王琳 劉元鋒 董嬌嬌 朱秀云

(華僑大學(xué)建筑學(xué)院 福建廈門 361021)

航空攝影測量技術(shù)在規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)中的實(shí)踐和應(yīng)用

王琳 劉元鋒 董嬌嬌 朱秀云

(華僑大學(xué)建筑學(xué)院 福建廈門 361021)

介紹了無人機(jī)航測系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，按照無人機(jī)航測的基本工作流程介紹了航空攝影測量這種新興的空間信息采集技術(shù)在規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用狀況，討論的內(nèi)容包括航測軟硬件的發(fā)展?fàn)顩r，航測外業(yè)工作流程，各種航測數(shù)據(jù)的特點(diǎn)與應(yīng)用，并著重介紹了三維Mesh模型及其后期編輯對規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)的意義。

無人機(jī);攝影測量;規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué);地理信息系統(tǒng)

0 引言

航空攝影測量作為一種重要的空間信息采集手段能為城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)的空間分析和設(shè)計(jì)教學(xué)提供重要的數(shù)據(jù)支持。隨著無人機(jī)硬件成本降低和攝影測量軟件普及，非測繪專業(yè)的建筑院校師生也能掌握基于無人機(jī)技術(shù)的空間信息采集手段，通過簡單的航線規(guī)劃和航片處理生成高精度DEM/DSM(數(shù)字高程/表面模型)，DOM(數(shù)字正射影像)和Mesh實(shí)體模型等數(shù)字測繪產(chǎn)品。數(shù)字?jǐn)z影測量工作站的后處理功能可以進(jìn)一步對Mesh模型進(jìn)行修飾、替換以及單體化等操作。在空三成果的基礎(chǔ)上，還能進(jìn)一步提取高精度DLG(數(shù)字線劃圖)數(shù)據(jù)。這些矢量線劃數(shù)據(jù)可以直接導(dǎo)入AutoCAD中，為傳統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)提供重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。不僅如此，航空攝影測量軟件生成的柵格數(shù)據(jù)(例如DEM和DSM)和矢量數(shù)據(jù)(DLG轉(zhuǎn)換成的SHP文件)均能導(dǎo)入到ArcGIS等地理信息系統(tǒng)軟件進(jìn)行城鎮(zhèn)空間分析的教學(xué)實(shí)踐。而近年來逐漸流行起來的Mesh實(shí)體模型能夠讓設(shè)計(jì)人員更直觀、形象地體驗(yàn)城鎮(zhèn)三維空間，通過專業(yè)的Mesh模型編修程序(例如DP-Modeler)甚至能把實(shí)體模型修改、替換成人為設(shè)計(jì)成果，使最終設(shè)計(jì)方案能更合理、和諧地融入周圍地理環(huán)境中，這也正是“Geodesign”(地理設(shè)計(jì))的重要設(shè)計(jì)理念?？傊?，高效易用的新興航測軟件使建筑院校的師生也能跨越專業(yè)門檻，快速生成數(shù)字測繪產(chǎn)品。

隨著無人機(jī)硬件和航測軟件的普及，這種新興的城鎮(zhèn)空間信息采集手段能在建筑院校的設(shè)計(jì)教學(xué)中發(fā)揮出更大作用。從前期的航線規(guī)劃到數(shù)字測繪產(chǎn)品的生產(chǎn)再到模型整飾和空間分析均能強(qiáng)化師生對地理空間的認(rèn)知和理解，為科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案奠定重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，使定量化的地理空間分析可以更好地與設(shè)計(jì)方案結(jié)合。本文將按照航空攝影測量的基本工作流程，如圖1所示，具體論述各個(gè)工作環(huán)節(jié)和各種數(shù)據(jù)類型對城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)中的重要作用和意義，并進(jìn)一步展望這種新興的空間信息采集手段在規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用前景。

