淺析無人機傾斜攝影建模技術在規(guī)劃建設中的應用
——以“長寧‘6.17’災后重建”工作為例

夏玉軍，李佳俊，趙大偉，徐超，卞玉濤

（中國城市規(guī)劃設計研究院，北京 100044）

1 傾斜攝影建模簡介

1.1 傾斜攝影

傾斜攝影通常是指通過在飛行裝備上安裝多個相機傳感器，同時從一個垂直、四個傾側角度來獲取影像。由于這種方式比傳統(tǒng)攝影多了不同傾斜角度的拍攝，所以得到的側面影像信息也更多、更全面。

1.2 傾斜攝影建模

傾斜攝影建模是指利用傾斜攝影設備獲取影像，再通過軟件對所拍區(qū)域或者是建筑物等進行模形建設的過程。通過傾斜攝影獲取地形地貌、地面構筑物、建筑物等全面完整準確的影像信息后，經(jīng)過相應數(shù)據(jù)處理，即可進入傾斜攝影模型生產(chǎn)階段。

1.3 傾斜攝影建模的種類、特點、優(yōu)勢

目前，傾斜攝影建模大致可以分成“機載激光掃描建模、人工干預建模以及自動化建?！比N。其中，傾斜攝影自動化建模因其本身具備的便捷、高效、成本低等因素，而被人們廣泛應用，是使用較多、較頻繁的一種。目前，比較常用的自動化建模軟件有Pix4D、Smart3DCapture、PhotoScan、Altizure、街景工廠、無限界等。

傾斜攝影建模的方式與其他建模方式相比，不論是在建模之前的影像采集上，還是在建模后期的數(shù)據(jù)處理應用上，都有嚴格的技術標準，需要滿足測繪相關的參數(shù)要求。但是，傾斜攝影建模的效果具備真實紋理，不但使場景更加真實、客觀，還能突顯出山川河流、地貌地物等在三維空間中的表現(xiàn)。特別是在詳規(guī)設計階段，有時會根據(jù)需要，著重突出一下某地塊、區(qū)域的三維信息，如立面的風格、建筑的高度以及視域情況等。

2 傾斜攝影建模技術在規(guī)劃建設中的應用

利用傾斜攝影自動化建模軟件生成的實景三維模型具有很多特性，其中，有些特性在規(guī)劃設計建設領域中的應用也非常廣泛。

2.1 如實反映三維現(xiàn)狀

2019 年6 月17 日，四川長寧縣發(fā)生6.0 級地震后，中國城市規(guī)劃設計研究院積極響應上級號召，第一時間成立了“長寧‘6.17’災后重建”工作組，并開赴災區(qū)積極展開工作。工作組到達受災現(xiàn)場后，了解到位于震中的雙河鎮(zhèn)和距震中6km 的珙縣老縣城震災較為嚴重。雙河鎮(zhèn)魚池村因地質原因，受災情況特別突出，地震致使很多民居受損，有的垮塌了，有的成了危房，而且危房的數(shù)量還不少，超過了50%。為此，村里有大量的居民被安置在臨時搭起的帳蓬里，飲食起居十分不便，生活條件非常艱苦(見圖1)。

圖1 無人機拍攝的魚池村某處垮塌房屋及臨時安置點

如何為當?shù)卣陀嘘P部門積極穩(wěn)妥、及時有效、科學統(tǒng)籌災后重建工作提供決策支撐，如何為規(guī)劃設計建設的專家們提供受災情況以及災后重建選址等工作獲取第一手資料，成為擺在我們無人機小組面前的第一要務?；诖?，我們無人機小組成員克服各種困難，利用無人機對受災嚴重的長寧縣雙河鎮(zhèn)魚池村和珙縣老縣城的建筑范圍進行了航拍，并快速完成了實景三維建模工作(見圖2)。

