無人機低空航測在城鎮規劃中的應用

摘 要：隨著科學技術的不斷發展與進步，無人機低空航測技術得到了廣泛應用，并憑借影像獲取速度快、分辨率高等優勢在城鎮規劃與建設中發揮著重要作用。鑒于此，本文將探究無人機低空航測在城鎮規劃中的應用方法，旨在為一線工作提供理論指導。

關鍵詞：無人機；低空航測；城鎮規劃

中圖分類號：P217；P231 文獻標識碼：A 文章編號：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

低空無人機航拍與有人飛機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、成本費用高、航線空域管制等因素而在城鄉規劃中的應用受限，利用成本低廉、機動靈活、高效快速的低空無人機航拍已成為開展此類業務的最佳方式。

1 無人機技術簡介及無人機低空航測的優勢

在無人機技術構成中，無線通訊系統、信息系統處理技術以及GNSS定位系統是比較重要的構成系統，與傳統測繪技術相比，這些技術信息更新快、能夠實現自動化操作，在具體測量過程中，可以充分利用GNSS定位系統、自動拼接軟件系統得到影像資料和數據，進一步提高影像處理的準確性和效率。隨著我國無人機技術的發展，無人機在飛行高度、速度、航程、任務等多方面有了很大進步，中國民用航空局對無人機升限高度、質量以及升空速度等方面進行了管理。

無人機低空航測的優勢眾多，主要表現在如下方面：（1）無人機機動靈活，起降方便。無人機對于起降外部環境的要求較低，公路、操場等比較開闊的地方均可以完成無人機升降操作。（2）無人機能實現低空飛行，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任務，大大提高了工作效率。（3）分辨率高。無人機航拍的分辨率非常高，這也是傳統航空攝影所不能比擬的。目前來說，將數碼相機直接安裝在無人機上，能實現厘米級的低空分辨率航拍，這能使得拍攝畫面更加清晰，進而為城鎮規劃提供準確的數據支持。（4）成本低。無人機航拍的成本比較低，而且維護比較方便。無人機航拍在維護人員數量、綜合素質等方面的要求均比傳統航空攝影要求水平低，大大降低了無人機低空航測的成本。

2 無人機低空航測在城鎮規劃中的具體應用

2.1 城市規劃管理

諸如某省市規劃局成功引進航測無人機類媒體報道屢見不鮮，我國諸多地區的城市規劃部門已經開展了無人機低空航測業務，使用無人機來進行規劃測量工作。無人機低空航測因覆蓋范圍廣、速度快、航時長等優勢，能更好地滿足城鎮規劃測量的具體標準。隨著科學技術的發展，部分新型航測無人機簡化了航空攝影測量的具體流程，這不僅使得低空航測具備了北斗、GPS等導航功能，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劃項目中就使用了無人機低空航測技術，在前期勘測設計階段先對地形進行綜合分析，該園區的所處地勢比較開闊，無人機低空航測非常適宜。該園區的無人機低空航測總共進行了四個架次，收集了960張照片。工作人員仔細分析了無人機低空航測的數據信息，并在該區域中布設了190個像控點，然后在此基礎上使用全數字攝影測量工作站開展區域立體測量工作，利用空中三角測量來構建數字立體模型。與直接野外測量相比，無人機低空航測所花費的時間節省了一半，人力、物力等資源也得到了大幅度節約，城市規劃測量工作的整體效率得到了提升。

2.2 違章建筑監督與管理

違章建筑一直是城市規劃建設發展中的難題和痛點，傳統人工監察違章建筑的方式需要耗費大量的人力和物力資源，工作效率比較低，各項工作開展時間長。首先，尤其是對于城鎮中的違章建筑來說，大部分都處在位置隱蔽的最頂層，監察人員無法及時發現。其次，即使接到頂層有違章搭建的舉報，許多業主也不會與檢查人員合作，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。通過進行無人機低空巡航偵察，能夠快速、有效地獲得目標建筑的基本情況，一旦發現違章建筑就可以拍攝和存儲圖片，為后期各項工作的順利開展提供證據支持。無人機低空航測違章建筑，只需要安排專門人員負責觀看畫面即可，在有效節省人力、物力資源的同時，提高了工作效率。目前來說，北京、深圳等一線城市的監督部門均已采用了無人機低空航測技術，并取得了良好成效。

