趙瑩瑩，楊志波

(長(zhǎng)沙市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

近年來(lái)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)飛速發(fā)展，已成為重要的測(cè)繪手段之一，而多旋翼無(wú)人機(jī)則以其機(jī)動(dòng)、靈活、便捷、高精度等諸多優(yōu)勢(shì)更多地應(yīng)用于輔助城市規(guī)劃的各項(xiàng)勘測(cè)工作中，且表現(xiàn)出色。本文通過(guò)八旋翼無(wú)人機(jī)搭載各類相機(jī)云臺(tái)，獲取多種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料，以實(shí)現(xiàn)為不同城市規(guī)劃勘測(cè)目的提供種類多樣、針對(duì)性強(qiáng)的各種基礎(chǔ)資料和技術(shù)服務(wù)。具體有搭載單鏡頭相機(jī)正射攝影進(jìn)行地形圖測(cè)繪和正射影像圖快拼、搭載多鏡頭相機(jī)進(jìn)行傾斜攝影與地面三維建模、搭載攝像和實(shí)時(shí)圖傳設(shè)備進(jìn)行定點(diǎn)或定線航拍采集實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)影像等，航測(cè)新技術(shù)在城市規(guī)劃的部分工作中發(fā)揮了較大作用。

1 大比例尺地形圖測(cè)繪

利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行大比例尺地形圖測(cè)繪是無(wú)人機(jī)航測(cè)比較常見的應(yīng)用。城區(qū)受建構(gòu)筑物、重要設(shè)施以及城市密度等條件的制約，其大比例尺地形圖測(cè)繪更宜使用多旋翼無(wú)人機(jī)來(lái)完成。通過(guò)搭載增穩(wěn)云臺(tái)和單鏡頭正射相機(jī)，配合城市衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)和PPK后差分解算系統(tǒng)，在最大程度上保證了成圖的效率和精度，其主要實(shí)施流程如圖1。

測(cè)區(qū)位于長(zhǎng)沙市望城經(jīng)開區(qū)，屬丘陵地形，測(cè)區(qū)面積27 km2，地形圖成圖比例尺為1∶1000，航空攝影采用八旋翼無(wú)人機(jī)搭載SONY A7R2相機(jī)，航高為300 m，地面分辨率優(yōu)于8 cm，航向重疊度≥85%，旁向重疊度≥65%，共獲取有效影像5 561張。本次航飛同時(shí)搭載了PPK后差分設(shè)備，GNSS衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)采集率為1 Hz，結(jié)合CORS系統(tǒng)虛擬基站數(shù)據(jù)，能夠有效減少地面像控點(diǎn)布設(shè)的數(shù)量，實(shí)際量測(cè)像控點(diǎn)64個(gè)?？杖用茉赑ix4Dmapper中分架次完成, 像控點(diǎn)殘差X方向絕對(duì)值最大值為0.031 m、Y方向絕對(duì)值最大值為0.034 m、Z方向絕對(duì)值最大值為0.016 m，成圖中誤差M平面=±0.28 m、M高程=±0.12 m，滿足1∶1000地形圖測(cè)繪的要求。

圖1 地形圖測(cè)繪流程

2 地面三維模型制作

利用無(wú)人機(jī)搭載多視角相機(jī)進(jìn)行傾斜攝影重建地面實(shí)景三維技術(shù)已逐步成熟[1]，但鑒于實(shí)景三維成果為TIN+三角面紋理覆蓋，每個(gè)測(cè)區(qū)就是一個(gè)整體成果，在城市設(shè)計(jì)、城市規(guī)劃勘測(cè)以及各類信息系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)方面應(yīng)用還存在一定的局限性，而三維精細(xì)建模在工作效率上遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足現(xiàn)代城市規(guī)劃建設(shè)快速發(fā)展的需求[2]，因此在實(shí)景三維的基礎(chǔ)上輔以建筑單體化精細(xì)編輯，則在效率、精度、精細(xì)程度和空間分析方面更具優(yōu)勢(shì)，是目前城市三維建模比較理想的方式。其主要實(shí)施流程如圖2。