圖1 航空攝影測量應(yīng)用于規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)的基本工作流程

1 無人機(jī)硬件與航測軟件的發(fā)展現(xiàn)狀

目前航測用無人機(jī)主要分為固定翼和多旋翼兩種。固定翼無人機(jī)具有續(xù)航時(shí)間長、飛行效率高、載荷大等優(yōu)點(diǎn)，但對凈空條件要求高，必須從開闊場地起飛和降落，而且無法實(shí)現(xiàn)空中懸停。多旋翼無人機(jī)機(jī)械簡單，能垂直起降，缺點(diǎn)是續(xù)航時(shí)間短，載荷小，所以固定翼無人機(jī)更適用于大面積的航測作業(yè)，多旋翼適用于小面積的精準(zhǔn)作業(yè)。無人機(jī)航空攝影測量系統(tǒng)是由軟硬件兩部分組成，其中硬件部分主要由飛行平臺(tái)、相機(jī)和控制系統(tǒng)構(gòu)成，軟件部分由飛行控制軟件和地面監(jiān)控軟件構(gòu)成[1]。飛行平臺(tái)提供飛行動(dòng)力系統(tǒng)，通過搭載不同的云臺(tái)來完成地面視角無法實(shí)現(xiàn)的拍攝工作；相機(jī)則承擔(dān)整個(gè)過程的數(shù)據(jù)獲取工作，通過承載不同類型的傳感器來獲取不同分辨率的地表影像。這些傳感器可分為攝影類型、掃描成像類型和雷達(dá)成像類型以及非圖像類型?？刂葡到y(tǒng)是無人機(jī)的飛行控制重心[2]?？刂葡到y(tǒng)的硬件部分主要以信號(hào)傳遞設(shè)備和定位設(shè)備為主，例如地面站筆記本、微波接收器、遙控器、飛機(jī)天線、GPS定位芯片等等。無人機(jī)在飛行過程中的導(dǎo)航定位和拍攝動(dòng)作主要靠飛行控制系統(tǒng)完成(例如引導(dǎo)無人機(jī)按照預(yù)設(shè)航線自動(dòng)飛行，控制飛行姿態(tài)和軌跡、在危險(xiǎn)情況下緊急回避和自動(dòng)降落等)。

無人機(jī)航測系統(tǒng)的軟件部分主要由地面站的飛行控制軟件和地面監(jiān)控軟件組成。如今這兩個(gè)功能也完全可以在一個(gè)軟件中實(shí)現(xiàn)，能在無人機(jī)起飛前進(jìn)行航線規(guī)劃，在無人機(jī)飛行過程中實(shí)時(shí)顯示飛行器的航線、軌跡、姿態(tài)以及其它設(shè)備參數(shù)和測區(qū)地圖。飛行過程中的所有設(shè)備參數(shù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)下傳到地面站，操作者可以通過航跡規(guī)劃和路徑調(diào)整等方式控制無人機(jī)的飛行任務(wù)[3]。無人機(jī)自動(dòng)獲取的帶有POS信息的航空照片可以通過數(shù)字?jǐn)z影測量軟件自動(dòng)處理生成各種測繪數(shù)據(jù)成果，目前應(yīng)用比較廣泛的航測軟件有：

(1)ERDAS LPS 數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)

LPS(Leica Photogrammetry Suite)是徠卡公司推出的數(shù)字?jǐn)z影測量及遙感處理軟件系列，除了常規(guī)遙感衛(wèi)星影像以外，還可以處理各種數(shù)碼相機(jī)采集的航空影像。它可以完成各種傳感器的影像定向、空三加密、以及制作正射影像圖等工作。該系統(tǒng)在保證精度的前提下，采用較少人工干預(yù)的分布式并行計(jì)算，來提高數(shù)據(jù)生產(chǎn)的效率[2]。

(2)INPHO 攝影測量系統(tǒng)

