余傳富 李軍吉

(1.紹興市城鄉(xiāng)規(guī)劃管理處，浙江 紹興 312000；2.紹興市城市規(guī)劃測(cè)繪院，浙江 紹興 312000)

0 引言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進(jìn)，大量人口向城鎮(zhèn)集聚，城鎮(zhèn)的建設(shè)和管理是否科學(xué)合理并具有前瞻性，除了考驗(yàn)管理者的能力，也體現(xiàn)了新技術(shù)的應(yīng)用廣度和深度.

BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了將二維數(shù)據(jù)生成三維模型，從而廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃展示、建設(shè)項(xiàng)目審批輔助決策以及一些城鎮(zhèn)管理等方面.由于模型與實(shí)際還是有一定的區(qū)別，因此，近幾年這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用逐漸被一些新技術(shù)所替代，其中前景最好的是傾斜攝影測(cè)量技術(shù).傾斜攝影測(cè)量技術(shù)雖起源于測(cè)繪領(lǐng)域，但由于其具有的實(shí)景三維效果及尺寸可量測(cè)性，目前已探索性地應(yīng)用于城鄉(xiāng)風(fēng)貌和規(guī)劃展示、建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃審批輔助決策、傳統(tǒng)及歷史建筑保護(hù)、環(huán)境整治、違章建筑查處等方面，并取得了很好的效果.

1 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)從多個(gè)角度采集影像，從而獲取地面物體全方位的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后生成的影像為實(shí)景三維影像[1].與常規(guī)航空攝影相比，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能夠獲得地物的立面影像，使得影像解譯變得更簡(jiǎn)單、更直觀.采用該技術(shù)制作的實(shí)景三維影像成果真實(shí),能多方位反映地物形狀與紋理,對(duì)于地面周圍的反映符合人類感知.傾斜攝影拍攝的數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理可得出帶有坐標(biāo)位置信息的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù),這樣基于實(shí)景三維影像就可以直接量測(cè)點(diǎn)位的坐標(biāo),地物的高度、長(zhǎng)度、角度,以及區(qū)域的坡度、面積[2-4]等，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)由建模獲取數(shù)據(jù)的缺陷.

2 技術(shù)應(yīng)用

2.1 城鄉(xiāng)風(fēng)貌展示

在沒(méi)有傾斜攝影測(cè)量技術(shù)以前，要對(duì)一個(gè)城鎮(zhèn)進(jìn)行風(fēng)貌展示，傳統(tǒng)的方法是通過(guò)選取有代表性場(chǎng)景、以最佳角度拍攝的照片和視頻展示，并通過(guò)人物采訪和視頻解說(shuō)錦上添花.受諸多條件限制，該方法不能全面反映其原始風(fēng)貌，而傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)，就很好地解決了此問(wèn)題.傾斜攝影裝置中的無(wú)人機(jī)，其在空中的角度、高度可根據(jù)需要設(shè)置，拍攝的影像能空中、地面立體完整展示一個(gè)城鎮(zhèn)或一個(gè)區(qū)域的真實(shí)風(fēng)貌;如果輔助地面街景及室內(nèi)三維模型，達(dá)到的展示效果是傳統(tǒng)方法所無(wú)法企及的.圖1為紹興市魯迅故里歷史街區(qū)局部三維影像截圖.

2.2 傳統(tǒng)和歷史建筑保護(hù)

傳統(tǒng)和歷史建筑是我們民族文化的傳承和歷史的延續(xù)[5]，除了要提高全民的保護(hù)意識(shí)，專業(yè)部門更要有好的辦法和高度的責(zé)任心.相比歐式建筑，我國(guó)的傳統(tǒng)建筑多以木結(jié)構(gòu)為主，更容易受氣候影響而受損.由于種種原因，能進(jìn)入各級(jí)文物保護(hù)部門保護(hù)名錄的只是其中的一部分，很多優(yōu)秀的傳統(tǒng)和歷史建筑仍然處于失管狀態(tài)，搶救性的保護(hù)刻不容緩.要做好保護(hù)，首要的就是要全方位影像資料留存.不管是日常修繕與維護(hù)，還是移建甚至是損毀后的重建，都需要第一手資料.

