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(mén) 361021)

航空攝影測(cè)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(mén) 361021)

介紹了無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，按照無(wú)人機(jī)航測(cè)的基本工作流程介紹了航空攝影測(cè)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(cè)軟硬件的發(fā)展?fàn)顩r，航測(cè)外業(yè)工作流程，各種航測(cè)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(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)的意義。

無(wú)人機(jī);攝影測(cè)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(cè)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(zhuān)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(wú)人機(jī)硬件成本降低和攝影測(cè)量軟件普及，非測(cè)繪專(zhuān)業(yè)的建筑院校師生也能掌握基于無(wú)人機(jī)技術(shù)的空間信息采集手段，通過(guò)簡(jiǎn)單的航線(xiàn)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(cè)繪產(chǎn)品。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站的后處理功能可以進(jìn)一步對(duì)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(xiàn)劃圖)數(shù)據(jù)。這些矢量線(xiàn)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(cè)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(lái)逐漸流行起來(lái)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(guò)專(zhuān)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?chē)乩憝h(huán)境中，這也正是“Geodesign”(地理設(shè)計(jì))的重要設(shè)計(jì)理念。總之，高效易用的新興航測(cè)軟件使建筑院校的師生也能跨越專(zhuān)業(yè)門(mén)檻，快速生成數(shù)字測(cè)繪產(chǎn)品。

隨著無(wú)人機(jī)硬件和航測(cè)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(xiàn)規(guī)劃到數(shù)字測(cè)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(duì)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(cè)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(lèi)型對(duì)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(cè)量應(yīng)用于規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)的基本工作流程

1 無(wú)人機(jī)硬件與航測(cè)軟件的發(fā)展現(xiàn)狀

目前航測(cè)用無(wú)人機(jī)主要分為固定翼和多旋翼兩種。固定翼無(wú)人機(jī)具有續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、飛行效率高、載荷大等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)凈空條件要求高，必須從開(kāi)闊場(chǎng)地起飛和降落，而且無(wú)法實(shí)現(xiàn)空中懸停。多旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)械簡(jiǎn)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(wú)人機(jī)更適用于大面積的航測(cè)作業(yè)，多旋翼適用于小面積的精準(zhǔn)作業(yè)。無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)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(guò)搭載不同的云臺(tái)來(lái)完成地面視角無(wú)法實(shí)現(xiàn)的拍攝工作；相機(jī)則承擔(dān)整個(gè)過(guò)程的數(shù)據(jù)獲取工作，通過(guò)承載不同類(lèi)型的傳感器來(lái)獲取不同分辨率的地表影像。這些傳感器可分為攝影類(lèi)型、掃描成像類(lèi)型和雷達(dá)成像類(lèi)型以及非圖像類(lèi)型?？刂葡到y(tǒng)是無(wú)人機(jī)的飛行控制重心[2]。控制系統(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(xiàn)、GPS定位芯片等等。無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)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(wú)人機(jī)按照預(yù)設(shè)航線(xiàn)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(wú)人機(jī)航測(cè)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(wú)人機(jī)起飛前進(jìn)行航線(xiàn)規(guī)劃，在無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中實(shí)時(shí)顯示飛行器的航線(xiàn)、軌跡、姿態(tài)以及其它設(shè)備參數(shù)和測(cè)區(qū)地圖。飛行過(guò)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(guò)航跡規(guī)劃和路徑調(diào)整等方式控制無(wú)人機(jī)的飛行任務(wù)[3]。無(wú)人機(jī)自動(dòng)獲取的帶有POS信息的航空照片可以通過(guò)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件自動(dòng)處理生成各種測(cè)繪數(shù)據(jù)成果，目前應(yīng)用比較廣泛的航測(cè)軟件有：

(1)ERDAS LPS 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)

LPS(Leica Photogrammetry Suite)是徠卡公司推出的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)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(lái)提高數(shù)據(jù)生產(chǎn)的效率[2]。

(2)INPHO 攝影測(cè)量系統(tǒng)

INPHO 攝影測(cè)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(cè)量專(zhuān)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(cè)量系統(tǒng)

Virtuo Zo 全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)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(cè)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(guó)產(chǎn)航測(cè)軟件還有中國(guó)測(cè)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(hù)界面、穩(wěn)定快速的匹配算法、高度自動(dòng)化的測(cè)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(gòu)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(wú)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(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)時(shí)同樣可以生成各種傳統(tǒng)測(cè)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(jué)和圖像識(shí)別技術(shù)的航測(cè)軟件近年來(lái)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(lèi)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(xiàn)規(guī)劃與航測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用

2.1 航線(xiàn)規(guī)劃

航線(xiàn)規(guī)劃是航測(cè)工作的第一步，以德國(guó)Microdrones公司的MD-1000型四旋翼無(wú)人機(jī)為例，其航線(xiàn)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(xiàn)規(guī)劃流程

航線(xiàn)規(guī)劃過(guò)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(cè)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(xiàn)網(wǎng)格時(shí)，重疊率的設(shè)置關(guān)系到航測(cè)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(lèi)型的實(shí)際需求設(shè)置疊片率的大小。