INPHO 攝影測量系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)應(yīng)用十分廣泛。20世紀(jì)80 年代的時(shí)候，該系統(tǒng)由著名的攝影測量專家學(xué)者 Fritz Ackermann教授創(chuàng)立。INPHO支持各種掃描框幅式相機(jī)、數(shù)字CCD相機(jī)、自定義相機(jī)、推掃式相機(jī)以及衛(wèi)星傳感器獲取的影像數(shù)據(jù)的處理，模塊化的產(chǎn)品體系使INPHO 產(chǎn)品能極為方便地整合到其他工作流程[2]。

(3)Virtuo Zo 全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)

Virtuo Zo 全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)是適普軟件有限公司與武漢大學(xué)遙感學(xué)院共同研制的全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以提供流程化的解決方案，包括自動(dòng)空三加密及制作不同比例尺地形圖等工作。其它的國產(chǎn)航測軟件還有中國測繪科學(xué)院研發(fā)的MAP-AT和Pixel Grid。這些軟件的制作成本較低,使用方式靈活，具有友好的用戶界面、穩(wěn)定快速的匹配算法、高度自動(dòng)化的測圖方式和生動(dòng)的三維立體景觀顯示，同樣在行業(yè)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用[2]。

(4)Smart 3D實(shí)景建模大師

Smart 3D(被Bentley公司收購后更名為ContexCapture)實(shí)景建模大師，是一套集合了高端數(shù)字影像、計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)以及計(jì)算機(jī)幾何圖形算法的全自動(dòng)高清三維建模軟件解決方案。該軟件使用從不同角度拍攝建模主體的數(shù)碼照片作為輸入數(shù)據(jù)源，加入各種可選的處理參數(shù)，無需人工干預(yù)，生成的三維網(wǎng)格模型能夠準(zhǔn)確細(xì)致地重現(xiàn)建模主體的真實(shí)色澤、幾何形態(tài)及細(xì)節(jié)構(gòu)成。應(yīng)用于無人機(jī)航測系統(tǒng)時(shí)同樣可以生成各種傳統(tǒng)測繪產(chǎn)品和細(xì)節(jié)豐富的Mesh地面模型。這種基于計(jì)算機(jī)視覺和圖像識(shí)別技術(shù)的航測軟件近年來得到很好的發(fā)展和推廣，被廣泛應(yīng)用于城鄉(xiāng)規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)，工程施工、科學(xué)分析以及文化遺產(chǎn)等領(lǐng)域。其它具有類似功能和設(shè)計(jì)原理的軟件還有瑞士的Pix4D，俄羅斯的Photoscan以及空客(Airbus)公司的街景工廠和像素工廠。

2 航線規(guī)劃與航測數(shù)據(jù)的應(yīng)用

2.1 航線規(guī)劃

航線規(guī)劃是航測工作的第一步，以德國Microdrones公司的MD-1000型四旋翼無人機(jī)為例，其航線規(guī)劃軟件mdCockpit3.5的工作流程大致如圖2所示。

圖2 mdCockpit軟件的基本航線規(guī)劃流程

航線規(guī)劃過程的參數(shù)設(shè)置會(huì)影響航拍效率和拍攝效果，除了固定的相機(jī)參數(shù)之外，很多參數(shù)的設(shè)置需要根據(jù)測區(qū)環(huán)境和飛行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)置。例如，創(chuàng)建航線網(wǎng)格時(shí)，重疊率的設(shè)置關(guān)系到航測結(jié)果的精度：重疊率越大，建模越真實(shí)。規(guī)劃設(shè)計(jì)中可以根據(jù)項(xiàng)目類型的實(shí)際需求設(shè)置疊片率的大小。

