劃的順利開展。

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作者簡(jiǎn)介：李文杰（1984-），男，漢族，山西平遙人，工程師，學(xué)士，研究方向：航空攝影與遙感、地籍測(cè)量。