莊振祿

廣州市四維城科信息工程有限公司 廣東 廣州 510000

無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)是近年來發(fā)展迅速的一種測(cè)量技術(shù)，利用無人機(jī)進(jìn)行航拍，通過圖像處理和數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面目標(biāo)的三維測(cè)量和模型構(gòu)建。在城市規(guī)劃領(lǐng)域中，無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，可以為城市規(guī)劃提供更為精確、全面的空間信息數(shù)據(jù)，為城市規(guī)劃決策提供科學(xué)依據(jù)，有利于提高城市規(guī)劃的質(zhì)量和效率。然而，當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用研究相對(duì)較少，技術(shù)和應(yīng)用還存在一些問題和挑戰(zhàn)。因此，深入研究無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用，分析其優(yōu)缺點(diǎn)和存在的問題，探討其技術(shù)發(fā)展方向和應(yīng)用前景，具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1 無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)概述

1.1 無人機(jī)攝影測(cè)量的基本概念

無人機(jī)攝影測(cè)量是指利用無人機(jī)航拍獲取的影像數(shù)據(jù)，通過攝影測(cè)量方法進(jìn)行空間數(shù)據(jù)提取和處理的技術(shù)[1]。其中，無人機(jī)是一種無人駕駛的飛行器，可通過預(yù)設(shè)的航線和任務(wù)，完成航拍任務(wù)。而攝影測(cè)量則是利用航空攝影和測(cè)量學(xué)原理，對(duì)攝影測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何定位、測(cè)量和分析的過程。在無人機(jī)攝影測(cè)量中，無人機(jī)通過預(yù)設(shè)的航線進(jìn)行航拍任務(wù)，將高分辨率影像數(shù)據(jù)獲取回來。影像數(shù)據(jù)可以是單張影像或多張影像，一般為多張影像，可以在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中進(jìn)行拼接、配準(zhǔn)和融合等操作，得到高精度、高分辨率的影像數(shù)據(jù)。

1.2 無人機(jī)攝影測(cè)量的技術(shù)原理

無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的核心是利用多張高分辨率影像數(shù)據(jù)，通過三維重建和精準(zhǔn)定位等技術(shù)手段，生成三維地圖和數(shù)字高程模型等數(shù)據(jù)產(chǎn)品。無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的主要技術(shù)路線包括自主導(dǎo)航、航拍規(guī)劃、圖像匹配和數(shù)字高程模型生成等環(huán)節(jié)。表1分析無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的主要環(huán)節(jié)和技術(shù)原理。

表1 無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)原理

在無人機(jī)攝影測(cè)量的自主導(dǎo)航環(huán)節(jié)中，通過GPS和慣性導(dǎo)航技術(shù)，對(duì)無人機(jī)進(jìn)行定位和導(dǎo)航，確保其能夠按照預(yù)設(shè)的航線和任務(wù)完成航拍任務(wù)。同時(shí)，遙測(cè)通信技術(shù)也能夠?qū)崟r(shí)傳輸無人機(jī)的狀態(tài)信息和攝影數(shù)據(jù)，提供技術(shù)支持。在航拍規(guī)劃環(huán)節(jié)中，通過航線規(guī)劃算法和相機(jī)參數(shù)設(shè)置，規(guī)劃出最優(yōu)的航拍路徑和相機(jī)參數(shù)，確保航拍數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度[2]。在影像獲取環(huán)節(jié)中，通過高分辨率相機(jī)和圖像采集與傳輸技術(shù)，獲取高質(zhì)量的航拍影像數(shù)據(jù)，為后續(xù)的影像處理提供數(shù)據(jù)支撐。在影像處理環(huán)節(jié)中，通過影像校正、配準(zhǔn)和融合技術(shù)等，對(duì)航拍影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和優(yōu)化，提高影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度。在數(shù)字高程模型環(huán)節(jié)中，通過空間三角測(cè)量原理、立體像對(duì)匹配和高程解算技術(shù)等，對(duì)多幅航拍影像進(jìn)行處理和分析，生成數(shù)字高程模型等三維地圖產(chǎn)品，為城市規(guī)劃、資源調(diào)查等領(lǐng)域提供支持。

