無人機航攝在城市規劃建設中的應用

張 濤

(蚌埠市勘測設計研究院,安徽蚌埠 233000)

無人機航攝在城市規劃建設中的應用

張 濤?

(蚌埠市勘測設計研究院,安徽蚌埠 233000)

無人機航拍攝影是新興的航空遙感技術,本文主要從其優于傳統航空攝影測量的特點說明使用無人機進行城市規劃建設,在實踐中取得的明顯成效和經驗。以無人機平臺的微型航空遙感技術,為中小城市特別是鎮、縣、鄉等地區經濟和文化建設提供了有效的遙感技術服務手段,適應國家經濟和文化建設發展的需要。

無人機航拍攝影;高分辨率;地形圖測繪;新農村規劃建設

1 引 言

隨著我國信息化領域的飛速發展,數字城市、數字國土、數字林業、數字環保、數字能源[1]等數字化建設進程明顯加快,并取得了一定的成果。無人機航拍攝影[2]是以無人駕駛飛機作為平臺,以機載遙感設備,如高分辨率CCD數碼相機、輕型光學相機、紅外掃描儀等獲取信息,用計算機對圖像信息進行處理,并按照一定精度要求制作成圖像。是集成了高空拍攝、遙控、遙測技術和計算機影像信息處理的新型應用技術[3]。

航攝影像可為城市規劃建設提供有力的手段,被廣泛應用于土地利用的動態監測、征遷拆違工作的調查以及衍生各類最新時相的專題圖,通過影像可及時修編和更新地圖,建立最新的地理數據庫等。

2 無人機低空遙感系統

無人機低空遙感系統[4]如圖1所示,它主要具備以下特點:

圖1 無人機低空遙感系統

①起降靈活:無人機對起降環境要求低,不需要專用機場,在操場、公路或其他較開闊的地面均可起降。

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,增加了空中作業時段,提高了作業效率。

③高分辨率:無人機搭載的數碼相機低空分辨率可達到厘米級,分辨一般較高,影像清晰而且細致,反映的地物也較豐富,比較容易判讀,這是傳統航空攝影測量所不能比擬的。在災害應急救助中,高分辨率遙感影像通常能發揮重要的作用。

④低成本、易維護:無人機的成本遠小于傳統的航空攝影平臺,更不需專業的維護保養隊伍,無人機操控手的培養成本也較飛行員成本低廉[5]。通常無人機航攝隊伍只需要2人～3人,人力成本顯而易見。

3 無人機航拍攝影在城市建設中的應用

3.1 中小比例尺地形圖測繪中的應用

以蚌埠市禹會區天河科技園1∶1 000地形圖規劃項目為例,天河科技園地處天河西側,地形開闊,適合進行無人機航拍攝影。測區東西長6 km,南北約4 km,我們把測區分成4個架次進行拍攝。

傳統的航空攝影測量要求航向重疊不低于60%,旁向重疊不低于30%。由于無人機受氣流的影響姿態角可達10°,為了保證無人機航拍攝影的質量,每個架次我們都增加了航帶和各航帶的照片數量,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行拍攝,4個架次共拍攝960張航片。

利用已獲得的影像數據,進行像控點布設,我們采用隔4張航片布設1個像控點的方式,按照像控點布設要求,測區內共布設192個像控點,采集大約需要2天。

本測區采用“先內后外”的成圖方式,利用基礎影像、POS數據和相機參數導入軟件,根據POS數據自動建立航帶內和航帶間的拓撲關系網,然后進行自動轉點、區域網自由平差,平差結束后導入像控點進行空中三角測量,最后生成DEM,DOM。采用全數字攝影測量工作站進行立體測量,原則上利用空三導入的方法建立數字立體模型。空三導入時,應對各種定向數據進行檢查,以消除系統和人眼視差產生的誤差,未發現問題時即可進行立體測圖。立體測圖成果外業調繪后就可進行內業整理、提交成果。在測區內均勻采集部分地物點進行質量檢測,地物點檢測統計中誤差小于±30 cm,完全滿足1∶1 000地形圖精度要求。整個數字化測圖過程相比直接外野測量可縮短一半時間,有效提高了作業效率,降低了作業成本。

