傾斜攝影測量技術(shù)在城中村規(guī)劃管理中的應用★

金興昌

(江蘇航空職業(yè)技術(shù)學院,江蘇 鎮(zhèn)江 212134)

0 引言

城中村在我國城市化進程中一直存在建筑老舊、擁擠、環(huán)境惡劣等問題,給城市發(fā)展和居民生活帶來了不少挑戰(zhàn),因此需要通過科學的規(guī)劃和有效的管理。城中村規(guī)劃和設計不僅關(guān)乎城市面貌和環(huán)境,更關(guān)乎城市社會的和諧與穩(wěn)定,通過改善城中村的基礎設施、提升居住條件、增加公共服務設施等措施,幫社區(qū)建設和改善居住環(huán)境,進而提升城市形象,滿足城市居民的多樣化需求,提高社區(qū)的整體發(fā)展水平[1]。

傾斜攝影測量技術(shù)作為一種高精度、高效的三維數(shù)據(jù)采集和建立技術(shù),為城中村規(guī)劃管理提供了新的方法。本文將探討傾斜攝影測量技術(shù)在城中村規(guī)劃管理中的應用,通過對傾斜影像的采集和分析處理,可以實現(xiàn)對城中村地形、建筑物、地貌等的精確測量和建模,以期為城中村規(guī)劃和改造提供科學依據(jù)和決策支持,幫助相關(guān)部門制定長遠的規(guī)劃和政策[2]。

1 傾斜攝影測量技術(shù)

傾斜攝影測量技術(shù)是一種通過使用特殊的攝影設備,如傾斜攝影機或多相機系統(tǒng),以不同角度和方向進行航拍,從而獲取傾斜的影像數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)的垂直攝影相比,傾斜攝影可以提供更全面、更真實、更立體化的場景信息。傾斜攝影采集的影像數(shù)據(jù)具有高分辨率和豐富的空間信息,能夠準確捕捉地面上的細節(jié)、結(jié)構(gòu)和立體形狀。如圖1所示,圖中PP′為相機主光軸,ON為被攝點的垂直于地平線方向,t為PP′與ON的夾角。當傾斜角度5°30°時即為高度傾斜影像[3]。

2 影像數(shù)據(jù)采集及實景三維模型重建

2.1 作業(yè)區(qū)概況

本次實驗目標測區(qū)(城中村)位于A市,距離該市C縣僅3 km,距離A市區(qū)約70 km,居住人口約1.5萬人,北部有省道通過,東側(cè)有省道與大廣高速路通過,區(qū)位條件較好,交通優(yōu)勢明顯。當前由A市統(tǒng)一制定了施工計劃[4],對測區(qū)進行改造,將渡口附近的危房、舊房進行拆遷以騰出空地修建停車場、草坪等設施,由于其施工后的場景無法預測,可通過構(gòu)建三維可視化系統(tǒng)直觀地展現(xiàn)當前和下一階段施工完成后的改造樣貌。針對上述問題,項目計劃采用無人機測繪與實地調(diào)查測繪結(jié)合的方法進行作業(yè),項目中采用固定翼無人機搭載五鏡頭對測區(qū)進行傾斜攝影測繪。在部分狹窄地區(qū),進行人工地面影像采集,以提高整體拍攝數(shù)據(jù)的重疊度。整體技術(shù)流程如圖2所示。

2.2 傾斜攝影影像數(shù)據(jù)采集

結(jié)合測區(qū)實際情況,本文選擇“混合翼無人機+五鏡頭傾斜相機”等搭載傾斜相機的方式獲取傾斜影像,航向重疊度按優(yōu)于80%設計,旁向重疊度按優(yōu)于70%設計,無人機為“飛馬E2000混合翼無人機”,主要參數(shù)如表1所示。

表1 飛馬E2000參數(shù)表

航測模塊E-CAM2000鏡頭;相機型號為SONY a6000;傳感器尺寸為23.5 mm×15.6 mm(aps-c);有效像素約為2 430萬;鏡頭參數(shù)為25 mm定焦。

首先應用飛馬控制系統(tǒng)制定航線計劃,根據(jù)需要采集的區(qū)域和目標,在地面控制端上根據(jù)測量區(qū)域的大小和復雜程度,制定航線規(guī)劃方案。航線規(guī)劃需要考慮場地條件、地面高度變化、建筑物和障礙物的位置等因素,以獲取全面且準確的傾斜影像;航點的選擇應充分考慮目標物體的形狀、復雜程度以及采集要求,保證航線覆蓋區(qū)域全面而又高效;執(zhí)行飛行任務,根據(jù)航點規(guī)劃,將無人機起飛,并按照預設的飛行路徑和高度進行飛行,在航拍過程中,需注意保持良好的飛行姿態(tài)、飛行速度和安全距離,以確保影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量和完整性。在實地航拍完成后,需要對所獲得的傾斜影像進行數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢查和控制,并將采集的傾斜影像數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C處理平臺進行備份和存儲,以防止數(shù)據(jù)丟失和損壞。