2.2 航測(cè)數(shù)據(jù)成果的應(yīng)用

航線(xiàn)規(guī)劃和航測(cè)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(lái)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(cè)外業(yè)過(guò)程中加深對(duì)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(cè)軟件系統(tǒng)可以通過(guò)簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)置完成空三加密，并進(jìn)一步生成測(cè)繪成果如表1所示，這些數(shù)據(jù)產(chǎn)品對(duì)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(cè)數(shù)據(jù)成果及其對(duì)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(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行表面特征(等高線(xiàn)、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(guò)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(lái)評(píng)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(wú)人機(jī)航測(cè)獲取的正射影像圖可用于更新甲方提供的CAD等矢量線(xiàn)劃數(shù)據(jù)，以提升數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)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(wèn)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(xiàn)數(shù)據(jù)(道路、鐵路、河流)等其它基礎(chǔ)地理信息[7]。通過(guò)疊置對(duì)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(duì)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(xiàn)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(xiàn)劃圖(DLG)

數(shù)字線(xiàn)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(duì)線(xiàn)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(xiàn)劃圖無(wú)法由航測(cè)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(mén)檻較高。近來(lái)也有一些軟件(例如后文提到的DP-Modeler，其工作流程和測(cè)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(xiàn)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(lái)逐漸普及的一種地物實(shí)體模型，可將目標(biāo)區(qū)域的場(chǎng)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(jué)原理的多視角航測(cè)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(wú)人機(jī)航片生成的Mesh模型無(wú)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(duì)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(cè)算道路、建筑、地塊及等矢量地物信息；通過(guò)簡(jiǎn)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(duì)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(chǎng)上專(zhuān)門(mén)針對(duì)航測(cè)Mesh模型進(jìn)行編修的商業(yè)軟件寥寥無(wú)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(jiǎn)稱(chēng)DP-Modeler)，該軟件能夠針對(duì)航測(cè)Mesh模型進(jìn)行人工編修、單體化及矢量測(cè)圖，這些功能對(duì)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(cè)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(wú)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(duì)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(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)的意義。利用DP-Modeler對(duì)Mesh模型進(jìn)行人工編修以及基于空三成果進(jìn)行航片測(cè)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(cè)圖工作流程

經(jīng)過(guò)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(duì)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(duì)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(lái)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(duì)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(guò)兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，一是選用效果較好的傾斜影像對(duì)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(duì)應(yīng)的建筑單體踏平，便可在周?chē)匚镄畔⒉话l(fā)生改變的基礎(chǔ)上，對(duì)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(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的人工干預(yù)和成果比對(duì)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(jiǎn)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(duì)Mesh實(shí)體模型的替換和更新。能在以下4個(gè)方面對(duì)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(guò)直觀反復(fù)的視覺(jué)體驗(yàn)，加深對(duì)設(shè)計(jì)區(qū)內(nèi)地物空間的理解。通過(guò)DP-Modeler的測(cè)圖功能，提取出規(guī)劃設(shè)計(jì)需要的數(shù)字線(xiàn)化圖(DLG)?？梢灾苯訉?duì)房屋矢量、點(diǎn)狀地物進(jìn)行測(cè)算，包括對(duì)高程點(diǎn)和等高線(xiàn)進(jìn)行提取，并對(duì)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(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)成果進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)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?chē)牡乩憝h(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(duì)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(píng)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(píng)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(yíng)造等規(guī)劃問(wèn)題提供一種新的解決途徑。

(3)進(jìn)行方案的成果評(píng)估

對(duì)已經(jīng)建設(shè)實(shí)施的規(guī)劃方案，可以通過(guò)模型編修對(duì)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(píng)估、數(shù)據(jù)分析和方案優(yōu)化。對(duì)建成方案的效果評(píng)估也有助于為今后類(lèi)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(cè)繪技術(shù)，開(kāi)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(mén)、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(guò)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(cè)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(duì)比

傳統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)出圖方案主要是先通過(guò)前期的人工調(diào)研收集各種資料、數(shù)據(jù)或調(diào)查問(wèn)卷，然后對(duì)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(lái)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(duì)象與周?chē)h(huán)境分離開(kāi)來(lái)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(píng)選方面，傳統(tǒng)方法都是基于評(píng)選者的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)對(duì)方案進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，主觀因素影響很大，難以做到全面、理性地對(duì)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(cè)量技術(shù)的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案在前期調(diào)研過(guò)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(wú)需過(guò)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(jué)效果，即使是非專(zhuān)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(cè)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(shì)，如表2所示。

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

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)人機(jī)航測(cè)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(duì)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(zhuān)業(yè)的師生在設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)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(cè)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(cè)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(cè)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(duì)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(duì)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(cè)量的操作門(mén)檻已有很大程度的降低，但這種技術(shù)手段畢竟來(lái)自不同的學(xué)科門(mén)類(lèi)。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(zhuān)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(zhuān)業(yè)師生熟練掌握幾種航測(cè)軟件，并具有一定的無(wú)人機(jī)操控經(jīng)驗(yàn)。另外，根據(jù)國(guó)家民航局的規(guī)定，無(wú)人機(jī)的外業(yè)操作將更加規(guī)范，需要持有無(wú)人機(jī)駕照的專(zhuān)業(yè)人士才能進(jìn)行操作。更加嚴(yán)格的立法以及專(zhuān)業(yè)無(wú)人機(jī)的價(jià)格門(mén)檻也在一定程度上限制了航測(cè)技術(shù)在規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域的普及。隨著航測(cè)技術(shù)門(mén)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。

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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(guó)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