測(cè)區(qū)仍位于長(zhǎng)沙市望城經(jīng)開區(qū)，測(cè)區(qū)面積24 km2，采用八旋翼無(wú)人機(jī)搭載五鏡頭傾斜相機(jī)，無(wú)人機(jī)飛行相對(duì)航高120 m，下視鏡頭地面分辨率0.03 m，航向與旁向重疊度均不小于75%，共獲取影像約13.8萬(wàn)張。采用PPK后差分系統(tǒng)配合GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)進(jìn)行POS解算，實(shí)際量測(cè)地面像控點(diǎn)91個(gè)。利用ContextCapture軟件進(jìn)行像控點(diǎn)轉(zhuǎn)刺和量測(cè)、空三加密與實(shí)景三維自動(dòng)重建。實(shí)景三維建模生產(chǎn)時(shí)，所有提交的生產(chǎn)項(xiàng)目采用統(tǒng)一的設(shè)置參數(shù)，以確保各個(gè)分區(qū)的Tile名稱唯一且沿Tile邊緣完好接邊。

圖2 地面三維建模流程

實(shí)景三維建模不可避免地會(huì)產(chǎn)生空中漂浮物、部分路面不平整、水面破洞等瑕疵，采用單體化建模軟件DPmodeler對(duì)異常漂浮物刪除、路面壓平(去除主要道路車輛)以及水面填補(bǔ)等。然后利用正射鏡頭創(chuàng)建的立體像對(duì)，在立體觀測(cè)下采集擬單體化建筑屋頂?shù)膸缀谓Y(jié)構(gòu)，配合編輯好的DEM成果自動(dòng)生成具有高度的建筑物模型。自動(dòng)生成的建筑物模型利用3Dmax軟件轉(zhuǎn)換成OBJ格式導(dǎo)入實(shí)景三維中，再在Dpmodeler軟件環(huán)境中利用傾斜照片對(duì)單體化建筑物進(jìn)行自動(dòng)紋理映射。

對(duì)地面三維模型成果需進(jìn)行外觀目視和數(shù)學(xué)精度兩方面的檢驗(yàn)。外觀目視檢查即瀏覽三維模型的外觀，查看是否有漏洞、色差、接邊問(wèn)題、不合理碎片以及不合理凹凸等質(zhì)量情況。數(shù)學(xué)精度檢驗(yàn)是利用外業(yè)實(shí)測(cè)控制點(diǎn)與地面檢查點(diǎn)，對(duì)三維模型成果進(jìn)行同名點(diǎn)數(shù)學(xué)精度檢驗(yàn)。本項(xiàng)目共采集207個(gè)平高點(diǎn)進(jìn)行精度檢查統(tǒng)計(jì)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，成果中誤差M平面=±0.147 m，M高程=±0.128 m，滿足城市大比例尺地形圖測(cè)繪的要求。

該項(xiàng)目經(jīng)單體化的三維模型可達(dá)精細(xì)建模的標(biāo)準(zhǔn)，在相應(yīng)管理應(yīng)用平臺(tái)中將相關(guān)屬性錄入后可進(jìn)行查詢分析，也可輸出通用格式在AutoCAD、湘源控規(guī)、SketchUp等規(guī)劃設(shè)計(jì)平臺(tái)中加載使用，其生產(chǎn)周期也極為短暫，為相關(guān)信息管理系統(tǒng)建設(shè)、三維城市設(shè)計(jì)以及大型項(xiàng)目選址、規(guī)劃、設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保障[2-3]。

3 輔助應(yīng)急測(cè)繪、交通改造及城市設(shè)計(jì)

為適應(yīng)應(yīng)急管理、交通改造、城市設(shè)計(jì)等工作的要求，需提供實(shí)時(shí)的綜合地理現(xiàn)狀信息，方能進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)和決策。而已有的傳統(tǒng)4D產(chǎn)品往往在現(xiàn)勢(shì)性上略顯不足，重新測(cè)繪耗時(shí)耗力且必要性不強(qiáng)，因此可采用多旋翼無(wú)人機(jī)搭載攝像或?qū)崟r(shí)圖像傳輸系統(tǒng)，定點(diǎn)或按一定路線采集動(dòng)態(tài)影像信息，既靈活迅速便捷，又可展現(xiàn)不一般的DOM和DLG風(fēng)貌。