2 無人機(jī)攝影測(cè)量在城市規(guī)劃中的應(yīng)用

2.1 城市地形、地貌測(cè)量

傳統(tǒng)的地形、地貌測(cè)量技術(shù)需要借助大量測(cè)繪儀器和人工測(cè)量，不僅測(cè)量效率低下，而且成本較高。而無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)可以通過無人機(jī)的航拍，獲取大量高清晰度的影像數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，可以高效地獲取城市地形、地貌信息。利用無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行城市地形、地貌測(cè)量可以快速獲取大量的地形、地貌信息，包括地形高程、坡度、坡向、水系等，可以為城市規(guī)劃和市政工程提供準(zhǔn)確、全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為規(guī)劃決策提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，在應(yīng)對(duì)城市自然災(zāi)害、如洪水、滑坡等方面，城市地形、地貌信息也是必不可少的。通過無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行城市地形、地貌測(cè)量，可以為城市自然災(zāi)害預(yù)警和應(yīng)急管理提供重要的數(shù)據(jù)支撐，提高城市災(zāi)害防范和應(yīng)對(duì)能力[3]。

2.2 建筑物三維模型的制作

無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的三維測(cè)量和模型構(gòu)建，為城市規(guī)劃和管理提供科學(xué)依據(jù)。建筑物三維模型的制作，可以通過無人機(jī)航拍獲取高分辨率的建筑物圖像，并通過圖像處理和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的三維測(cè)量和模型構(gòu)建。建筑物三維模型的制作可以提供建筑物的詳細(xì)信息，包括建筑物的形狀、大小、高度等，為城市規(guī)劃和管理提供科學(xué)依據(jù)。建筑物三維模型的制作需要解決一系列問題，包括無人機(jī)航拍的參數(shù)獲取、圖像處理和數(shù)據(jù)分析的方法選擇、建筑物三維模型的構(gòu)建和質(zhì)量檢驗(yàn)等。同時(shí)，建筑物三維模型的制作還需要考慮建筑物的特殊性質(zhì)，例如建筑物外形的復(fù)雜性、建筑物表面的反射性等。

2.3 城市景觀的分析和評(píng)估

無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市景觀的分析和評(píng)估，為城市規(guī)劃和管理提供科學(xué)依據(jù)。城市景觀是城市的重要組成部分，其優(yōu)劣直接影響城市的形象和品質(zhì)。城市景觀的分析和評(píng)估可以幫助城市規(guī)劃者和管理者了解城市景觀的現(xiàn)狀和問題，制定有效的改善措施，提高城市景觀的品質(zhì)和水平。城市景觀的分析和評(píng)估可以通過無人機(jī)航拍獲取高分辨率的城市景觀圖像，并通過圖像處理和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市景觀的分析和評(píng)估。城市景觀的分析和評(píng)估可以包括景觀類型、景觀面積、景觀覆蓋度、景觀結(jié)構(gòu)等指標(biāo)的分析和評(píng)估。城市景觀的分析和評(píng)估需要綜合運(yùn)用無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)、圖像處理和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)處理和質(zhì)量控制，提高城市景觀分析和評(píng)估的精度和準(zhǔn)確性。同時(shí)，城市景觀的分析和評(píng)估還需要考慮城市景觀的特殊性質(zhì)，例如不同景觀類型的特征、景觀變化的趨勢(shì)等。

2.4 城市基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測(cè)和維護(hù)

城市基礎(chǔ)設(shè)施是城市的重要組成部分，其安全和運(yùn)行狀況直接關(guān)系到城市居民的生活和安全。城市基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測(cè)和維護(hù)可以幫助城市規(guī)劃者和管理者了解基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行狀況和問題，制定有效的維護(hù)和修復(fù)措施，保障城市基礎(chǔ)設(shè)施的安全和運(yùn)行。城市基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測(cè)和維護(hù)，可以通過無人機(jī)航拍獲取高分辨率的基礎(chǔ)設(shè)施圖像，并通過圖像處理和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測(cè)和維護(hù)。城市基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測(cè)和維護(hù)可以包括道路、橋梁、水利設(shè)施、電力設(shè)施等基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測(cè)和維護(hù)[4]。城市基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測(cè)和維護(hù)需要綜合運(yùn)用無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)、圖像處理和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)處理和質(zhì)量控制，提高城市基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)和維護(hù)的精度和準(zhǔn)確性。同時(shí)，城市基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測(cè)和維護(hù)還需要考慮基礎(chǔ)設(shè)施的特殊性質(zhì)，例如基礎(chǔ)設(shè)施的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀況等。

