淺析無人機傾斜攝影建模技術(shù)在規(guī)劃建設(shè)中的應(yīng)用
——以“長寧‘6.17’災(zāi)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(shè)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(cè)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(cè)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(shè)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(shè)的過程。通過傾斜攝影獲取地形地貌、地面構(gòu)筑物、建筑物等全面完整準確的影像信息后，經(jīng)過相應(yīng)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(yù)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(yīng)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(yīng)用上，都有嚴格的技術(shù)標準，需要滿足測繪相關(guān)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(shè)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(fēng)格、建筑的高度以及視域情況等。

2 傾斜攝影建模技術(shù)在規(guī)劃建設(shè)中的應(yīng)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(shè)計建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)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(shè)計研究院積極響應(yīng)上級號召，第一時間成立了“長寧‘6.17’災(zāi)后重建”工作組，并開赴災(zāi)區(qū)積極展開工作。工作組到達受災(zāi)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(zāi)較為嚴重。雙河鎮(zhèn)魚池村因地質(zhì)原因，受災(zāi)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(dāng)?shù)卣陀嘘P(guān)部門積極穩(wěn)妥、及時有效、科學(xué)統(tǒng)籌災(zāi)后重建工作提供決策支撐，如何為規(guī)劃設(shè)計建設(shè)的專家們提供受災(zāi)情況以及災(zāi)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(wù)。基于此，我們無人機小組成員克服各種困難，利用無人機對受災(zāi)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(zāi)群眾的戀鄉(xiāng)情愫，盡可能的把新居重建位置選址在受災(zāi)前房屋位置附近；二是考慮到宜居、地質(zhì)安全等因素，在哪里進行民居重建最合適?為此，應(yīng)當(dāng)?shù)卣囊螅覀兝脽o人機先是對雙河鎮(zhèn)魚池村民居受災(zāi)情況進行了航拍，然后，又對擬作為災(zāi)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(zāi)情況以及10個擬作為災(zāi)后重建安置點區(qū)域的實景三維現(xiàn)狀圖，展現(xiàn)給當(dāng)?shù)卣嘘P(guān)部門和專家，給領(lǐng)導(dǎo)決策提供支撐。同時，我們還請專業(yè)技術(shù)人員做了人工建筑模型，放到安置點，進行展示和相關(guān)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(shù)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(yù)。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(shù)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(yīng)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(guān)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(yù)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(zāi)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(chǔ)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(quán)使用的過程非常麻煩，有時甚至需要反復(fù)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(zhuǎn)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(zé)檢查模型的拓撲關(guān)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(guān)部門申請地形圖、建筑現(xiàn)狀圖等基礎(chǔ)資料，只需確保建模區(qū)域可進行無人機飛行，航線設(shè)計科學(xué)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(jié)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(yīng)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(shè)工作者提供更為真實詳盡、全面直觀的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。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(shè)計建設(shè)者們增加了不一樣的工作體驗，并獲得良好的技術(shù)支持。