無(wú)人機(jī)航攝在城市規(guī)劃建設(shè)中的應(yīng)用

張 濤

(蚌埠市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,安徽蚌埠 233000)

無(wú)人機(jī)航攝在城市規(guī)劃建設(shè)中的應(yīng)用

張 濤?

(蚌埠市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,安徽蚌埠 233000)

無(wú)人機(jī)航拍攝影是新興的航空遙感技術(shù),本文主要從其優(yōu)于傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量的特點(diǎn)說(shuō)明使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行城市規(guī)劃建設(shè),在實(shí)踐中取得的明顯成效和經(jīng)驗(yàn)。以無(wú)人機(jī)平臺(tái)的微型航空遙感技術(shù),為中小城市特別是鎮(zhèn)、縣、鄉(xiāng)等地區(qū)經(jīng)濟(jì)和文化建設(shè)提供了有效的遙感技術(shù)服務(wù)手段,適應(yīng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和文化建設(shè)發(fā)展的需要。

無(wú)人機(jī)航拍攝影;高分辨率;地形圖測(cè)繪;新農(nóng)村規(guī)劃建設(shè)

1 引 言

隨著我國(guó)信息化領(lǐng)域的飛速發(fā)展,數(shù)字城市、數(shù)字國(guó)土、數(shù)字林業(yè)、數(shù)字環(huán)保、數(shù)字能源[1]等數(shù)字化建設(shè)進(jìn)程明顯加快,并取得了一定的成果。無(wú)人機(jī)航拍攝影[2]是以無(wú)人駕駛飛機(jī)作為平臺(tái),以機(jī)載遙感設(shè)備,如高分辨率CCD數(shù)碼相機(jī)、輕型光學(xué)相機(jī)、紅外掃描儀等獲取信息,用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信息進(jìn)行處理,并按照一定精度要求制作成圖像。是集成了高空拍攝、遙控、遙測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)影像信息處理的新型應(yīng)用技術(shù)[3]。

航攝影像可為城市規(guī)劃建設(shè)提供有力的手段,被廣泛應(yīng)用于土地利用的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、征遷拆違工作的調(diào)查以及衍生各類(lèi)最新時(shí)相的專(zhuān)題圖,通過(guò)影像可及時(shí)修編和更新地圖,建立最新的地理數(shù)據(jù)庫(kù)等。

2 無(wú)人機(jī)低空遙感系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)低空遙感系統(tǒng)[4]如圖1所示,它主要具備以下特點(diǎn):

圖1 無(wú)人機(jī)低空遙感系統(tǒng)

①起降靈活:無(wú)人機(jī)對(duì)起降環(huán)境要求低,不需要專(zhuān)用機(jī)場(chǎng),在操場(chǎng)、公路或其他較開(kāi)闊的地面均可起降。

②低空飛行:工作高度200 m～2 500 m,受云層影響較小,甚至可在陰天工作,增加了空中作業(yè)時(shí)段,提高了作業(yè)效率。

③高分辨率:無(wú)人機(jī)搭載的數(shù)碼相機(jī)低空分辨率可達(dá)到厘米級(jí),分辨一般較高,影像清晰而且細(xì)致,反映的地物也較豐富,比較容易判讀,這是傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量所不能比擬的。在災(zāi)害應(yīng)急救助中,高分辨率遙感影像通常能發(fā)揮重要的作用。

④低成本、易維護(hù):無(wú)人機(jī)的成本遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的航空攝影平臺(tái),更不需專(zhuān)業(yè)的維護(hù)保養(yǎng)隊(duì)伍,無(wú)人機(jī)操控手的培養(yǎng)成本也較飛行員成本低廉[5]。通常無(wú)人機(jī)航攝隊(duì)伍只需要2人～3人,人力成本顯而易見(jiàn)。

3 無(wú)人機(jī)航拍攝影在城市建設(shè)中的應(yīng)用

3.1 中小比例尺地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用

以蚌埠市禹會(huì)區(qū)天河科技園1∶1 000地形圖規(guī)劃項(xiàng)目為例,天河科技園地處天河西側(cè),地形開(kāi)闊,適合進(jìn)行無(wú)人機(jī)航拍攝影。測(cè)區(qū)東西長(zhǎng)6 km,南北約4 km,我們把測(cè)區(qū)分成4個(gè)架次進(jìn)行拍攝。

傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量要求航向重疊不低于60%,旁向重疊不低于30%。由于無(wú)人機(jī)受氣流的影響姿態(tài)角可達(dá)10°,為了保證無(wú)人機(jī)航拍攝影的質(zhì)量,每個(gè)架次我們都增加了航帶和各航帶的照片數(shù)量,使其航向重疊高于80%,旁向重疊高于55%;采用等距離間隔曝光模式進(jìn)行拍攝,4個(gè)架次共拍攝960張航片。

利用已獲得的影像數(shù)據(jù),進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè),我們采用隔4張航片布設(shè)1個(gè)像控點(diǎn)的方式,按照像控點(diǎn)布設(shè)要求,測(cè)區(qū)內(nèi)共布設(shè)192個(gè)像控點(diǎn),采集大約需要2天。

本測(cè)區(qū)采用“先內(nèi)后外”的成圖方式,利用基礎(chǔ)影像、POS數(shù)據(jù)和相機(jī)參數(shù)導(dǎo)入軟件,根據(jù)POS數(shù)據(jù)自動(dòng)建立航帶內(nèi)和航帶間的拓?fù)潢P(guān)系網(wǎng),然后進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)點(diǎn)、區(qū)域網(wǎng)自由平差,平差結(jié)束后導(dǎo)入像控點(diǎn)進(jìn)行空中三角測(cè)量,最后生成DEM,DOM。采用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站進(jìn)行立體測(cè)量,原則上利用空三導(dǎo)入的方法建立數(shù)字立體模型?？杖龑?dǎo)入時(shí),應(yīng)對(duì)各種定向數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查,以消除系統(tǒng)和人眼視差產(chǎn)生的誤差,未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)即可進(jìn)行立體測(cè)圖。立體測(cè)圖成果外業(yè)調(diào)繪后就可進(jìn)行內(nèi)業(yè)整理、提交成果。在測(cè)區(qū)內(nèi)均勻采集部分地物點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè),地物點(diǎn)檢測(cè)統(tǒng)計(jì)中誤差小于±30 cm,完全滿(mǎn)足1∶1 000地形圖精度要求。整個(gè)數(shù)字化測(cè)圖過(guò)程相比直接外野測(cè)量可縮短一半時(shí)間,有效提高了作業(yè)效率,降低了作業(yè)成本。

3.2 新農(nóng)村規(guī)劃建設(shè)中的應(yīng)用

為了充分發(fā)揮新農(nóng)村規(guī)劃的引導(dǎo)和調(diào)控作用,科學(xué)合理地做好美好鄉(xiāng)村的規(guī)劃,將美好鄉(xiāng)村的發(fā)展與環(huán)境保護(hù)有機(jī)結(jié)合起來(lái),促進(jìn)全鎮(zhèn)健康協(xié)調(diào)發(fā)展。懷遠(yuǎn)縣魏莊鎮(zhèn)開(kāi)展了蔣湖村美好鄉(xiāng)村建設(shè)規(guī)劃工作,魏莊鎮(zhèn)運(yùn)用無(wú)人機(jī)航拍,加快美好鄉(xiāng)村規(guī)劃工作,以推進(jìn)蔣湖村實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展(如圖2所示)。

圖2 魏莊鎮(zhèn)蔣湖村規(guī)劃影像圖

規(guī)劃現(xiàn)狀資料獲取的傳統(tǒng)方法是進(jìn)行實(shí)地考察、測(cè)繪等,該方法成本高且最終的規(guī)劃結(jié)果難以直觀展示,降低了公眾的參與性。

利用遙感專(zhuān)題信息提取技術(shù)對(duì)魏莊鎮(zhèn)蔣湖村進(jìn)行用地類(lèi)型現(xiàn)狀提取。再通過(guò)實(shí)地調(diào)查研究,進(jìn)行其美好鄉(xiāng)村的規(guī)劃,從而論證無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)在美好鄉(xiāng)村規(guī)劃方面應(yīng)用的可行性和實(shí)效性。

3.3 城市征遷拆違中的應(yīng)用

2013年,我院受蚌埠市城市建設(shè)推進(jìn)辦的委托對(duì)蚌埠轄區(qū)內(nèi)206省道兩側(cè)村莊進(jìn)行違章建筑檢測(cè),206國(guó)道在蚌埠市禹會(huì)區(qū)和高新區(qū)內(nèi)約22 km,共涉及村莊15個(gè),我們要針對(duì)這15個(gè)村莊進(jìn)行違建檢測(cè),分4次進(jìn)行,3個(gè)月1次。