這些傳統(tǒng)和歷史建筑因年代久遠(yuǎn)，大多缺乏建造時(shí)的設(shè)計(jì)圖紙，現(xiàn)在利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可以很方便地獲取真實(shí)的三維影像，該影像不僅具有可量測(cè)性，還保留了建筑的紋理，便于修繕時(shí)保持原有的特質(zhì)，修舊如舊.有很多的仿古建筑就是因?yàn)樵谕獠考y理和細(xì)節(jié)上不注意，給人以不真實(shí)的感受，完全違背了初衷.如果再結(jié)合目前處于前沿的激光掃描技術(shù)，更可以對(duì)室內(nèi)、室外進(jìn)行一體化掃描(圖2為某歷史街區(qū)室外三維掃描成果)，從而建立完整、清晰、精確的三維影像數(shù)據(jù)庫(kù).也可以利用這些成果繪制出常用的平面、立體、剖面圖紙，方便日常的修繕保護(hù)工作.建立傳統(tǒng)歷史建筑三維影像庫(kù)方法可行可靠，已在一些地方推廣使用，是一件功在當(dāng)代、利在千秋的好事.

2.3 規(guī)劃輔助決策

城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃是龍頭，規(guī)劃方案審批是其中一個(gè)重要環(huán)節(jié).任何一個(gè)地塊的建設(shè)條件都有一個(gè)共性的要求，即與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào).在沒(méi)有BIM技術(shù)之前，協(xié)調(diào)性基本只是憑感覺(jué).在BIM技術(shù)誕生后，在三維環(huán)境狀態(tài)下，通過(guò)比對(duì)建筑形態(tài)、高度、天際線、空間尺度等，基本能夠評(píng)判擬建建筑方案在協(xié)調(diào)性上的優(yōu)劣，從而為規(guī)劃方案的確定提供有效技術(shù)支撐.

圖1 紹興市魯迅故里歷史街區(qū)局部三維截圖

圖2 某歷史街區(qū)室外三維掃描成果

BIM技術(shù)說(shuō)到底是人工建模，對(duì)已有的建筑，特別是建筑形態(tài)復(fù)雜、歷史悠久的建筑，BIM技術(shù)就難以表現(xiàn)它的細(xì)節(jié)，特別是其外在的色彩、紋理以及歷史的滄桑感.傾斜攝影測(cè)量技術(shù)由于是通過(guò)獲取多角度畫面生成的三維影像，其與實(shí)際場(chǎng)景完全保持一致，因此是對(duì)原來(lái)一些技術(shù)的徹底顛覆.在這種環(huán)境下，將規(guī)劃設(shè)計(jì)方案與周邊場(chǎng)景進(jìn)行比對(duì)，將獲得真實(shí)的感受，對(duì)方案的規(guī)劃決策有極大的輔助作用[6].

根據(jù)2013年中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議精神，要盡快把每個(gè)城市特別是特大城市的開發(fā)邊界劃定，其主要目的是推動(dòng)城市發(fā)展由外延擴(kuò)張式向提升式轉(zhuǎn)變.做好城市提升式發(fā)展，首要工作是要做好城市規(guī)劃，其核心是做好城市設(shè)計(jì).而要做好城市設(shè)計(jì)，除了做好常規(guī)的填充式規(guī)劃外，更多的是要做好城市更新工作.這種更新不是大拆大建，而是在基本不改變城市機(jī)理、在不破壞原有城市風(fēng)貌的基礎(chǔ)上，調(diào)整完善配套設(shè)施和使用功能.以協(xié)調(diào)為原則，適度進(jìn)行改造，讓城市煥發(fā)新的生命，讓城市延續(xù)她的歷史；讓生活在此的人，或曾經(jīng)在此工作、生活的人，甚至是到過(guò)此地的人，無(wú)論歲月變換，都能從城市中找尋到曾經(jīng)的記憶和鄉(xiāng)愁，深深喜歡和愛(ài)上這座城市.