2.2 航測數(shù)據(jù)成果的應(yīng)用

航線規(guī)劃和航測數(shù)據(jù)的自動(dòng)化生產(chǎn)應(yīng)當(dāng)結(jié)合規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)的前期調(diào)研來進(jìn)行，其主要目的是獲取目標(biāo)區(qū)域的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，在實(shí)地調(diào)研和航測外業(yè)過程中加深對設(shè)計(jì)片區(qū)的空間特性及其它社會(huì)屬性的理解和認(rèn)知。主流的航測軟件系統(tǒng)可以通過簡單的參數(shù)設(shè)置完成空三加密，并進(jìn)一步生成測繪成果如表1所示，這些數(shù)據(jù)產(chǎn)品對規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)都能發(fā)揮重要作用。

表1 航測數(shù)據(jù)成果及其對規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)的意義

(1)DSM(數(shù)字表面模型)和DEM(數(shù)字高程模型)

數(shù)字表面模型和數(shù)字高程模型均為地表模型，其區(qū)別在于是否有地物高程。在數(shù)字表面模型基礎(chǔ)上減去植被、建筑等地物即是數(shù)字高程模型。在規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)中可以結(jié)合ArcGIS的柵格分析功能進(jìn)行城市空間分析。例如，可以對DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行表面特征(等高線、坡度、坡向等)提取以及水文特征分析，然后應(yīng)用于規(guī)劃區(qū)水土流失敏感性、城市建設(shè)適宜性、建設(shè)用地布局合理性的分析[3]。通過疊加一個(gè)城市的公共交通和私人交通信息，DEM/DSM數(shù)據(jù)還能用來評估一個(gè)城市的交通便利程度[4]。另外，數(shù)字高程模型還可用于繪制立體透視圖，在規(guī)劃設(shè)計(jì)表現(xiàn)中更好地反映地形的立體形態(tài)，直觀地展現(xiàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)的效果[5]。

(2)數(shù)字正射影像(DOM)

數(shù)字正射影像具有信息量大、精度高、色彩逼真、空間定位精確等優(yōu)點(diǎn)，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中調(diào)研信息不足的缺陷。例如，無人機(jī)航測獲取的正射影像圖可用于更新甲方提供的CAD等矢量線劃數(shù)據(jù)，以提升數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性和空間精度[6]。傳統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)中，地形圖往往從谷歌地球及現(xiàn)有CAD圖中提取，存在精度不夠、地物更新滯后、以及缺少坐標(biāo)參照等問題。利用DOM更新地形圖，具有周期短、節(jié)省人力物力、作業(yè)快捷易懂等優(yōu)點(diǎn)。此外，利用DOM可以快速提取、更新三線數(shù)據(jù)(道路、鐵路、河流)等其它基礎(chǔ)地理信息[7]。通過疊置對比不同時(shí)期的正攝影像圖，還可以觀察城市發(fā)展歷程，了解城市空間形態(tài)的演變以及土地利用的變化。對于城中村等變化較多且細(xì)微的地區(qū)尤其適用。此外， DOM也可直接用作背景圖，進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的范圍標(biāo)定、面積計(jì)算等，或者疊加線劃圖、文字等信息，方便規(guī)劃師生更加全面、直觀地了解設(shè)計(jì)地塊[7]。

(3)數(shù)字線劃圖(DLG)

數(shù)字線劃圖是傳統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)使用的主要數(shù)據(jù)，貫穿整個(gè)規(guī)劃設(shè)計(jì)流程。對線劃圖的使用包括從CAD軟件中獲取平面圖、立面圖、剖面圖，導(dǎo)入SU等人工建模軟件建立項(xiàng)目模型，導(dǎo)入GIS軟件進(jìn)行空間分析以及導(dǎo)入PS軟件中進(jìn)行平面圖、效果圖的繪制和修飾等。數(shù)字線劃圖無法由航測軟件自動(dòng)生成，需要在空三結(jié)果或者mesh模型的基礎(chǔ)上提取，一般使用立體采集設(shè)備人工提取。這種傳統(tǒng)采集方法的效率較低，而且技術(shù)培訓(xùn)門檻較高。近來也有一些軟件(例如后文提到的DP-Modeler，其工作流程和測圖成果如圖3所示，可以直接利用空三結(jié)果從原始航片上提取數(shù)字線劃信息，并實(shí)時(shí)保存地物要素的空間關(guān)系和基礎(chǔ)屬性信息，一定程度上提高了采集精度和工作效率。