2.5 城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)的決策支持

城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)的決策支持，可以幫助城市規(guī)劃者和設(shè)計(jì)師了解城市的現(xiàn)狀和問題，制定有效的規(guī)劃和設(shè)計(jì)方案，提高城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。通過無人機(jī)航拍獲取高分辨率的城市圖像，并通過圖像處理和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市的分析和評(píng)估。城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)的決策支持可以包括城市形態(tài)、城市交通、城市環(huán)境等方面的分析和評(píng)估。城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)的決策支持需要綜合運(yùn)用無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)、圖像處理和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)處理和質(zhì)量控制，提高城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)的決策支持精度和準(zhǔn)確性。同時(shí)，城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)的決策支持還需要考慮城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)的特殊性質(zhì)，例如城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)的目標(biāo)、城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)的限制等。

2.6 道路交通規(guī)劃

道路交通規(guī)劃是城市規(guī)劃中的重要組成部分，無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)可以為道路交通規(guī)劃提供高效、精確的數(shù)據(jù)支持。通過無人機(jī)的航拍，可以獲取城市交通網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，包括道路布局、道路寬度、道路長(zhǎng)度、交通流量等信息。此外，無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)道路、橋梁、交通設(shè)施等的三維重建，能夠提供更加全面的道路交通信息。利用無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行道路交通規(guī)劃，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市道路交通狀況的快速調(diào)查和分析。可以分析城市道路交通的瓶頸和短板，為城市道路交通的改善提供依據(jù)。同時(shí)，還可以對(duì)城市道路交通規(guī)劃方案進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化，提高道路交通規(guī)劃的精度和可行性。此外，在城市交通管理中，通過無人機(jī)航拍，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)道路交通流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集，提高城市交通管理的效率和精度，為城市交通管理提供更好的數(shù)據(jù)支持。

2.7 城市環(huán)境監(jiān)測(cè)

城市環(huán)境監(jiān)測(cè)是指對(duì)城市環(huán)境中的污染物、噪聲、輻射等進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)測(cè)，以保障城市環(huán)境的質(zhì)量和健康。空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)：搭載空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)城市空氣中的污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過無人機(jī)的航拍，可以對(duì)城市空氣污染的分布和擴(kuò)散情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，為環(huán)境保護(hù)部門提供數(shù)據(jù)支持。噪聲監(jiān)測(cè)：搭載噪聲監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)城市噪聲進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過航拍影像和噪聲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的配合分析，可以了解城市噪聲污染的分布和影響范圍，為城市環(huán)境噪聲治理提供數(shù)據(jù)支持。環(huán)境變化監(jiān)測(cè)：通過對(duì)不同時(shí)期城市航拍影像的比對(duì)，實(shí)現(xiàn)城市環(huán)境變化的監(jiān)測(cè)。例如，可以對(duì)城市綠化覆蓋率、建筑物數(shù)量和布局、道路交通狀況等進(jìn)行比對(duì)分析，為城市環(huán)境規(guī)劃和管理提供數(shù)據(jù)支持。輻射監(jiān)測(cè)：搭載輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)城市輻射環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)[5]。通過無人機(jī)的航拍，可以對(duì)城市輻射污染源進(jìn)行快速定位和監(jiān)測(cè)，為環(huán)境保護(hù)部門提供數(shù)據(jù)支持。

3 無人機(jī)攝影測(cè)量在城市規(guī)劃中存在的問題和挑戰(zhàn)