3.2 新農村規劃建設中的應用

為了充分發揮新農村規劃的引導和調控作用,科學合理地做好美好鄉村的規劃,將美好鄉村的發展與環境保護有機結合起來,促進全鎮健康協調發展。懷遠縣魏莊鎮開展了蔣湖村美好鄉村建設規劃工作,魏莊鎮運用無人機航拍,加快美好鄉村規劃工作,以推進蔣湖村實現跨越式發展(如圖2所示)。

圖2 魏莊鎮蔣湖村規劃影像圖

規劃現狀資料獲取的傳統方法是進行實地考察、測繪等,該方法成本高且最終的規劃結果難以直觀展示,降低了公眾的參與性。

利用遙感專題信息提取技術對魏莊鎮蔣湖村進行用地類型現狀提取。再通過實地調查研究,進行其美好鄉村的規劃,從而論證無人機航拍技術在美好鄉村規劃方面應用的可行性和實效性。

3.3 城市征遷拆違中的應用

2013年,我院受蚌埠市城市建設推進辦的委托對蚌埠轄區內206省道兩側村莊進行違章建筑檢測,206國道在蚌埠市禹會區和高新區內約22 km,共涉及村莊15個,我們要針對這15個村莊進行違建檢測,分4次進行,3個月1次。

(1)利用數字線劃圖進行比對

首先需要進行數字化地形圖測量,投入工作小組3個,人員9人。每2天測量1個村莊,大概需要1個月時間完成首次測量。再利用數字線畫圖進行比對,每次需投入工作組3個,人員6人。按每個工作組每天巡測一個村莊計算需要5天。

(2)利用衛片進行比對

蚌埠市現在征遷拆違工作中所利用的資料是最新高分辨率衛片,雖然現在高分辨率衛片的分辨率可達到0.5 m以內,如圖3所示,但與航空像片圖4相比,衛片的地面分辨率較低,因此只能用來進行比例尺較小的土地資源調查。其次衛片一般不具備立體觀測特性,不便于立體觀察和測制地形圖,對于加蓋房屋的比對效果不太理想。

圖3 0.5 m分辨率衛片

圖4 0.1 m分辨率航片

(3)利用無人機航拍影像進行比對

無人機一個架次可以拍攝6 km2,每天可以拍3個架次,在天氣合適的情況下2天可以完成拍攝任務,余下工作就可以交給內業人和計算機處理,無人機1個工作組需要2人。

通過比較我們可以發現利用無人機航拍可大大提高工作效率,節約成本。

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 語

航天遙感并不能完全代替航空遙感,無人機低空遙感系統具有成本低廉、起降方便、操作靈活性強等特點,被廣泛應用于小區域航空攝影測量、城市規劃與市政管理、生態環境保護、危險區域目標影像獲取、自然災害監測評估、征遷拆違與應急指揮等領域,特別是在美好鄉村建設規劃設計中尤為突出。無人機遙感系統所代表的無人化、自動化、高效率化、高分辨率化是未來航空遙感和測繪工作的主要發展趨勢之一。

[1] 呂厚誼.無人機發展與無人機技術[J].世界科技研究與發展,1998(6):113～116.

[2] 崔紅霞,林宗堅,孫杰.無人機遙感監測系統研究[J].測繪通報,2005(5):11～14.

[3] 高文義,孫宗祥.世界無人駕駛飛機的發展現狀與關鍵技術[J].氣動參考,1997,74(10).

[4] 呂書強.無人機遙感系統的集成與飛行試驗研究[J].測繪科學,2007,32(1):84～86.

[5] 范承嘯,韓俊,熊志軍等.無人機遙感技術現狀與應用[J].測繪科學,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,主要從事工程測量和地理信息研究工作。