(4)Mesh模型

Mesh模型是近年來逐漸普及的一種地物實(shí)體模型，可將目標(biāo)區(qū)域的場景進(jìn)行真實(shí)還原，生成紋理細(xì)節(jié)豐富、空間定位精準(zhǔn)的三維實(shí)體模型。Smart3D、Pix4D等基于計(jì)算機(jī)視覺原理的多視角航測軟件能自動(dòng)從傾斜航片或近景數(shù)碼照片中匹配特征點(diǎn)并生成密集點(diǎn)云，然后基于一定的算法生成不規(guī)則三角網(wǎng)模型。

基于無人機(jī)航片生成的Mesh模型無需人工干預(yù)，快捷高效，能第一時(shí)間構(gòu)建規(guī)劃片區(qū)的真實(shí)地物模型。這對于城中村等構(gòu)造復(fù)雜、人工建模難以處理的地塊作用尤為顯著。這種包含豐富地塊信息的Mesh模型在規(guī)劃設(shè)計(jì)中能發(fā)揮重要作用。例如可以直接從Mesh模型中提取并測算道路、建筑、地塊及等矢量地物信息；通過簡單的三維瀏覽可以從天空視角直觀體驗(yàn)規(guī)劃區(qū)的結(jié)構(gòu)和布局；利用DP-Modeler等Mesh模型編輯軟件甚至能進(jìn)一步修飾、替換實(shí)體模型，把設(shè)計(jì)理念融入實(shí)體模型中，便于設(shè)計(jì)前后及不同方案間的對比。

3 Mesh模型的人工修編與設(shè)計(jì)出圖

Mesh模型的編輯方法正在不斷發(fā)展和完善，目前市場上專門針對航測Mesh模型進(jìn)行編修的商業(yè)軟件寥寥無幾。本文重點(diǎn)介紹武漢天際航科技有限公司研發(fā)的Digital Photo Modeler (以下簡稱DP-Modeler)，該軟件能夠針對航測Mesh模型進(jìn)行人工編修、單體化及矢量測圖，這些功能對規(guī)劃設(shè)計(jì)工作均有重要意義。

3.1 Mesh模型的編輯和測圖工作流程

由傾斜攝影自動(dòng)建模軟件生成的Mesh模型不僅數(shù)據(jù)量龐大，而且有不同程度的畸變、失真，還無法實(shí)現(xiàn)地物單體化，因此難以直接應(yīng)用于規(guī)劃設(shè)計(jì)。需要對Mesh模型進(jìn)行后期的人工修編和矢量信息提取以及單體化等操作，才能最大限度地發(fā)揮出地物實(shí)體模型對規(guī)劃設(shè)計(jì)的意義。利用DP-Modeler對Mesh模型進(jìn)行人工編修以及基于空三成果進(jìn)行航片測圖的基本工作流程如圖3所示。

