傾斜攝影測量技術在城中村規劃管理中的應用★

金興昌

(江蘇航空職業技術學院,江蘇 鎮江 212134)

0 引言

城中村在我國城市化進程中一直存在建筑老舊、擁擠、環境惡劣等問題,給城市發展和居民生活帶來了不少挑戰,因此需要通過科學的規劃和有效的管理。城中村規劃和設計不僅關乎城市面貌和環境,更關乎城市社會的和諧與穩定,通過改善城中村的基礎設施、提升居住條件、增加公共服務設施等措施,幫社區建設和改善居住環境,進而提升城市形象,滿足城市居民的多樣化需求,提高社區的整體發展水平[1]。

傾斜攝影測量技術作為一種高精度、高效的三維數據采集和建立技術,為城中村規劃管理提供了新的方法。本文將探討傾斜攝影測量技術在城中村規劃管理中的應用,通過對傾斜影像的采集和分析處理,可以實現對城中村地形、建筑物、地貌等的精確測量和建模,以期為城中村規劃和改造提供科學依據和決策支持,幫助相關部門制定長遠的規劃和政策[2]。

1 傾斜攝影測量技術

傾斜攝影測量技術是一種通過使用特殊的攝影設備,如傾斜攝影機或多相機系統,以不同角度和方向進行航拍,從而獲取傾斜的影像數據。與傳統的垂直攝影相比,傾斜攝影可以提供更全面、更真實、更立體化的場景信息。傾斜攝影采集的影像數據具有高分辨率和豐富的空間信息,能夠準確捕捉地面上的細節、結構和立體形狀。如圖1所示,圖中PP′為相機主光軸,ON為被攝點的垂直于地平線方向,t為PP′與ON的夾角。當傾斜角度5°30°時即為高度傾斜影像[3]。

2 影像數據采集及實景三維模型重建

2.1 作業區概況

本次實驗目標測區(城中村)位于A市,距離該市C縣僅3 km,距離A市區約70 km,居住人口約1.5萬人,北部有省道通過,東側有省道與大廣高速路通過,區位條件較好,交通優勢明顯。當前由A市統一制定了施工計劃[4],對測區進行改造,將渡口附近的危房、舊房進行拆遷以騰出空地修建停車場、草坪等設施,由于其施工后的場景無法預測,可通過構建三維可視化系統直觀地展現當前和下一階段施工完成后的改造樣貌。針對上述問題,項目計劃采用無人機測繪與實地調查測繪結合的方法進行作業,項目中采用固定翼無人機搭載五鏡頭對測區進行傾斜攝影測繪。在部分狹窄地區,進行人工地面影像采集,以提高整體拍攝數據的重疊度。整體技術流程如圖2所示。

2.2 傾斜攝影影像數據采集

結合測區實際情況,本文選擇“混合翼無人機+五鏡頭傾斜相機”等搭載傾斜相機的方式獲取傾斜影像,航向重疊度按優于80%設計,旁向重疊度按優于70%設計,無人機為“飛馬E2000混合翼無人機”,主要參數如表1所示。

表1 飛馬E2000參數表

航測模塊E-CAM2000鏡頭;相機型號為SONY a6000;傳感器尺寸為23.5 mm×15.6 mm(aps-c);有效像素約為2 430萬;鏡頭參數為25 mm定焦。

首先應用飛馬控制系統制定航線計劃,根據需要采集的區域和目標,在地面控制端上根據測量區域的大小和復雜程度,制定航線規劃方案。航線規劃需要考慮場地條件、地面高度變化、建筑物和障礙物的位置等因素,以獲取全面且準確的傾斜影像;航點的選擇應充分考慮目標物體的形狀、復雜程度以及采集要求,保證航線覆蓋區域全面而又高效;執行飛行任務,根據航點規劃,將無人機起飛,并按照預設的飛行路徑和高度進行飛行,在航拍過程中,需注意保持良好的飛行姿態、飛行速度和安全距離,以確保影像數據的質量和完整性。在實地航拍完成后,需要對所獲得的傾斜影像進行數據質量的檢查和控制,并將采集的傾斜影像數據傳輸到計算機處理平臺進行備份和存儲,以防止數據丟失和損壞。