在汛期前后分別獲取重點(diǎn)水域的實(shí)時(shí)影像，為防汛指揮與災(zāi)害評(píng)估提供及時(shí)服務(wù)。在城市設(shè)計(jì)中，以無(wú)人機(jī)巡航攝影代替設(shè)計(jì)人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，既能提高效率，又可以全局的視角綜合考量，形成城市綠色空間體系。在城市交通改造中，多旋翼無(wú)人機(jī)配備相應(yīng)的不間斷電源設(shè)備后可在空中定點(diǎn)對(duì)各類道路進(jìn)行實(shí)時(shí)狀況調(diào)查和交通流量監(jiān)測(cè)，以此展開調(diào)查，對(duì)相關(guān)片區(qū)主要車道的交通流量、車速及交通轉(zhuǎn)換量進(jìn)行分析，進(jìn)而可對(duì)區(qū)域交通運(yùn)行情況進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估，提出交通改造計(jì)劃。

4 輔助水生植物調(diào)查

為進(jìn)行市內(nèi)某湖的環(huán)湖水域原有水生植物冬季收割面積的統(tǒng)計(jì)和維護(hù)費(fèi)用的計(jì)算，需對(duì)該水域水生植物面積進(jìn)行測(cè)算及復(fù)查。外業(yè)實(shí)測(cè)具有較大難度和危險(xiǎn)，且存在測(cè)量不全、不準(zhǔn)的可能，利用無(wú)人機(jī)單鏡頭正射航拍成果進(jìn)行快拼制作正射影像圖，通過(guò)對(duì)水下植物影像的不同光譜反射特性，采用監(jiān)督分類和人工解譯相結(jié)合的方式，可較為全面準(zhǔn)確地掌握環(huán)湖水下植物的覆蓋范圍與面積。本測(cè)區(qū)4 km2，單鏡頭航拍的航向重疊度85%、旁向重疊度65%，共采集197張影像。由于此項(xiàng)工作對(duì)地物的相對(duì)精度要求較高，而對(duì)絕對(duì)精度則無(wú)較高要求，因此只需量測(cè)4個(gè)像控點(diǎn)即可滿足要求，極大程度地提高了工作效率。

5 輔助規(guī)劃監(jiān)測(cè)與景觀研究

多旋翼無(wú)人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域還有：在遙感執(zhí)法監(jiān)測(cè)違章建筑中，對(duì)云影、陰影與遮擋的疑似違建圖斑以及重點(diǎn)建筑、重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)調(diào)查、取證；配合“兒童友好城市”創(chuàng)建的相關(guān)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，無(wú)人機(jī)以1～1.2 m的高度緩緩漫步園區(qū)采集影像數(shù)據(jù)，為設(shè)計(jì)師們提供了兒童視角的體驗(yàn)和感知，進(jìn)而探尋兒童對(duì)環(huán)境景觀的真實(shí)需求，做出更合理的景觀設(shè)計(jì)；配合“城市雙修”進(jìn)行某新區(qū)戶外廣告牌專項(xiàng)規(guī)劃，利用多旋翼無(wú)人機(jī)搭載動(dòng)態(tài)影像獲取設(shè)備分別于晝夜在空中掠過(guò)，戶外廣告牌一覽無(wú)余，同時(shí)將關(guān)注視角放在戶外廣告設(shè)置與城市景觀的協(xié)調(diào)性上，進(jìn)而輔助設(shè)計(jì)師進(jìn)行更適宜、更人性化的專項(xiàng)規(guī)劃設(shè)計(jì)。

6 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)多旋翼無(wú)人機(jī)在各類項(xiàng)目中的應(yīng)用，提出了充分發(fā)揮其特性的多種思路和途徑，包括傳統(tǒng)大比例尺地形圖測(cè)繪、城市三維仿真建模、應(yīng)急測(cè)繪、城市規(guī)劃與城市設(shè)計(jì)、交通改造、專題信息提取、違建監(jiān)測(cè)等，在諸多業(yè)務(wù)領(lǐng)域內(nèi)都有其用武之地，且有著便捷、直觀、靈活等顯著優(yōu)勢(shì)，尤其是在涉及山體、水域、高速公路等項(xiàng)目中，更加安全高效。因此，多旋翼無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)在城市規(guī)劃勘測(cè)相關(guān)業(yè)務(wù)中應(yīng)用的可行性和必要性均較強(qiáng)，在后續(xù)推廣應(yīng)用中更應(yīng)進(jìn)一步拓寬思路、完善技術(shù)。