圖3 Mesh模型的人工修編及測圖工作流程

經(jīng)過DP-Modeler編修后的Mesh模型可以實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)方面的改進(jìn)：首先，可以對模型信息的缺失或者錯(cuò)誤進(jìn)行修補(bǔ)。例如糾正建筑的幾何變形、刪除懸浮物、還原丟失部件等。對于一些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的模型，還可以采取與3Dmax聯(lián)動(dòng)的方式，來實(shí)現(xiàn)模型的精細(xì)化修補(bǔ)，達(dá)到后期三維GIS應(yīng)用的要求。其次，可以對材質(zhì)貼圖出現(xiàn)的模糊或被遮擋現(xiàn)象進(jìn)行完善。這主要通過兩種方法來實(shí)現(xiàn)，一是選用效果較好的傾斜影像對被遮擋立面進(jìn)行重新貼圖。二是利用PS聯(lián)動(dòng)進(jìn)行圖片修改或替換。最后，可以實(shí)現(xiàn)建筑等地物的單體化。將重建的obj或ive格式的建筑單體模型導(dǎo)入Mesh模型中，再將Mesh模型所對應(yīng)的建筑單體踏平，便可在周圍地物信息不發(fā)生改變的基礎(chǔ)上，對Mesh模型進(jìn)行局部替換和更新。Mesh模型建筑單體化的實(shí)現(xiàn)對規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的人工干預(yù)和成果比對具有重要意義。

3.2 Mesh模型人工修編的意義

人工編修后的Mesh模型具有更簡化的結(jié)構(gòu)和更準(zhǔn)確的材質(zhì)，并實(shí)現(xiàn)人工建模對Mesh實(shí)體模型的替換和更新。能在以下4個(gè)方面對規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)發(fā)揮重要的作用：

(1)為規(guī)劃設(shè)計(jì)工作提供前期調(diào)研資料和觀感

人工編修后的Mesh模型能為規(guī)劃設(shè)計(jì)提供第一手的調(diào)研資料和真實(shí)的地理信息模型。設(shè)計(jì)師能隨時(shí)查看Mesh模型，通過直觀反復(fù)的視覺體驗(yàn)，加深對設(shè)計(jì)區(qū)內(nèi)地物空間的理解。通過DP-Modeler的測圖功能，提取出規(guī)劃設(shè)計(jì)需要的數(shù)字線化圖(DLG)?？梢灾苯訉Ψ课菔噶?、點(diǎn)狀地物進(jìn)行測算，包括對高程點(diǎn)和等高線進(jìn)行提取，并對相關(guān)地物賦予CASS地物編碼，便于后期的分析和制圖。

(2)與GIS和建模方案結(jié)合，對規(guī)劃設(shè)計(jì)成果進(jìn)行動(dòng)態(tài)評估與即時(shí)反饋。

憑借建筑單體化和模型信息的完善，可以將3Dmax、Sketchup等人工建模軟件完成的規(guī)劃設(shè)計(jì)模型導(dǎo)入Mesh模型中，結(jié)合周圍的地理環(huán)境，提取新的空間地理信息，再利用GIS重新進(jìn)行空間分析，對規(guī)劃設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)分析與影響評估，從而幫助設(shè)計(jì)者在多種可能性的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案中評選出最優(yōu)的方案。這種新的規(guī)劃設(shè)計(jì)手段，有助于實(shí)現(xiàn)地理設(shè)計(jì)理念在城鄉(xiāng)規(guī)劃中的應(yīng)用。為舊城更新、社區(qū)營造等規(guī)劃問題提供一種新的解決途徑。

(3)進(jìn)行方案的成果評估

對已經(jīng)建設(shè)實(shí)施的規(guī)劃方案，可以通過模型編修對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。為規(guī)劃實(shí)施方案的及時(shí)調(diào)整和修編提供合理全面的參考依據(jù)。為規(guī)劃實(shí)施后的空間動(dòng)態(tài)進(jìn)行跟蹤評估、數(shù)據(jù)分析和方案優(yōu)化。對建成方案的效果評估也有助于為今后類似的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供參考。

(4)服務(wù)于數(shù)字城市建設(shè)

數(shù)字城市是指利用數(shù)字城市理論，基于現(xiàn)代測繪技術(shù)，開發(fā)和應(yīng)用三維空間信息資源，建設(shè)可服務(wù)于城市規(guī)劃、建設(shè)和管理，有助于政府、部門、企業(yè)、公眾的可持續(xù)發(fā)展的信息基礎(chǔ)設(shè)施和信息系統(tǒng)[8]。人工編修后的Mesh模型可以通過地理信息發(fā)布平臺(tái)上傳，進(jìn)行資源共享。促進(jìn)數(shù)字城市的建設(shè)和實(shí)施，最大限度地發(fā)揮出航測成果的應(yīng)用價(jià)值。

