无人机倾斜摄影测量在规划方案比选中的应用

2018-02-28王保国张润科

测绘通报 2018年1期

王保国，张润科

(1. 蚌埠市勘测设计研究院，安徽蚌埠 233000； 2. 内蒙古自治区地图院，内蒙古呼和浩特 010051)

随着城市的快速发展和城市规划管理水平不断提高，传统的基于二维图纸化管理手段已经难以满足管理和决策的需要。近年来，城市规划管理技术也历经变新，尤其无人机倾斜摄影测量技术在规划管理中的应用，为规划管理注入了的新的活力。

规划方案比选是规划管理中一个重要环节，也是以后项目实施达到的最终效果，显得至关重要。规划方案与周围环境能否无缝融合、和谐共生，是一个很重要的判断指标。现阶段的规划方案三维效果图大多通常只是制作规划范围内的建筑方案，周边的地物、地貌等现实环境则通过模拟、虚构或手工建模的方式来实现，效果往往与实际真实环境差异很大，造成规划方案不符合实际情况，无法满足需要。如何获取真实世界的直观表达，并将规划方案三维模型完美地进行无缝融合、比选是必须考虑的问题。利用无人机倾斜摄影测量快速生成实景三维模型为规划方案比选提供了一种思路。

1 技术路线

无人机倾斜摄影测量是利用多旋翼无人机到实地航拍影像，再经过软件自动化建模生成实景三维模型，因此具备很高的真实性，可以完整、无差别地还原真实世界，而不存在人工建模时有选择还原带来的信息损失。生成的实景三维模型支持三维浏览、量测，含有完整的地理特征和空间信息，是真实世界的直观表达，可以满足规划方案比选量测、分析的要求。本文通过无人机倾斜摄影测量生成实景三维模型，在实景三维模型的环境里导入拟规划的三维方案，将拟规划方案三维模型与实景三维模型进行整合，实现无缝融合后，进行方案比选。这样就可以很好地把握规划方向，使整个规划范围内的构筑物与周围风格、色调保持一致，进而及早发现并规避规划方案中的缺陷。采用的技术路线如图1所示。

图1 技术路线

2 应用案例

2.1 项目概况

本项目位于蚌埠市解放路东、兰陵路北，规划拟建一个住宅小区，总用地面积约161 642 m2，规划总建筑面积约537 423 m2，其中配套了9班幼儿园及东南角设置了2000 m2公共绿地。周边为很成熟的建设用地，现有两个规划方案(方案Ⅰ和方案Ⅱ)，在都满足规划参数的情况下，从中选择一个更适宜的方案。

2.2 传统三维模型分析

传统三维建模或效果图通常使用3ds Max及AutoCAD等建模软件，基于CAD平面图、拍摄照片，估算建筑物形状与高度等信息进行人工建模或渲染。这种方式制作出的模型数据精度较低，纹理与实际效果偏差较大，生产过程需要大量的人工参与。本项目的传统的三维建模效果图，如图2、图3所示。其周边的地物、地貌等现实环境是通过模拟、虚构或者手工建模、渲染的方式来实现，效果往往与实际真实环境差异很大，造成规划方案不符合实际情况，无法满足需要。

图2 三维效果图方案Ⅰ

图3 三维效果图方案Ⅱ

2.3 无人机倾斜摄影数据获取

根据项目分布区域确定飞行范围，合理规划飞行航线。航线按照测区走向直线方式布设，平行于测区边界线的首末航线的侧视镜头能够获得测区的有效影像。考虑倾斜摄影相机拍摄角度，为保证边缘物体立体成像，航线覆盖超出测区边界线不少于200 m。考虑项目目标区域范围较大，可以分块对测区进行航拍测量，因为单架次飞行航时有限，可以将大范围飞行航线分段多架次飞行。航线可以布设多条，单架次只飞其中的2或4条，整个航线飞行结束可以不用考虑各架次之间的航线重叠，可以有效减少作业时间，提高工作效率，最终规划航线如图4所示。提前申请空域，按照航线设计数据飞行，航空摄影时，飞行要尽可能平稳，旋偏角、航偏角不能超过规范要求。

图4 航线设计

2.4 生成实景三维模型

本项目航线总长约为17 km，共20条航线，每条航线长约800 m，旁向重叠80%，航向重叠80%，旁向间距38 m，航向间距25 m，相对航高150 m，5组照片总数为3200张及对应的POS数据。倾斜摄影完成后，对获取的测区影像进行预处理，确定影像没有变形、扭曲等现象，质量不符合要求的进行修复，对影像进行统一编号，并与POS信息对应制作POS表。在自动建模软件上加载测区影像，进行空三加密，影像密集匹配、联合平差等，再生成点云、构建不规则三角网，创建DSM并自地动将纹理映射到对应的白模上，最终自动生成实景三维模型，如图5所示(空白区域为规划区域范围)。

图5 生成实景三维模型

2.5 数据融合

对规划方案所在区域的实景三维模型进行地形平整等修整工作后，将模型导出为OSGB格式。通过三维建模软件，按照规划设计参数建立规划三维模型方案Ⅰ和规划三维模型方案Ⅱ，并对两个规划方案分别进行位置匹配和格式转换，并导入单体化建模系统进行整理，将OBJ格式转为OSGB格式输出。将项目中规划三维模型方案Ⅰ和规划三维模型

方案Ⅱ与实景三维模型合并，实现规划方案与真实场景的无缝融合。效果如图6所示。

图6 两屏联动方案比选

2.6 方案比选

实现规划方案与真实场景的无缝融合后，以此可以360°查看规划方案中要素与其周围真实场景的融合效果。可以通过配套软件的应用，直接对其进行高度、长度、面积、体积、角度、坡度等的量测，也可进行通视分析、视域分析、阴影分析、天际线分析、视野分析等，还可进行多方案、多屏联动对比，可以很好地把握规划方向，使整个规划范围内的建筑物与周围风格、色调保持一致，进而及早发现并规避规划方案中的缺陷，辅助实现规划方案的选择，最终确定合适规划三维模型方案。图6为两屏联动方案比选，图7为三屏联动方案比选。

图7 三屏联动方案比选

3 对比分析

本项目传统三维效果图，其周边的地物、地貌等现实环境是通过模拟、虚构或手工建模、渲染的方式来实现，效果与实际环境相差很大，而且造成很多地方遗漏、表达不准确，空间位置精度也不高，无法满足规划方案比选的需要。利用无人机倾斜摄影测量生成的实景三维模型，地物、地貌的纹理、颜色、外形、空间位置、相对关系等与实际环境一致，模型整体完整，地理要素类型齐全，各地理要素之间达到无缝衔接，而且保证了空间位置精度，可以很好地满足规划方案比选。三维效果图与实景三维模型对比如图8、图9所示。

4 结语

在城市规划发展的新常态下，对规划编制和规划管理等工作提出了更高的要求。城市规划的思路从二维图纸化转向三维可视化已成为必然趋势。利用无人机倾斜摄影测量生成的实景三维模型，在城市规划方面还有许多值得探索和拓展的应用，如规划竣工核实、辅助规划监察、城市规划测量、城市规划调查等。目前，无人机倾斜摄影测量在规划管理实践中应用得还比较有限，相信随着技术的发展，以后应用会更加广泛和成熟。