2.3 實景三維模型重建

內業數據處理時,由于光影和采集時間等原因,首先要對影像數據進行預處理,本項目勻光勻色使用的是Terra photo軟件對機載激光數碼影像進行勻光勻色處理,通過添加顏色點自動補償大幅度的色彩變化,進行整體色彩分配。實景三維模型重建使用Context Capture Master軟件,添加要建模的照片和控制點信息文件,再進行刺點,輸入外業實測的像控點坐標并進行POS解算。最后進行空三加密,經過提取特征點、提取同名像對、相對定向、匹配連接點、區域網平差等步驟的運算處理,得到測區空中三角測量成果。為提高空中三角測量的成果精度[5],可以使用軟件對測區進行二次空三運算,最終得到更精確的測區空三結果。建立好的測區實景三維模型如圖3所示[6]。

3 “虛擬”規劃設計

規劃設計是在建立好的實景三維模型基礎上進行的,首先將規劃設計范圍內的瓦片導入到ModelFun軟件中進行修復,去除瓦片表面的冗余碎片、道路不平、標牌破損和紋理拉伸模糊等問題,并檢測和修復缺陷、重建模型表面,通過軟件提供的編輯工具進行局部處理,應用平滑算法和填充算法來修復模型表面缺陷,并不斷調整參數直至修復滿意的結果[7]。設計模型重建應用的是Revit軟件,根據收集到的數據和建筑物的結構和布局,逐一建立設計建筑物模型。本文應用建筑物的平面圖、立面圖、剖面圖等作為參考,在建立建筑物模型時,合理設置建筑物的參數,如高度、面積、材料等,從而建立設計建筑BIM模型。

待實景三維和BIM模型預處理好后,將預處理后的傾斜平地模型導入UE5項目中,再調整傾斜模型和BIM模型的位置和比例,使它們在空間中對齊;并為傾斜模型和BIM模型創建合適的碰撞體,以便在場景中進行物理交互時能夠準確碰撞和響應;再根據實際場景需要,通過調整光照和渲染效果,使傾斜模型和BIM模型在視覺上更好地融合。通過以上步驟,可以在UE5軟件中將傾斜模型與BIM模型融合,展示建筑項目的整體效果和空間感,為項目的設計、溝通和決策提供更直觀和全面的視覺呈現。如圖4所示為設計好的行政服務中心BIM模型導入傾斜實景三維模型中的效果。

除以上應用外,還可以在實景三維模型的基礎上進行景觀設計,根據實地調查測量結果,建立測區規劃設計圖,然后在UE5中建立一個市民公園,在模型基礎上進行設計圖繪制,包括人工湖、棧道、小橋、植被和廣場等,如圖5所示為在實景三維模型基礎上進行的景觀規劃設計。利用實景三維模型的視點和視線分析功能,可以進行可視域分析,幫助評估建筑物或景觀元素的視覺影響范圍,分析視線遮擋情況,優化景觀設計等。此外,利用實景三維模型的幾何信息和太陽光照模擬技術,可以進行陰影分析,還能幫助決策者了解建筑物或景觀元素的陰影投射情況,評估其對周圍環境的影響,以及對日照、通風等方面的影響[8-9]。

此外,還可以結合3D GIS技術進行模擬建設,可以直觀地了解城市發展的空間布局以及街道和建筑物的相互關系。在街道級別上顯示城中村中各種商務信息,如商店、餐館等,為商業規劃和經濟發展提供了科學依據。并且可以方便地進行空間測量任務,并分析光照、通視性和控高等指標,以上對于城中村規劃方案的制定和評估至關重要[10]。

4 方法對比

目前在城中村數字規劃管理中,主要工作是進行現場調查和分析,在進行實地調查時,目前主要方法還是人工實地調查,如涉及大面積改造工程可能會應用到遙感技術等。本文主要將傳統方法和本文方法在城中村規劃管理中的應用進行對比和評估,旨在為城中村規劃管理提供更科學、高效的方法選擇。相比較傳統調查模式,傾斜實景建模法的優勢如表2所示。

表2 實景建模法與傳統調查模式對比

通過表2可以看出,在效率上和成本上,傳統的調查方式都是依靠測量員入戶調查,經過整理計算后才能獲得數據和相關圖件,耗費時間長且人工成本高。而利用無人機等飛行載體傾斜攝影測量技術能夠快速采集圖像數據,內外業綜合效率約是傳統方法的2倍～3倍,具有更高的效率和更豐富的信息獲取能力,在數據采集、分析和決策支持等方面有著更明顯的特點和優勢。

5 結語

傾斜攝影測量技術在城中村規劃管理中不僅能提供精準的數據支持,通過傾斜攝影測量技術的應用,還能提升規劃決策的科學性和準確性,提升城市形象和居住環境質量,為居民提供更好的生活品質,實現城市美觀、有序、可持續發展的目標,在城中村規劃管理中具有廣闊的應用前景和重要的意義。