初探城市規劃中對無人機航拍的應用

文/ 甘 煉 河北和騰城鄉規劃設計有限責任公司 城市規劃師

一、中國民用無人機發展背景

20世紀80年代中國民用無人機開始起步，1980年3月，西北工業大學研發了一種多用途無人駕駛飛機D-4，主要用于航空測繪和航空物理探礦，它開創了中國無人機軍用轉民用的先河，是真正意義上的第一款民用無人機型號。

圖1 D-4 無人機

20世紀90年代至2006年，民營企業陸續加入到民用無人機的研發隊伍中，1996年西安愛生技術集團公司（前身為西北工業大學無人機研究所）研制出具有里程碑意義的ASN206中短程多用途無人駕駛飛機，實現了無人機的軍民兩用。

圖2 大疆Phantom3無人機

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

2012年前后至今，以大疆產品為代表的無人機向消費級市場展開強烈攻勢，使無人機真正走進了大眾視野；Phantom3的問世，讓航拍成為流行；零度智控、奇蛙、云頂智能等眾企業的參與，更是將消費級無人機市場推向了紅海。

隨著城鎮化進程的加快，城市規劃行業由于其對基礎數據的現勢性要求較高，使得傳統的數據采集與加工應用效率已經不能滿足在現代信息化背景下城市規劃工作的需要，而作為繼衛星遙感、大飛機遙感之后發展起來的一項新型航空遙感技術，新興的無人機航拍技術非常適合小范圍內高分辨率遙感數據的即時獲取。因此，利用無人機航拍技術在規劃信息化領域的應用，可以縮短各種規劃基礎地理數據的采集時限，提高規劃數據的采集效率；擴大規劃數據的應用廣度，拓展規劃應用的深度。

二、具體應用分析

（一）現狀資料調查

在城市規劃工作中，傳統的方式主要是依托各種比例尺的線劃地形圖、衛星遙感圖、航拍圖、現場影像照片、歷史文檔及圖片等，這些方式有著采集周期長、直觀性差、經費需求高、圖像可視視角窄等缺點，難以進一步提高工作的精度與準確度。無人機航拍可以半天時間即可對一個單元地塊現場進行實時的大范圍、多視角的數據采集（見圖3和圖4），通過將拍攝畫面進行快速拼接和精密測量，直接對應可生成多種規劃前期調研所需的的全方位視角影像資料數據，支撐城市規劃工作的科學性。

圖3 內丘縣某居住片區

圖4 內丘縣南水北調河道

（二）支撐規劃場地信息化建設

城鄉規劃現階段缺乏對于存量空間的標準化、規范化的信息建設。基于航拍技術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、分布特點、比例，人群活動習慣、聚集點分布等（見圖5），二者相結合可為場地的業態分布、功能分區、設施管線布置提供科學依據。利用無人機俯拍，對三維模型中地形地貌進行分析，三維展示該地區疊加的多樣化信息，有助于城鄉存量空間快速細致的調研分析和展示。有效避免現在某些村落規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計

（三）支持城市設計可視化分析

真實的紋理是構建建筑物精細三維模型所必需的，在以往的城市設計工作中，往往現狀資料采集基于地面，缺乏空中視角的資料，而最后規劃成果恰好又是空中視角為主，所以在航拍介入的城市設計中，能實現規劃后與規劃前的同一視角對比，也能對建筑容積率、建筑密度、日照等進行空間分析，構建一個指標的三維可視化表達，實現視覺分析、日照分析、D/H值確定等內容。

三、無人機航拍技術應用的優缺點

（一）應用帶來的優勢

1、拍攝視角寬，信息量大

隨著城市規劃師工作范圍的擴大，城市規劃師的工作量也呈幾何倍的增加，分析現狀的工作量耗費大量的人力、物力。無人機航拍技術不僅能快速、高效地對周邊環境進行測量航拍，并且能夠將數據通過計算機技術進行處理轉換成清晰易懂的三維和二維圖像信息，為城市規劃師及時掌握場地現狀及周邊環境進行分析，并基于現狀做出合 理的規劃設計。

2、設備體量小，操作靈活

一般測繪航拍的無人機體量都不會太大，機身攜帶組裝都很方便、靈活，尤其是無人機的可測范圍廣、起降方式可人工或電腦控制，對起降場地的要求不高等特點，更使得無人機能在山高、地形復雜、客觀條件較差的地方得到應用，極大地提高了測繪成果的實效、準確性，保證工作高效、快速的進行。

3、照片分辨率高，設備存儲量大

無人機進行航拍時所用的相機可根據用戶的個人需求進行調節，其所搭載的數碼相機低空分辨率甚至可達到厘米，且收集處理信息非常迅速，機體儲存空間也很強大，不是人為現場測量所能比擬的。

4、設備易操作和易維護

無人機航拍測繪并不需要太多的專業知識，即使是在處理信息時，也只是坐在計算機前對幾個軟件進行簡單的操作，并且整個工作所需要的人手不多，2～4人就能完成整套工作，而且，由于無人機組件都相對較小，拆裝容易，便于維修和保養。

（二）應用存在的問題

1、飛行時間短，起降頻繁

現在的無人機一般都使用鋰電池，飛行時間一般都在20～30分鐘，一般情況下，1臺無人機要配備4～6塊電池才能保證飛行測量時間充足。

2、易受到天氣狀況的影響

由于無人機重量輕、速度快，使得無人機對飛行天氣的狀況要求較高。有風、有霧、有雨、有雪的天氣都會影響無人機航拍的質量與速度，有時甚至不能進行飛行航拍。

3、我國對無人機飛行的要求越來越高

近年我國在無人機方面進行了一些立法工作，主要包括飛行管制、航空性 審定、航空器駕駛人員審核和航空作業許可等方面。

四、無人機航拍技術應用的展望

隨著科學技術的不斷完善和突破，如四旋翼無人機技術的不斷完善，使得搭載先進攝影測量和三維激光掃描設備也得于實現，可更加高效準確地建立數字三維真實城市模型。應用數字三維建模技術進行規劃前和規劃中的三維規劃管理，通過建立三維真實影像模型，可以讓城市規劃管理者直觀、真實、詳細、準確地了解項目的實際建設情況，為規劃核實管理提供細致、準確、高效的建筑數據。隨著時間的推移，國家制度的完善，無人機市場的將不斷規范化。無人機航拍成果的應用，必將在國家監管層面的引導與控制下，為城市規劃領域應用提供新的應用、分析方法和管理手段，為規劃管理提供精準的數據支持，為規劃決策提供科學的信息支撐，進而在城市應急保障、公共安全、快速響應等智慧城市建設過程中發揮更為積極的作用，進一步推動城市經濟的健康可持續發展。▲