无人机航摄在城市规划建设中的应用

张 涛

(蚌埠市勘测设计研究院,安徽蚌埠 233000)

无人机航摄在城市规划建设中的应用

张 涛∗

(蚌埠市勘测设计研究院,安徽蚌埠 233000)

无人机航拍摄影是新兴的航空遥感技术,本文主要从其优于传统航空摄影测量的特点说明使用无人机进行城市规划建设,在实践中取得的明显成效和经验。以无人机平台的微型航空遥感技术,为中小城市特别是镇、县、乡等地区经济和文化建设提供了有效的遥感技术服务手段,适应国家经济和文化建设发展的需要。

无人机航拍摄影;高分辨率;地形图测绘;新农村规划建设

1 引 言

随着我国信息化领域的飞速发展,数字城市、数字国土、数字林业、数字环保、数字能源[1]等数字化建设进程明显加快,并取得了一定的成果。无人机航拍摄影[2]是以无人驾驶飞机作为平台,以机载遥感设备,如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、红外扫描仪等获取信息,用计算机对图像信息进行处理,并按照一定精度要求制作成图像。是集成了高空拍摄、遥控、遥测技术和计算机影像信息处理的新型应用技术[3]。

航摄影像可为城市规划建设提供有力的手段,被广泛应用于土地利用的动态监测、征迁拆违工作的调查以及衍生各类最新时相的专题图,通过影像可及时修编和更新地图,建立最新的地理数据库等。

2 无人机低空遥感系统

无人机低空遥感系统[4]如图1所示,它主要具备以下特点:

图1 无人机低空遥感系统

①起降灵活:无人机对起降环境要求低,不需要专用机场,在操场、公路或其他较开阔的地面均可起降。

②低空飞行:工作高度200 m～2 500 m,受云层影响较小,甚至可在阴天工作,增加了空中作业时段,提高了作业效率。

③高分辨率:无人机搭载的数码相机低空分辨率可达到厘米级,分辨一般较高,影像清晰而且细致,反映的地物也较丰富,比较容易判读,这是传统航空摄影测量所不能比拟的。在灾害应急救助中,高分辨率遥感影像通常能发挥重要的作用。

④低成本、易维护:无人机的成本远小于传统的航空摄影平台,更不需专业的维护保养队伍,无人机操控手的培养成本也较飞行员成本低廉[5]。通常无人机航摄队伍只需要2人～3人,人力成本显而易见。

3 无人机航拍摄影在城市建设中的应用

3.1 中小比例尺地形图测绘中的应用

以蚌埠市禹会区天河科技园1∶1 000地形图规划项目为例,天河科技园地处天河西侧,地形开阔,适合进行无人机航拍摄影。测区东西长6 km,南北约4 km,我们把测区分成4个架次进行拍摄。

传统的航空摄影测量要求航向重叠不低于60%,旁向重叠不低于30%。由于无人机受气流的影响姿态角可达10°,为了保证无人机航拍摄影的质量,每个架次我们都增加了航带和各航带的照片数量,使其航向重叠高于80%,旁向重叠高于55%;采用等距离间隔曝光模式进行拍摄,4个架次共拍摄960张航片。

利用已获得的影像数据,进行像控点布设,我们采用隔4张航片布设1个像控点的方式,按照像控点布设要求,测区内共布设192个像控点,采集大约需要2天。

本测区采用“先内后外”的成图方式,利用基础影像、POS数据和相机参数导入软件,根据POS数据自动建立航带内和航带间的拓扑关系网,然后进行自动转点、区域网自由平差,平差结束后导入像控点进行空中三角测量,最后生成DEM,DOM。采用全数字摄影测量工作站进行立体测量,原则上利用空三导入的方法建立数字立体模型。空三导入时,应对各种定向数据进行检查,以消除系统和人眼视差产生的误差,未发现问题时即可进行立体测图。立体测图成果外业调绘后就可进行内业整理、提交成果。在测区内均匀采集部分地物点进行质量检测,地物点检测统计中误差小于±30 cm,完全满足1∶1 000地形图精度要求。整个数字化测图过程相比直接外野测量可缩短一半时间,有效提高了作业效率,降低了作业成本。