這種城市規(guī)劃有別于以前粗放式的規(guī)劃，沒(méi)有大手筆的豪放，有的是精耕細(xì)作.除了功能的調(diào)整和完善，城市規(guī)劃最難的是協(xié)調(diào)性，這在平面二維條件下是很難判斷的，在三維空間形態(tài)下尤其是在傾斜攝影測(cè)量技術(shù)日趨成熟的條件下，要完成好這份工作會(huì)方便得多.可以綜合運(yùn)用BIM和傾斜攝影測(cè)量等多種技術(shù)手段，對(duì)原有街區(qū)進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)是直觀且方便.對(duì)不作變化的東西，仍然以原風(fēng)貌存在，并與更新部分共存，更新部分直接在三維成果上進(jìn)行編輯設(shè)計(jì).采用新技術(shù)的規(guī)劃設(shè)計(jì)效果與實(shí)際成效一致，不失真.如果再配以動(dòng)態(tài)的效果，則表現(xiàn)更生動(dòng)與逼真，有如身臨其境，就如同我們看3D電影.

結(jié)合我國(guó)城鎮(zhèn)規(guī)劃管理的現(xiàn)狀，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)還可以廣泛應(yīng)用于街景改造、店招和廣告設(shè)置等規(guī)劃輔助決策中.城鎮(zhèn)街道在進(jìn)行立面改造時(shí)，在改造前的方案設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員往往是到現(xiàn)場(chǎng)拍攝照片，調(diào)取原有施工圖紙；如果沒(méi)有原來(lái)的施工圖紙，則需要通過(guò)測(cè)量獲取相關(guān)數(shù)據(jù)；然后設(shè)計(jì)人員一幢一幢地進(jìn)行立面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)圖紙也是二維的，少量也會(huì)提供BIM成果.由于改造設(shè)計(jì)效果展示很一般，審批人員很難判斷決策.而采用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，很多工作都能在室內(nèi)進(jìn)行，可減少很多室外工作量，而且拍攝的影像全方位沒(méi)有任何死角，設(shè)計(jì)人員可以很輕松地在三維影像的成果上進(jìn)行設(shè)計(jì)，整體性、協(xié)調(diào)性一目了然，決策者據(jù)此就能做出正確的決定.

2.4 違章建筑監(jiān)測(cè)

伴隨城鎮(zhèn)建設(shè)的發(fā)展，各種違章建筑也應(yīng)運(yùn)而生，城市管理部門想盡各種辦法進(jìn)行查處，但受監(jiān)管力量、手段所限，違章建筑始終是城市的一個(gè)毒瘤揮之不去，既影響城市市容，也擾亂了城市建設(shè)的正常秩序.

一般違章建筑信息來(lái)源于人員巡查和舉報(bào)，對(duì)于封閉空間內(nèi)和屋頂上的違章建筑，巡查就顯得非常不便.如果業(yè)主不配合就很難取證，要想依法處置就更難.

浙江省自2013年開展“三改一拆”工作以來(lái)，由于各級(jí)政府高度重視，違章建筑拆除工作不斷推進(jìn).近年來(lái)，伴隨著無(wú)人機(jī)攝影技術(shù)的推廣，可以做到無(wú)死角監(jiān)測(cè)違章建筑，效率大大提高.目前行之有效的做法是：首先用無(wú)人機(jī)對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行正射影像拍攝，獲取正射影像圖；其次，比對(duì)前后兩次影像圖(圖3為不同時(shí)期的航拍對(duì)比圖)，就能基本確定違章建筑信息，包括違章建筑位置、大致體量等[7].如果要求高，再輔助三維傾斜攝影測(cè)量成果，違章建筑的信息將更全面.對(duì)查處的違章建筑，尤其是規(guī)劃將要拆除的區(qū)域，可以真實(shí)記錄違章建筑信息，杜絕私建亂搭現(xiàn)象，以減少國(guó)家損失.自2017年以來(lái)，紹興市就開展對(duì)部分城市建成區(qū)進(jìn)行無(wú)人機(jī)航攝查找違章建筑的工作，取得了很好的成效，并建立了相應(yīng)的長(zhǎng)效機(jī)制.