3.1 數(shù)據(jù)處理和分析

由于無人機(jī)航拍獲取的數(shù)據(jù)量較大，需要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和分析，才能得到可用的三維地圖和數(shù)字高程模型等產(chǎn)品。數(shù)據(jù)處理和分析環(huán)節(jié)包括影像校正、配準(zhǔn)、融合和數(shù)字高程模型生成等操作，需要借助計(jì)算機(jī)和相關(guān)軟件進(jìn)行處理。在數(shù)據(jù)處理和分析過程中，需要進(jìn)行影像校正，即對(duì)航拍影像進(jìn)行去畸變和幾何校正，確保影像數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精度。同時(shí)，需要進(jìn)行影像配準(zhǔn)，即對(duì)不同影像之間進(jìn)行匹配和對(duì)齊，以獲取影像之間的空間關(guān)系。影像融合則是將多幅影像融合成一幅影像，以提高影像數(shù)據(jù)的空間分辨率和質(zhì)量。

3.2 隱私和安全問題

隨著無人機(jī)技術(shù)的普及和應(yīng)用，人們對(duì)于個(gè)人隱私和安全的擔(dān)憂也越來越多。下面介紹無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)中的隱私和安全問題。無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)可以通過航拍獲取高分辨率的影像數(shù)據(jù)，其中可能包含個(gè)人隱私信息。例如，航拍影像可能會(huì)顯示個(gè)人住房、車輛、行動(dòng)軌跡等信息，如果這些數(shù)據(jù)被不當(dāng)使用，將會(huì)對(duì)個(gè)人隱私造成威脅。無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用還可能帶來安全問題。例如，無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)可以用于實(shí)施惡意攻擊，例如監(jiān)視、侵犯他人隱私、竊取商業(yè)機(jī)密等。此外，無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)也可以用于實(shí)施恐怖襲擊和犯罪行為。

為了解決無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)中的隱私和安全問題，需要加強(qiáng)隱私保護(hù)和安全管理。政府和相關(guān)機(jī)構(gòu)需要出臺(tái)相應(yīng)的政策和規(guī)定，加強(qiáng)對(duì)無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的監(jiān)管，保障公民的隱私和安全。同時(shí)，無人機(jī)廠商和用戶也需要遵守相關(guān)的法律法規(guī)和道德準(zhǔn)則，確保無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的合法和規(guī)范應(yīng)用。

4 無人機(jī)攝影測(cè)量在城市規(guī)劃中的未來發(fā)展趨勢(shì)

無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著的成效，并具有廣闊的發(fā)展前景。未來無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)將進(jìn)一步深化與城市規(guī)劃的融合，為城市規(guī)劃和管理提供更加精準(zhǔn)、高效的數(shù)據(jù)支撐[6]。第一，無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)將逐漸實(shí)現(xiàn)智能化和自主化。無人機(jī)將配備更加先進(jìn)的傳感器和計(jì)算機(jī)設(shè)備，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和分析，實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航和智能飛行。這將使無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)更加高效、精準(zhǔn)、智能化。第二，無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)將實(shí)現(xiàn)更高的精度和分辨率。通過對(duì)無人機(jī)技術(shù)的不斷改進(jìn)和升級(jí)，可以獲得更高的空間分辨率和精度，進(jìn)一步提升無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用價(jià)值。第三，無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)將與大數(shù)據(jù)和人工智能等前沿技術(shù)進(jìn)行融合。通過對(duì)大數(shù)據(jù)和人工智能的應(yīng)用，可以快速地對(duì)大規(guī)模的無人機(jī)攝影測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，提取有價(jià)值的信息，為城市規(guī)劃和管理提供更加智能化和精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。第四，無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多樣化和全面化。不僅可以應(yīng)用于城市規(guī)劃和管理領(lǐng)域，還可以應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)警、農(nóng)業(yè)管理等領(lǐng)域。同時(shí)，無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)也將與其他技術(shù)手段進(jìn)行融合，例如衛(wèi)星遙感技術(shù)、激光雷達(dá)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)全方位、多層次的城市信息獲取和分析。

5 結(jié)語

無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)作為一種新興的數(shù)據(jù)獲取和分析手段，具有廣泛的應(yīng)用前景和市場(chǎng)需求。在城市規(guī)劃中的應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著的成效，未來將進(jìn)一步深化與城市規(guī)劃的融合。為了實(shí)現(xiàn)無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的合理和規(guī)范應(yīng)用，需要加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，提高數(shù)據(jù)處理和安全管理水平，加強(qiáng)對(duì)無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的監(jiān)管和規(guī)范。