實景三維在城市規劃中的應用*

文/山東農業工程學院 邢著榮

山東正元航空遙感技術有限公司 馮幼貴

山東農業工程學院 吳 爽 王鴻燕

實景三維是測繪地理信息技術發展中的新型測繪地理產品，隨著城市建設日新月異，城市空間不斷朝立體方向發展，傳統的測繪地理4D產品服務逐漸顯露出自身的局限性，而實景三維數據產品展示空間真實，使人們能在室內多角度全景瀏覽客觀世界并進行立體量測與計算分析[1]?？蔀槌鞘幸巹澕胺治鎏峁┯辛σ罁煞沼诔鞘薪ㄔO等領域。

1 研究區概況及數據獲取

1.1 研究區概況

研究區位于山東省威海市南海新區，風景優美，旅游及土地資源豐富，極具發展潛力。在城市規劃與管理、智慧城市、網絡旅游等方面，該區實景模型生產顯得尤為重要。

1.2 數據獲取

采用大疆M600多旋翼無人機，同時搭載銳眼Riy-D2第二代傾斜攝影五鏡頭吊艙進行研究區傾斜數據的航飛采集，獲取多角度傾斜影像數據及系統POS數據，結合所選相機得到焦距、像素等參數及研究區像控點文件。

2 三維模型構建

基于多角度影像數據的實景三維模型制作需要嚴密的空三解算、多視角的點云匹配、三角網構建、實景紋理貼面等主要步驟[2]，輸出三維模型成果時，支持對紋理和模型結構進行數據量壓縮優化，并能在多種終端中展示。

2.1 空三加密

空三加密前需對模型進行旋轉影像、建金字塔等預處理工作，之后在Smart3D Capture中創建工程，導人預處理后的傾斜影像、POS、像控成果等信息，進行空三加密，提取自動連接點，空三解算精度要優于半個像素。

2.2 超高密度點云提取

采用SGM算法從多視角立體像中提取高密度三維點云，自動調整地面和地物的高度，根據點云智能匹配建筑物屋頂類型，重構屋頂和立面，如圖1所示。

2.3 逐像素紋理映射

基于立體像對，結合共線方程，進而計算物方、像方之間的投影關系，考慮三維建筑物的遮擋關系，選擇最優紋理進行逐像素自動紋理映射（見圖2）。

2.4 實景三維模型生成及平臺展示

如圖3所示，基于高密度三維點云結果，進行三角網構建，對地表和地物進行紋理貼面，最終生成三角格網的全要素三維場景。在此基礎上疊加矢量底面實現“動態單體化”，配以查詢分析功能搭建三維立體景觀功能，滿足實際應用[3]。

3 實景三維模型應用

3.1 三維量測

三維量測是為保證規劃設計時符合GB 50180—2018《城市居住區規劃設計規范》，GB 50352—2019《民用建筑設計統一標準》，保障城市視覺上的衛生、舒適等進行的空間距離、住宅間距、地塊及建筑面積的量測、土方量填挖計算等?？稍谂f城改造、拆遷測量等方面進行整體分析和決策[4]（見圖4～6）。

3.2 日照陰影分析

為避免光的遮擋和污染，日照分析主要考慮建筑體積、面積、建筑物之間距離、室內光照等指標，主要分析內容包括遮擋性、窗洞、單點和日照仿真等（見圖7，8）。

圖1 超高密度三維點云

圖2 考慮遮擋條件的紋理映射原理

圖3 研究區實景三維模型

圖4 距離量測

圖5 地表面積量測

圖6 舊城改造、拆遷量測

圖7 陰影率統計分析

3.3 通視性分析

如圖9所示，通過對城市空間的通視性進行分析以提高城市中重要景點及景觀周邊的視覺效果[5]。

3.4 方案對比

利用實景三維數據模型可對建筑設計方案進行比選，將多種設計方案加載于實景三維數據后，可多角度、多視覺地對方案進行評審，以保證城市建設合理、協調和科學發展（見圖10）。

3.5 其他服務

1）公眾化服務 如在實景三維模型上進行瀏覽、查詢、導航、統計和分析等。

2）政府部門服務 如查詢人口信息、建筑信息、樓盤分布、便民服務等。

4 結語

城市規劃的主要目的是規劃城市的未來發展藍圖、總體布局及具體的工程建設等，故城市規劃必須要合理預見城市未來發展的方向、各項建（構）筑物的布局和建設規模等，同時還要對城市環境狀況進行合理預測和評價[6-7]。

在城市規劃前期需進行不同設計方案的比較、論證及分析。三維模型可使規劃設計方案更真實可靠，可體現豎向環境，景觀空間也得以最佳展現。在實景三維系統中，可實時進行項目調整、規劃設計及構思，輔助公眾進一步理解規劃設計方案。在此基礎上也可進行不同方案對比分析，使規劃更合理[8]。伴隨著數字城市及智慧城市快速發展，社會對立體化的數據需求將更迫切，基于實景三維模型數據的應用將會更深入，應用前景也更廣闊。

圖8 日照分析

圖9 通視性分析

圖10 規劃方案對比