3.3 與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)出圖方案的對比

傳統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)出圖方案主要是先通過前期的人工調(diào)研收集各種資料、數(shù)據(jù)或調(diào)查問卷，然后對各種資料進(jìn)行整理和分析后，利用SketchUP和3Dmax等設(shè)計(jì)、建模軟件來完成最后的方案設(shè)計(jì)和出圖。這種方法在前期調(diào)研中會(huì)消耗大量的人力物力，效率低下，特別是難以獲取設(shè)計(jì)片區(qū)的空間信息和地物屬性。在運(yùn)用SketchUP和3Dmax等軟件繪制設(shè)計(jì)方案時(shí)，往往將設(shè)計(jì)對象與周圍環(huán)境分離開來作為單獨(dú)個(gè)體處理，這導(dǎo)致最后設(shè)計(jì)成果與實(shí)際環(huán)境脫離的情況。在規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的評選方面，傳統(tǒng)方法都是基于評選者的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)對方案進(jìn)行分析預(yù)測，主觀因素影響很大，難以做到全面、理性地對方案進(jìn)行篩選。在成果展示方面，傳統(tǒng)方法往往在一種虛擬的人為空間環(huán)境中展示設(shè)計(jì)理念，同樣具有一定的片面性。

與傳統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)流程相比，基于航空攝影測量技術(shù)的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案在前期調(diào)研過程就能快速全面地獲取規(guī)劃設(shè)計(jì)需要的各種空間數(shù)據(jù)。再結(jié)合社會(huì)屬性的調(diào)研工作，在設(shè)計(jì)階段就能掌握大量的空間信息和地物屬性，使設(shè)計(jì)方案不斷優(yōu)化。在設(shè)計(jì)成果的展示方面，無需過多的圖紙和文本資料，基于Mesh模型的規(guī)劃成果展示，可以提供形象直觀的視覺效果，即使是非專業(yè)人員也能看懂和理解，為公眾參與規(guī)劃提供了有利條件。甚至在方案實(shí)施以后，仍能為規(guī)劃管理服務(wù)。因此，基于航測技術(shù)的規(guī)劃設(shè)計(jì)方法不僅能貫穿城鄉(xiāng)規(guī)劃的完整設(shè)計(jì)和管理流程，而且與傳統(tǒng)方法相比也有明顯優(yōu)勢，如表2所示。

表2 航測數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)比較

4 結(jié)語

綜上所述，無人機(jī)航測技術(shù)的發(fā)展和流行，為城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)提供了一種新興的地表信息采集手段。盡管它難以替代規(guī)劃前期社會(huì)屬性的調(diào)研，但對于設(shè)計(jì)片區(qū)空間信息的高效獲取具有重要意義。有了這種技術(shù)的支持，規(guī)劃專業(yè)的師生在設(shè)計(jì)教學(xué)過程中就不必再擔(dān)心設(shè)計(jì)素材的缺失，CAD數(shù)據(jù)的陳舊、單調(diào)，也不用再為各種城鎮(zhèn)空間的尺度、布局的認(rèn)知而困惑。航測技術(shù)所提供的豐富數(shù)據(jù)產(chǎn)品能進(jìn)一步與地理空間分析結(jié)合，借助GIS軟件強(qiáng)大的矢量、柵格數(shù)據(jù)的分析功能，及時(shí)掌握規(guī)劃片區(qū)的各種統(tǒng)計(jì)、測算成果。豐富的定量分析成果能讓設(shè)計(jì)師更好地把握設(shè)計(jì)方案的科學(xué)、合理性。不僅如此，包括Mesh模型在內(nèi)的航測數(shù)據(jù)成果能讓設(shè)計(jì)方案的表達(dá)、出圖方式更加豐富多樣，便于設(shè)計(jì)前后和設(shè)計(jì)方案間的對比。Mesh模型的編修、單體化等操作能將設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)方案與地理環(huán)境融為一體，實(shí)現(xiàn)“地理設(shè)計(jì)”的和諧共存理念。完善的模型成果、豐富的地理空間數(shù)據(jù)連同規(guī)劃師的人工設(shè)計(jì)方案甚至對數(shù)字城市建設(shè)以及規(guī)劃方案的實(shí)施、管理及公眾參與都有重要意義。

