無人機傾斜攝影測量在規劃方案比選中的應用

王保國，張潤科

(1. 蚌埠市勘測設計研究院，安徽 蚌埠 233000； 2. 內蒙古自治區地圖院，內蒙古 呼和浩特 010051)

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

規劃方案比選是規劃管理中一個重要環節，也是以后項目實施達到的最終效果，顯得至關重要。規劃方案與周圍環境能否無縫融合、和諧共生，是一個很重要的判斷指標。現階段的規劃方案三維效果圖大多通常只是制作規劃范圍內的建筑方案，周邊的地物、地貌等現實環境則通過模擬、虛構或手工建模的方式來實現，效果往往與實際真實環境差異很大，造成規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劃方案比選提供了一種思路。

1 技術路線

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境里導入擬規劃的三維方案，將擬規劃方案三維模型與實景三維模型進行整合，實現無縫融合后，進行方案比選。這樣就可以很好地把握規劃方向，使整個規劃范圍內的構筑物與周圍風格、色調保持一致，進而及早發現并規避規劃方案中的缺陷。采用的技術路線如圖1所示。

圖1 技術路線

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，規劃擬建一個住宅小區，總用地面積約161 642 m2，規劃總建筑面積約537 423 m2，其中配套了9班幼兒園及東南角設置了2000 m2公共綠地。周邊為很成熟的建設用地，現有兩個規劃方案(方案Ⅰ和方案Ⅱ)，在都滿足規劃參數的情況下，從中選擇一個更適宜的方案。

2.2 傳統三維模型分析

傳統三維建模或效果圖通常使用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模或渲染。這種方式制作出的模型數據精度較低，紋理與實際效果偏差較大，生產過程需要大量的人工參與。本項目的傳統的三維建模效果圖，如圖2、圖3所示。其周邊的地物、地貌等現實環境是通過模擬、虛構或者手工建模、渲染的方式來實現，效果往往與實際真實環境差異很大，造成規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 無人機傾斜攝影數據獲取

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

圖4 航線設計

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組照片總數為3200張及對應的POS數據。傾斜攝影完成后，對獲取的測區影像進行預處理，確定影像沒有變形、扭曲等現象，質量不符合要求的進行修復，對影像進行統一編號，并與POS信息對應制作POS表。在自動建模軟件上加載測區影像，進行空三加密，影像密集匹配、聯合平差等，再生成點云、構建不規則三角網，創建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(空白區域為規劃區域范圍)。

圖5 生成實景三維模型

2.5 數據融合

對規劃方案所在區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，按照規劃設計參數建立規劃三維模型方案Ⅰ和規劃三維模型方案Ⅱ，并對兩個規劃方案分別進行位置匹配和格式轉換，并導入單體化建模系統進行整理，將OBJ格式轉為OSGB格式輸出。將項目中規劃三維模型方案Ⅰ和規劃三維模型

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

圖6 兩屏聯動方案比選

2.6 方案比選

實現規劃方案與真實場景的無縫融合后，以此可以360°查看規劃方案中要素與其周圍真實場景的融合效果。可以通過配套軟件的應用，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、多屏聯動對比，可以很好地把握規劃方向，使整個規劃范圍內的建筑物與周圍風格、色調保持一致，進而及早發現并規避規劃方案中的缺陷，輔助實現規劃方案的選擇，最終確定合適規劃三維模型方案。圖6為兩屏聯動方案比選，圖7為三屏聯動方案比選。

圖7 三屏聯動方案比選

3 對比分析

本項目傳統三維效果圖，其周邊的地物、地貌等現實環境是通過模擬、虛構或手工建模、渲染的方式來實現，效果與實際環境相差很大，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、相對關系等與實際環境一致，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 語

在城市規劃發展的新常態下，對規劃編制和規劃管理等工作提出了更高的要求。城市規劃的思路從二維圖紙化轉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，在城市規劃方面還有許多值得探索和拓展的應用，如規劃竣工核實、輔助規劃監察、城市規劃測量、城市規劃調查等。目前，無人機傾斜攝影測量在規劃管理實踐中應用得還比較有限，相信隨著技術的發展，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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