2.5 留住記憶

隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展，很多歷史街區(qū)、有保護(hù)價(jià)值的建筑、村莊等不可避免地被拆遷，對(duì)于生于斯長(zhǎng)于斯的人來(lái)說(shuō)，在享受城鎮(zhèn)化帶來(lái)好處的同時(shí)，也給他們留下很多遺憾——鄉(xiāng)愁難以忘懷.以前人們最多是在老房子前拍照留念，有了傾斜攝影測(cè)量技術(shù)后，除了在房前留影，還可以制作實(shí)景三維影像產(chǎn)品，用不多的費(fèi)用即可充分滿足人們的情感和工作需求，留住記憶，記住鄉(xiāng)愁.

紹興市某新區(qū)幾十個(gè)村莊因?yàn)榻ㄔO(shè)需要實(shí)施拆遷，為此該新區(qū)委托紹興市城市規(guī)劃測(cè)繪院用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，制作了拆遷前的村莊實(shí)景三維影像產(chǎn)品，戶均費(fèi)用不足100元，深受廣大村民和各界的歡迎，不論是通過(guò)手機(jī)還是電腦，都能隨時(shí)從任意角度、遠(yuǎn)近調(diào)看(見圖4).從村民開心的笑容中能感受到新科技帶給他們的歡樂(lè)，也緩解了他們因遷移故里而帶來(lái)的愁緒.

圖3 不同時(shí)期的航拍對(duì)比圖

3 應(yīng)用展望

可以預(yù)見，隨著傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展以及軟件的升級(jí)換代，投入、應(yīng)用成本及制作費(fèi)用會(huì)逐漸降低.通過(guò)融合地面三維激光掃描、室內(nèi)定位等新興技術(shù)，傾斜攝影制作成果的精度也將進(jìn)一步提高，該技術(shù)將逐步取代傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取方式.實(shí)踐證明，通過(guò)無(wú)人機(jī)航拍采集的影像分辨率優(yōu)于5 cm時(shí)，建立的三維模型所獲取的各地物點(diǎn)三維坐標(biāo)與實(shí)測(cè)坐標(biāo)點(diǎn)精度誤差符合1∶1 000比例尺測(cè)量精度要求，且實(shí)景三維影像由點(diǎn)云數(shù)據(jù)支撐,可進(jìn)行位置定位和面積量測(cè).該成果不僅可以為工程設(shè)計(jì)過(guò)程中的房屋面積統(tǒng)計(jì)、工程量估算、建設(shè)資金預(yù)算等工作提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持，也將為城市精細(xì)化管理、土地利用、防洪減災(zāi)、地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估等領(lǐng)域提供大數(shù)據(jù)支持.

當(dāng)然，隨著應(yīng)用的普及和范圍的不斷擴(kuò)大，有一些跨學(xué)科的技術(shù)問(wèn)題需解決，一些技術(shù)瓶頸有待攻克.如：如何快速解決建筑單體化；如何很方便地對(duì)單體化進(jìn)行編輯處理[8]；如何在一般氣候條件下提高傾斜攝影三維成果質(zhì)量，改變和改善無(wú)人機(jī)靠天吃飯的通病.很多科技公司都在進(jìn)行深入開發(fā)，成果層出不窮.我們有理由相信，隨著技術(shù)的進(jìn)步，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)將為城鄉(xiāng)建設(shè)、管理提供更方便、高效和高質(zhì)量的服務(wù).

圖4 某村拆遷前的實(shí)景三維影像截圖