無人機(jī)DOM的制作及其在城市更新中的應(yīng)用

杜順季

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060)

無人機(jī)DOM的制作及其在城市更新中的應(yīng)用

杜順季*

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060)

采用固定翼無人機(jī)平臺(tái)，對城市更新區(qū)域進(jìn)行正射影像圖航攝，通過與大比例尺數(shù)字線劃圖對比進(jìn)行精度評(píng)估，表明無人機(jī)遙感技術(shù)可以滿足 1∶2 000比例尺測圖的精度要求，最后說明了該技術(shù)在城市更新項(xiàng)目中的應(yīng)用。

固定翼無人機(jī)；正射影像圖；城市更新；eBee

1 引 言

無人機(jī)遙感(UAV Remote Sensing，UAVRS)是利用無人機(jī)平臺(tái)、遙感技術(shù)、GPS定位技術(shù)、通信技術(shù)等，具有自動(dòng)化、智能化和快速化獲取地理信息，并進(jìn)行處理、建模和分析的新興航空遙感技術(shù)解決方案[1]。近年來隨著工業(yè)和通信技術(shù)的發(fā)展和遙感軟硬件的優(yōu)化，無人機(jī)遙感開始迅速發(fā)展并得以應(yīng)用。無人機(jī)能夠?qū)崟r(shí)快速獲取高分辨率的遙感數(shù)據(jù)，又能彌補(bǔ)衛(wèi)星遙感因天氣和時(shí)間因素?zé)o法獲取感興趣區(qū)域信息的不足，成為現(xiàn)代遙感的重要部分。廣州市去年成立了全國首個(gè)城市更新局，開創(chuàng)國家城市改造更新的新機(jī)制，片區(qū)的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)成為更新改造決策、實(shí)施和監(jiān)管等過程的重要依據(jù)，利用無人機(jī)的優(yōu)勢并使其服務(wù)于城市更新，具有現(xiàn)實(shí)需要的應(yīng)用價(jià)值和研究意義。

2 無人機(jī)系統(tǒng)與DOM的快速制作

2.1 無人機(jī)遙感系統(tǒng)

本文所使用固定翼無人機(jī)的為瑞士SenseFly公司生產(chǎn)的eBee無人機(jī)系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 eBee固定翼無人機(jī)

該無人機(jī)使用碳纖維機(jī)身，采用模塊化的設(shè)計(jì)，機(jī)身部件可拆卸并放置于運(yùn)輸箱內(nèi)，攜帶方便，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示[2]。

eBee主要技術(shù)參數(shù) 表1

2.2 無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)獲取與處理

無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)處理流程與傳統(tǒng)的攝影測量相類似，只是搭載的平臺(tái)特性導(dǎo)致處理的具體算法等有所差異，具體如圖2所示，通過同名點(diǎn)計(jì)算相機(jī)內(nèi)方位元素，通過地面控制點(diǎn)(GCP)進(jìn)行網(wǎng)平差和地理編碼，生成包括三維點(diǎn)云、DSM、DOM、三維模型等數(shù)據(jù)成果，可編輯鑲嵌線進(jìn)行精細(xì)處理，消除拼接縫等，然后選取感興趣區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