(1)利用數(shù)字線(xiàn)劃圖進(jìn)行比對(duì)

首先需要進(jìn)行數(shù)字化地形圖測(cè)量,投入工作小組3個(gè),人員9人。每2天測(cè)量1個(gè)村莊,大概需要1個(gè)月時(shí)間完成首次測(cè)量。再利用數(shù)字線(xiàn)畫(huà)圖進(jìn)行比對(duì),每次需投入工作組3個(gè),人員6人。按每個(gè)工作組每天巡測(cè)一個(gè)村莊計(jì)算需要5天。

(2)利用衛(wèi)片進(jìn)行比對(duì)

蚌埠市現(xiàn)在征遷拆違工作中所利用的資料是最新高分辨率衛(wèi)片,雖然現(xiàn)在高分辨率衛(wèi)片的分辨率可達(dá)到0.5 m以?xún)?nèi),如圖3所示,但與航空像片圖4相比,衛(wèi)片的地面分辨率較低,因此只能用來(lái)進(jìn)行比例尺較小的土地資源調(diào)查。其次衛(wèi)片一般不具備立體觀測(cè)特性,不便于立體觀察和測(cè)制地形圖,對(duì)于加蓋房屋的比對(duì)效果不太理想。

圖3 0.5 m分辨率衛(wèi)片

圖4 0.1 m分辨率航片

(3)利用無(wú)人機(jī)航拍影像進(jìn)行比對(duì)

無(wú)人機(jī)一個(gè)架次可以拍攝6 km2,每天可以拍3個(gè)架次,在天氣合適的情況下2天可以完成拍攝任務(wù),余下工作就可以交給內(nèi)業(yè)人和計(jì)算機(jī)處理,無(wú)人機(jī)1個(gè)工作組需要2人。

通過(guò)比較我們可以發(fā)現(xiàn)利用無(wú)人機(jī)航拍可大大提高工作效率,節(jié)約成本。

從圖5和圖6上我們可以很清晰分辨出違章建筑。

圖5 2013年7月份影像

圖6 2014年2月份影像

4 結(jié) 語(yǔ)

航天遙感并不能完全代替航空遙感,無(wú)人機(jī)低空遙感系統(tǒng)具有成本低廉、起降方便、操作靈活性強(qiáng)等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于小區(qū)域航空攝影測(cè)量、城市規(guī)劃與市政管理、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、危險(xiǎn)區(qū)域目標(biāo)影像獲取、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)評(píng)估、征遷拆違與應(yīng)急指揮等領(lǐng)域,特別是在美好鄉(xiāng)村建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)中尤為突出。無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)所代表的無(wú)人化、自動(dòng)化、高效率化、高分辨率化是未來(lái)航空遙感和測(cè)繪工作的主要發(fā)展趨勢(shì)之一。

[1] 呂厚誼.無(wú)人機(jī)發(fā)展與無(wú)人機(jī)技術(shù)[J].世界科技研究與發(fā)展,1998(6):113～116.

[2] 崔紅霞,林宗堅(jiān),孫杰.無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J].測(cè)繪通報(bào),2005(5):11～14.

[3] 高文義,孫宗祥.世界無(wú)人駕駛飛機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)[J].氣動(dòng)參考,1997,74(10).

[4] 呂書(shū)強(qiáng).無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的集成與飛行試驗(yàn)研究[J].測(cè)繪科學(xué),2007,32(1):84～86.

[5] 范承嘯,韓俊,熊志軍等.無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)現(xiàn)狀與應(yīng)用[J].測(cè)繪科學(xué),2009,34(5).

Unmanned aerial Vehicle Survey Application in Urban Planning and Construction

Zhang Tao
(Bengbu Design and Research Institute of Exploration and Surveying,Bengbu 233000,China)

The UAV aerial photography aerial remote sensing technology is emerging,this paper mainly from the superior to the traditional aerial photogram metric characteristic description of the use of drones to city planning and construction,and achieved remarkable results and experience in practice.A miniature aerial remote sensing technique of UAV platform for small and medium-sized city,especially the remote sensing technology provides an effective means of service economy and culture town,county,township and other areas,to meet the needs of national economic and cultural development.

the UAV aerial photography;high resolution;topographic mapping;the construction of new rural planning

2014—05—21

張濤(1984—),男,工程師,主要從事工程測(cè)量和地理信息研究工作。