3.2 新农村规划建设中的应用

为了充分发挥新农村规划的引导和调控作用,科学合理地做好美好乡村的规划,将美好乡村的发展与环境保护有机结合起来,促进全镇健康协调发展。怀远县魏庄镇开展了蒋湖村美好乡村建设规划工作,魏庄镇运用无人机航拍,加快美好乡村规划工作,以推进蒋湖村实现跨越式发展(如图2所示)。

图2 魏庄镇蒋湖村规划影像图

规划现状资料获取的传统方法是进行实地考察、测绘等,该方法成本高且最终的规划结果难以直观展示,降低了公众的参与性。

利用遥感专题信息提取技术对魏庄镇蒋湖村进行用地类型现状提取。再通过实地调查研究,进行其美好乡村的规划,从而论证无人机航拍技术在美好乡村规划方面应用的可行性和实效性。

3.3 城市征迁拆违中的应用

2013年,我院受蚌埠市城市建设推进办的委托对蚌埠辖区内206省道两侧村庄进行违章建筑检测,206国道在蚌埠市禹会区和高新区内约22 km,共涉及村庄15个,我们要针对这15个村庄进行违建检测,分4次进行,3个月1次。

(1)利用数字线划图进行比对

首先需要进行数字化地形图测量,投入工作小组3个,人员9人。每2天测量1个村庄,大概需要1个月时间完成首次测量。再利用数字线画图进行比对,每次需投入工作组3个,人员6人。按每个工作组每天巡测一个村庄计算需要5天。

(2)利用卫片进行比对

蚌埠市现在征迁拆违工作中所利用的资料是最新高分辨率卫片,虽然现在高分辨率卫片的分辨率可达到0.5 m以内,如图3所示,但与航空像片图4相比,卫片的地面分辨率较低,因此只能用来进行比例尺较小的土地资源调查。其次卫片一般不具备立体观测特性,不便于立体观察和测制地形图,对于加盖房屋的比对效果不太理想。

图3 0.5 m分辨率卫片

图4 0.1 m分辨率航片

(3)利用无人机航拍影像进行比对

无人机一个架次可以拍摄6 km2,每天可以拍3个架次,在天气合适的情况下2天可以完成拍摄任务,余下工作就可以交给内业人和计算机处理,无人机1个工作组需要2人。

通过比较我们可以发现利用无人机航拍可大大提高工作效率,节约成本。

从图5和图6上我们可以很清晰分辨出违章建筑。

图5 2013年7月份影像

图6 2014年2月份影像

4 结 语

航天遥感并不能完全代替航空遥感,无人机低空遥感系统具有成本低廉、起降方便、操作灵活性强等特点,被广泛应用于小区域航空摄影测量、城市规划与市政管理、生态环境保护、危险区域目标影像获取、自然灾害监测评估、征迁拆违与应急指挥等领域,特别是在美好乡村建设规划设计中尤为突出。无人机遥感系统所代表的无人化、自动化、高效率化、高分辨率化是未来航空遥感和测绘工作的主要发展趋势之一。

[1] 吕厚谊.无人机发展与无人机技术[J].世界科技研究与发展,1998(6):113～116.

[2] 崔红霞,林宗坚,孙杰.无人机遥感监测系统研究[J].测绘通报,2005(5):11～14.

[3] 高文义,孙宗祥.世界无人驾驶飞机的发展现状与关键技术[J].气动参考,1997,74(10).

[4] 吕书强.无人机遥感系统的集成与飞行试验研究[J].测绘科学,2007,32(1):84～86.

[5] 范承啸,韩俊,熊志军等.无人机遥感技术现状与应用[J].测绘科学,2009,34(5).

Unmanned aerial Vehicle Survey Application in Urban Planning and Construction

Zhang Tao
(Bengbu Design and Research Institute of Exploration and Surveying,Bengbu 233000,China)

The UAV aerial photography aerial remote sensing technology is emerging,this paper mainly from the superior to the traditional aerial photogram metric characteristic description of the use of drones to city planning and construction,and achieved remarkable results and experience in practice.A miniature aerial remote sensing technique of UAV platform for small and medium-sized city,especially the remote sensing technology provides an effective means of service economy and culture town,county,township and other areas,to meet the needs of national economic and cultural development.

the UAV aerial photography;high resolution;topographic mapping;the construction of new rural planning

2014—05—21

张涛(1984—),男,工程师,主要从事工程测量和地理信息研究工作。