圖2 無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)處理流程

飛行控制采用配套的emotion軟件，其用于航線規(guī)劃、無人機(jī)操控、飛行監(jiān)控以及數(shù)據(jù)預(yù)處理。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星影像圖，選擇區(qū)域大致中間位置的某學(xué)院操場為起飛和降落地點(diǎn)，周邊無高，根據(jù)甲方提供村界設(shè)置飛行界線。本項(xiàng)目設(shè)置地面分辨率為 10 cm，軟件自動(dòng)計(jì)算行高，旁向和航向重疊度設(shè)置為70%，為了保證設(shè)備安全，采用兩個(gè)架次完成航飛任務(wù)，每個(gè)架次各約飛行 25 min，最遠(yuǎn)飛行距離設(shè)置為 1.5 km且能完全覆蓋村域范圍。降落可分為盤旋式下落和俯沖式下落，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場情況設(shè)置，建議盡量使用盤旋式，減少設(shè)備損傷。使用系統(tǒng)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，該軟件自動(dòng)化從度較高，通過全處理(Full Processing)模式完成影像自動(dòng)拼接和處理，如圖3所示，該軟件能夠較好地完成影像匹配、統(tǒng)一坐標(biāo)變換、融合重構(gòu)等影像拼接等關(guān)鍵技術(shù)[3]。在“LocalProcessing”對話框中勾選“1.Initial Processing”中的“Full Processing”、“2.Point Cloud Densification”、“DSM andOrthomosaic Generation”，在“Options…”中設(shè)置處理參數(shù)和輸出內(nèi)容，可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整。點(diǎn)擊“LocalProcessing”對話框中“Start”按鈕開始處理，等待處理完成后，便可生成DSM、DOM等。

圖3 eBee無人機(jī)數(shù)據(jù)處理初始界面

3 項(xiàng)目概況與分析應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目位于廣州市番禺區(qū)某村，該村集體收入主要來自于廠房商鋪的租金，村內(nèi)企業(yè)也主要是為工業(yè)和制造業(yè)為主，為了響應(yīng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級(jí)形勢、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，區(qū)政府對村級(jí)工業(yè)園進(jìn)行更新改造，為開展更新項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)測算提供基礎(chǔ)依據(jù)，需要對該村開展基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查。為了更好地完成項(xiàng)目，同時(shí)為后續(xù)規(guī)劃方案編制和審批提供清晰的影像資料，項(xiàng)目組對村域范圍采用eBee無人機(jī)進(jìn)行航飛。

3.2 無人機(jī)航飛質(zhì)量分析

整個(gè)航飛任務(wù)的外業(yè)測量和內(nèi)業(yè)處理可在一個(gè)工作日內(nèi)完成，共完成 4.4 km2更新區(qū)域的 10 cm分辨率航拍，共拍攝184張相片，更新范圍內(nèi)相片重疊數(shù)示意圖如圖4所示。從圖4可以看出，除了邊緣地塊外，大部分區(qū)域都有超過5張相片，即無人機(jī)從5個(gè)不同位置拍攝地塊，影響重疊圖遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)遙感方式。通過內(nèi)定向可計(jì)算相機(jī)參數(shù)，根據(jù)要求，初始參數(shù)和計(jì)算值的偏差不能超過5%，如果超過則需要對相機(jī)進(jìn)行檢校，數(shù)據(jù)如表2所示，結(jié)果顯示飛行數(shù)據(jù)采集合格，并且架次間相機(jī)參數(shù)變化不超過1%。

由于使用的eBee無RTK模塊，采用GZCORS-RTK技術(shù)測量外業(yè)控制點(diǎn)進(jìn)行圖像校正和地理編碼，RTK測量點(diǎn)位精度可達(dá) 5 cm[4]。選擇操場中間球場的角點(diǎn)、電房角點(diǎn)、路中花壇角點(diǎn)、欄桿拐點(diǎn)等高度較低并且相片上明顯點(diǎn)作為控制點(diǎn)，盡量減少因高程引起的投影差和刺點(diǎn)誤差。在更新改造范圍內(nèi)選取8個(gè)控制點(diǎn)，采用清華山維的GPS地理信息工作站軟件進(jìn)行幾何校正，使得成果影像的坐標(biāo)系統(tǒng)與項(xiàng)目要求的廣州坐標(biāo)一致。結(jié)果表明，控制點(diǎn)校正最大偏差為dx=0.344 m，dy=0.283 m，距離偏差ds=0.445 m，中誤差為 0.05 m。

圖4 更新范圍內(nèi)相片重疊數(shù)