2.3 實景三維模型重建

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時,由于光影和采集時間等原因,首先要對影像數(shù)據(jù)進行預處理,本項目勻光勻色使用的是Terra photo軟件對機載激光數(shù)碼影像進行勻光勻色處理,通過添加顏色點自動補償大幅度的色彩變化,進行整體色彩分配。實景三維模型重建使用Context Capture Master軟件,添加要建模的照片和控制點信息文件,再進行刺點,輸入外業(yè)實測的像控點坐標并進行POS解算。最后進行空三加密,經(jīng)過提取特征點、提取同名像對、相對定向、匹配連接點、區(qū)域網(wǎng)平差等步驟的運算處理,得到測區(qū)空中三角測量成果。為提高空中三角測量的成果精度[5],可以使用軟件對測區(qū)進行二次空三運算,最終得到更精確的測區(qū)空三結(jié)果。建立好的測區(qū)實景三維模型如圖3所示[6]。

3 “虛擬”規(guī)劃設計

規(guī)劃設計是在建立好的實景三維模型基礎上進行的,首先將規(guī)劃設計范圍內(nèi)的瓦片導入到ModelFun軟件中進行修復,去除瓦片表面的冗余碎片、道路不平、標牌破損和紋理拉伸模糊等問題,并檢測和修復缺陷、重建模型表面,通過軟件提供的編輯工具進行局部處理,應用平滑算法和填充算法來修復模型表面缺陷,并不斷調(diào)整參數(shù)直至修復滿意的結(jié)果[7]。設計模型重建應用的是Revit軟件,根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)和建筑物的結(jié)構(gòu)和布局,逐一建立設計建筑物模型。本文應用建筑物的平面圖、立面圖、剖面圖等作為參考,在建立建筑物模型時,合理設置建筑物的參數(shù),如高度、面積、材料等,從而建立設計建筑BIM模型。

待實景三維和BIM模型預處理好后,將預處理后的傾斜平地模型導入UE5項目中,再調(diào)整傾斜模型和BIM模型的位置和比例,使它們在空間中對齊;并為傾斜模型和BIM模型創(chuàng)建合適的碰撞體,以便在場景中進行物理交互時能夠準確碰撞和響應;再根據(jù)實際場景需要,通過調(diào)整光照和渲染效果,使傾斜模型和BIM模型在視覺上更好地融合。通過以上步驟,可以在UE5軟件中將傾斜模型與BIM模型融合,展示建筑項目的整體效果和空間感,為項目的設計、溝通和決策提供更直觀和全面的視覺呈現(xiàn)。如圖4所示為設計好的行政服務中心BIM模型導入傾斜實景三維模型中的效果。

除以上應用外,還可以在實景三維模型的基礎上進行景觀設計,根據(jù)實地調(diào)查測量結(jié)果,建立測區(qū)規(guī)劃設計圖,然后在UE5中建立一個市民公園,在模型基礎上進行設計圖繪制,包括人工湖、棧道、小橋、植被和廣場等,如圖5所示為在實景三維模型基礎上進行的景觀規(guī)劃設計。利用實景三維模型的視點和視線分析功能,可以進行可視域分析,幫助評估建筑物或景觀元素的視覺影響范圍,分析視線遮擋情況,優(yōu)化景觀設計等。此外,利用實景三維模型的幾何信息和太陽光照模擬技術(shù),可以進行陰影分析,還能幫助決策者了解建筑物或景觀元素的陰影投射情況,評估其對周圍環(huán)境的影響,以及對日照、通風等方面的影響[8-9]。

此外,還可以結(jié)合3D GIS技術(shù)進行模擬建設,可以直觀地了解城市發(fā)展的空間布局以及街道和建筑物的相互關(guān)系。在街道級別上顯示城中村中各種商務信息,如商店、餐館等,為商業(yè)規(guī)劃和經(jīng)濟發(fā)展提供了科學依據(jù)。并且可以方便地進行空間測量任務,并分析光照、通視性和控高等指標,以上對于城中村規(guī)劃方案的制定和評估至關(guān)重要[10]。

4 方法對比

目前在城中村數(shù)字規(guī)劃管理中,主要工作是進行現(xiàn)場調(diào)查和分析,在進行實地調(diào)查時,目前主要方法還是人工實地調(diào)查,如涉及大面積改造工程可能會應用到遙感技術(shù)等。本文主要將傳統(tǒng)方法和本文方法在城中村規(guī)劃管理中的應用進行對比和評估,旨在為城中村規(guī)劃管理提供更科學、高效的方法選擇。相比較傳統(tǒng)調(diào)查模式,傾斜實景建模法的優(yōu)勢如表2所示。

表2 實景建模法與傳統(tǒng)調(diào)查模式對比

通過表2可以看出,在效率上和成本上,傳統(tǒng)的調(diào)查方式都是依靠測量員入戶調(diào)查,經(jīng)過整理計算后才能獲得數(shù)據(jù)和相關(guān)圖件,耗費時間長且人工成本高。而利用無人機等飛行載體傾斜攝影測量技術(shù)能夠快速采集圖像數(shù)據(jù),內(nèi)外業(yè)綜合效率約是傳統(tǒng)方法的2倍～3倍,具有更高的效率和更豐富的信息獲取能力,在數(shù)據(jù)采集、分析和決策支持等方面有著更明顯的特點和優(yōu)勢。

5 結(jié)語

傾斜攝影測量技術(shù)在城中村規(guī)劃管理中不僅能提供精準的數(shù)據(jù)支持,通過傾斜攝影測量技術(shù)的應用,還能提升規(guī)劃決策的科學性和準確性,提升城市形象和居住環(huán)境質(zhì)量,為居民提供更好的生活品質(zhì),實現(xiàn)城市美觀、有序、可持續(xù)發(fā)展的目標,在城中村規(guī)劃管理中具有廣闊的應用前景和重要的意義。