圖2 珙縣老縣城實景模型數(shù)據(jù)（白模）

在抗震援建期間，一是考慮到受災群眾的戀鄉(xiāng)情愫，盡可能的把新居重建位置選址在受災前房屋位置附近；二是考慮到宜居、地質安全等因素，在哪里進行民居重建最合適?為此，應當?shù)卣囊?，我們利用無人機先是對雙河鎮(zhèn)魚池村民居受災情況進行了航拍，然后，又對擬作為災后重建安置點的10個區(qū)域進行了航拍，并夜以繼日，爭分奪秒地完成了實景建模工作。最后，采用三維WebGIS 平臺分享的方式，把民居受災情況以及10個擬作為災后重建安置點區(qū)域的實景三維現(xiàn)狀圖，展現(xiàn)給當?shù)卣嘘P部門和專家，給領導決策提供支撐。同時，我們還請專業(yè)技術人員做了人工建筑模型，放到安置點，進行展示和相關分析，為下一步的方案完善、工程改造等工作提供了有力支撐(見圖3)。

圖3 魚池村某處安置點建筑方案與實景模型疊加顯示

2.2 具備三維分析功能

雖然用肉眼從外觀來看，通過計算機利用傾斜攝影自動化建模技術生成的模型和人員手工制成的模型差別不是特別大，但實際上，利用計算機建模軟件自動化生成模型，在生產(chǎn)過程中，幾乎無需人工干預。其生成的模型是真實客觀的，且模型的紋理更清晰，量測尺寸更加精確。除此之外，由于無人機傾斜攝影獲得的影像是帶有高程、經(jīng)緯度等多種信息。因此，生成的實景三維模型具有三維測量功能。必要情況下，可通過加入控制點的方式為傾斜攝影模型進行坐標糾正，從而進一步提高其絕對精度。同時，利用這種技術方式，還可以幫助行政管理部門在審查時，快速發(fā)現(xiàn)樓宇超高等違規(guī)行為（見圖4）。

圖4 利用實景模型實現(xiàn)對珙縣老縣城建筑高度量測

除了具有量測功能外，傾斜攝影自動化模型還可以根據(jù)需要，在三維WebGIS 平臺上做一些應用分析，比如，可視域分析、土方量分析和陰影分析等等。其中，利用可視域分析，可以很清晰的看到一些建筑物或者是開敞、半開敞空間在四周環(huán)境中所處的位置關系等。利用陰影分析，可以很方便的計算出日照間距是否符合標準(見圖5)。

圖5 利用可視域分析查看安置點可視范圍

2.3 制作模型更高效

傾斜攝影自動化建模是非人為干預的，自動化的，相對于傳統(tǒng)的人工建模，自動化建模的成本低，效率高，對快速評估自然災害受損情況，起到了非常重要的支撐作用。

人工建模離不開基礎資料做支撐，如建筑現(xiàn)狀圖、地形圖等。但這些資料的獲取或者是授權使用的過程非常麻煩，有時甚至需要反復到幾個部門去申請，耗時費力拿來的數(shù)據(jù)，格式五花八門，還得重新整理，轉換到同一坐標系下。除此之外，人工建模需要對模型進行拉伸和貼紋理等流程工作，待模型生成之后還需要請專人負責檢查模型的拓撲關系是否正確。這些工作不但非常耗費時間，而且還特別容易出現(xiàn)錯誤。傾斜攝影自動化建模則不需要去相關部門申請地形圖、建筑現(xiàn)狀圖等基礎資料，只需確保建模區(qū)域可進行無人機飛行，航線設計科學安全就可完成傾斜影像數(shù)據(jù)的采集。影像數(shù)據(jù)采集完成后，利用計算機通過自動化建模軟件加工處理即可生成模型。

3 結語

傾斜攝影自動化建模，可根據(jù)工作需要在三維WebGIS 平臺上進行一些應用分析，也可原汁原味、實事求是的展現(xiàn)出所攝區(qū)域的各種情況，從而為城市規(guī)劃建設工作者提供更為真實詳盡、全面直觀的數(shù)據(jù)基礎。此外，在增添擴展遙感影像使用規(guī)模界限的同時，傾斜攝影自動化建模還給規(guī)劃設計建設者們增加了不一樣的工作體驗，并獲得良好的技術支持。