相機(jī)參數(shù)計(jì)算結(jié)果 表2

圖5 無人機(jī)DOM局部影像

3.3 無人機(jī)影像在城市更新中的應(yīng)用

廣州市政府于2015年12月頒發(fā)《廣州市城市更新辦法》，規(guī)定由政府主導(dǎo)進(jìn)行城市更新的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查，不僅直接關(guān)涉拆遷戶拆遷、安置等具體的補(bǔ)償金額，更關(guān)乎城市更新項(xiàng)目的科學(xué)性、可行性、合理性等，是城市更新中的核心基礎(chǔ)信息[6]。采用先進(jìn)的無人機(jī)遙感技術(shù)配合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查，充分利用無人機(jī)影像的高分辨率、高時(shí)效性、靈活機(jī)動(dòng)等特性，為城市更新決策和實(shí)施提供客觀、有效的依據(jù)。

城市更新部門負(fù)責(zé)編制城市更新項(xiàng)目計(jì)劃并測算資金安排，在劃定改造范圍線時(shí)需要參考現(xiàn)狀道路、河流等地形地貌和權(quán)屬界線等，無人機(jī)遙感可獲取片區(qū)現(xiàn)實(shí)性強(qiáng)并且清晰的DOM，對項(xiàng)目計(jì)劃的決策和審批提供直觀依據(jù)。同時(shí)辦法第十九條規(guī)定城市更新應(yīng)與查處違法用地、違法建設(shè)相結(jié)合，無人機(jī)技術(shù)無須進(jìn)入現(xiàn)場，有效解決高層建筑樓頂加建和施工現(xiàn)場不配合等取證困難的問題?？稍诟脑煊?jì)劃頒布或者規(guī)定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，利用無人機(jī)技術(shù)快速獲取片區(qū)影像，經(jīng)過校正的影像還可估算建筑量和用地面積，對偷建、搶建等行為的監(jiān)督和處罰提供事實(shí)依據(jù)，相對于傳統(tǒng)依靠人力巡查方式，極大提高防控效率。同時(shí)色彩鮮明、高清晰度的無人機(jī)影像可作為編制改造方案的底圖，使得方案更加直觀和完善。

4 結(jié) 論

本文對eBee無人機(jī)設(shè)備系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理流程進(jìn)行介紹，并結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目說明了無人機(jī)設(shè)備機(jī)動(dòng)性好，操作相對簡單，相對傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感而言，其應(yīng)用門檻低，影像分辨率高，色彩鮮明，可以滿足 1∶2 000比例尺影像的平面精度要求，同時(shí)無人機(jī)更新改造違法建設(shè)查處方面有應(yīng)用的需求和前景。

[1] 李德仁，李明. 無人機(jī)遙感系統(tǒng)的研究進(jìn)展與應(yīng)用前景[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)·信息科學(xué)版，2014(5)：505～513+5.

[2] SENSE FLY. 4 reasons to choose the eBee[EB/OL][2016-10-25].

[3] 張俊前.無人機(jī)遙感影像快速拼接方法研究[J]. 城市勘測，2013(5)：73～75.

[4] 周平紅，蔣利龍，李軍國. GZCORS—RTK高程精度穩(wěn)定性分析[J]. 全球定位系統(tǒng)，2012，37(6)：64～69.

[5] GB/T 7930-2008．1∶500、1∶1 000、1∶2 000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范[S].

[6] 市政府辦公廳. 廣州市城市更新辦法[R].

Production of UAV DOM and its Application in Urban Renewal

Du Shunji

(Guangzhou Urban Planning&Design Survey Research Institute，Guangzhou 510060，China)

The aerial photography of the urban renewal area was carried out by using the fixed wing Unmanned Aerial Vehicle (UAV) platform，and the precision was evaluated by comparison with the large scale Digital Line Graphic. The results showed that the UAV remote sensing technology could meet the accuracy requirement of 1∶2000 scale map，finally describes the application of the technology in the urban renewal project.

Fix wing UAV；DOM；urban renewal；eBee

1672-8262(2017)04-108-03

P231

A

2016—12—22

杜順季(1989—)，男，碩士，工程師，注冊測繪師，主要從事測繪數(shù)據(jù)處理和城市測量工作。