目前航空攝影測量的操作門檻已有很大程度的降低，但這種技術(shù)手段畢竟來自不同的學(xué)科門類。其間各種算法的選擇、參數(shù)的設(shè)置以及數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換仍然具有很強(qiáng)的專業(yè)性。要想與規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)更好地結(jié)合，需要規(guī)劃專業(yè)師生熟練掌握幾種航測軟件，并具有一定的無人機(jī)操控經(jīng)驗(yàn)。另外，根據(jù)國家民航局的規(guī)定，無人機(jī)的外業(yè)操作將更加規(guī)范，需要持有無人機(jī)駕照的專業(yè)人士才能進(jìn)行操作。更加嚴(yán)格的立法以及專業(yè)無人機(jī)的價(jià)格門檻也在一定程度上限制了航測技術(shù)在規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域的普及。隨著航測技術(shù)門檻的進(jìn)一步降低、軟硬件成本的持續(xù)下降以及空管方案的日益深入人心，這種高效、經(jīng)濟(jì)的新興空間信息采集技術(shù)將會(huì)在規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)中發(fā)揮更大的作用，并培養(yǎng)出跨越地理信息采集和城鄉(xiāng)規(guī)劃行業(yè)的復(fù)合型人才。

[1] 樊江川.無人機(jī)航空攝影測樹技術(shù)研究[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2014.

[2] 張文博.無人機(jī)航測技術(shù)在土地綜合整治中的應(yīng)用研究[D].長沙：長沙理工大學(xué)，2013.

[3] 呂春英,佟慶遠(yuǎn),李王鋒,等.數(shù)字高程模型(DEM)的構(gòu)建及其在城市規(guī)劃中的應(yīng)用[A].中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì).提高全民科學(xué)素質(zhì)、建設(shè)創(chuàng)新型國家——2006中國科協(xié)年會(huì)論文集(下冊)[C].中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì),2006:5.

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[5] 李宏賓.數(shù)字高程模型(DEM)與應(yīng)用[A].河南省土木建筑學(xué)會(huì).河南省土木建筑學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C].河南省土木建筑學(xué)會(huì),2009:3.

[6] 黃永定,張藝.利用DOM更新大比例尺地形圖的精度分析[J].廣西城鎮(zhèn)建設(shè),2010,(6):114-116.

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The practice and application of aerial photogrammetry in the education of urban planning design

WANGLinLIUYuanfengDONGJiaojiaoZHUXiuyun

(College of Architecture,Huaqiao University, Xiamen 361021)

Beginning from recent development of UAV (Unmanned Aerial Vehicle) aerial photogrammetry system,this work introduces the application of this new-born spatial information collection technology in the teaching process in urban planning design according to basic workflows of UAV photogrammetry.The content involved includes recent process on hardware and software platform of UAV photogrammetry,workflows of field process,features and applications of various photogrammetry data products.The significance of 3D Mesh models and its post editing to the design education is emphatically introduced as well.

UAV;Photogrammetry;Planning Design teaching;GIS

國務(wù)院僑辦課題(11Y0284*)

王琳(1981.2- )，男，講師。

E-mail:wanglin1981@foxmail.com

2017-01-13

TU198+.3

A

1004-6135(2017)03-0115-06