2.3 工程環境質量監測

近年來，全球環境污染加劇，城鎮環境保護工作備受社會各界關注。在這一背景下，國家相關部門也出臺了各項規定，對城市建設的工程環境進行保護。為了更好地對建筑工程進行監督管理，部分監管部門開始使用無人機低空航測技術進行環境監測和拍攝取證。例如：在工程設計階段以及現場勘查階段，使用無人機低空航測拍攝周圍區域的生態環境，在具體施工中使用無人機低空航測技術實時監控施工區域周圍環境變化情況等，進而為區域環境評價和環保措施的制定提供合理依據。

3 無人機低空航測主要技術指標

3.1 平臺技術指標

目前來說，我國無人機低空航測尚處于起步階段，尚未形成完善的作業規范。與傳統航測作業相比，無人機低空航測指標可參考如下幾點：（1）無人機低空航測飛行速度應在50～100km/h范圍內。（2）無人機一旦發動機出現故障，則具備安全滑翔并平穩降落的能力。（3）發動機應設置在無人機的后端部分，從而有效預防湍流對無人機的損害。（4）對于相鄰城鎮的無人機低空航測，飛行變化高度應低于5%。

3.2 平臺穩定度指標

無人機低空航測影像的質量直接決定著城市規劃過程中繁簡成圖以及攝影成圖的精度，故而需要對無人機低空航測的穩定性進行控制。現階段，無人機飛行的穩定性有了一定程度的提升，當側風在四級以下時，無人機發射過程中的俯仰角以及橫滾角都可控制在3度以內。最后，無人機傳感器的精度也在很大程度上提高了無人機飛行平臺的穩定性。

3.3 控制測量

（1）像控點精度標準：像控點對于最近基礎控制點的平面位置誤差應在0.2米范圍內，高程誤差應控制在0.2米內。（2）應該先確定雙模型布點，將像控點布點全部設置為平高點。（3）像控點測量。在測量像控點之前，要先聯測區域內收集到的已知控制點，采用GPS靜態相對定位方式進行聯測，選擇邊連式布網形式。

3.4 空中三角測量

（1）空三加密：在測量外控點的過程中，第一，需要先測量區域周邊6個像控點進行平差，然后通過預測功能來實現其他像控點的快速測量。安排專業人員測量像控點，并由專業人員負責檢查。第二，通過外業工序來進行基礎控制點計算，從而全面提高空三加密的精度。第三，測量完成之后要先進行平差解算。（2）數據采集。在完成空三加密之后，要充分利用空三成果進行單模型定向，在這一過程中會出現部分模型無法定向問題，其原因在于無人機低空航測質量不夠理想。如無人機低空航攝姿勢不穩定會直接導致旋偏角或飛行傾角過大，相片比例、航線彎曲不一致也會導致單模定向精度差。

4 無人機低空航測用于城鎮規劃的難點

在城鎮規劃中利用無人機低空航測技術，節約了大量的人力、物力，有效節省了規劃成本，能夠快速獲取正射影像，通過直觀影像精確地把實地勘測盲點反映出來，并且能夠快速獲得詳細數據，為順利開展城鎮規劃工作夯實基礎。當然將無人機航測應用于城鎮規劃也存在一些難點，主要包括：第一，如果單位面積中模型數量眾多，利用人工來增加模型的連接點，就會增加加密工作量。鑒于此，可以考慮使用多核網絡、多機的自動匹配方法，這樣能夠高效、快捷地生成多個精度高與強度高的模型連接點。第二，對于無人機機翼來說，畸變偏大現象較為明顯。我們可以采取高強度與高精度模型連接點，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，可能會使控制點的精度受到影響。所以，為使航測過程能夠順利完成加點工作，可以使用立體加像控的模式來完成。第四，針對航測過程中的局部控制點薄弱問題，可以使用外業補測控制點的辦法解決。

5 結 論

綜上所述，本文以無人機低空航測的優勢為切入點，從城市規劃測量、違章建筑監督與管理、環境質量監測等角度，詳細論述了無人機低空航測在城鎮規劃中的具體應用，并探究了航測主要技術指標，多角度入手，以期更好地推動城鎮規劃的順利開展。

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作者簡介：李文杰（1984-），男，漢族，山西平遙人，工程師，學士，研究方向：航空攝影與遙感、地籍測量。