無人機傾斜攝影測量技術在舊城翻新改造中的應用

米慧明

(南通市房產管理測繪隊,江蘇 南通 226000)

0 引言

隨著城市化進程的加速和歷史城區的老化,政府和社會普遍關注保護歷史文化遺產、提升城市形象和居民生活質量的需求。舊城翻新改造旨在通過更新城市空間、改善基礎設施和提升環境品質來實現城市的可持續發展。然而,傳統的測量手段存在測量周期長、數據準確性難以保證、工作效率低等痛點問題。因此,亟需應用新的測量技術和方法,以提高測量效率、精度和可視化程度,為舊城翻新改造提供更準確、全面的數據支持,推動城市更新和文化保護取得更大的成效。而無人機傾斜攝影測量技術作為一種高效、精準的測量方法,為舊城翻新改造提供了全新的解決方案,在舊城翻新改造中具有廣闊的應用前景,可以為城市更新和文化保護注入新的活力[1]。

1 整體技術流程分析

無人機傾斜攝影測量技術在舊城翻新改造中的應用的整體技術流程為:(1)通過現場踏勘或調繪收集測區相關資料,明確翻新改造的范圍和目標區域。(2)制定數據采集計劃,包括無人機飛行路徑和拍攝參數的設定。(3)利用無人機進行傾斜攝影數據采集,通過交叉環繞航線法獲取傾斜影像數據。采集完成后,進行數據處理和分析,包括圖像配準、點云生成和三維重建等步驟。(4)基于構建的實景三維模型,進行翻新改造的規劃和設計,再從多角度對比傾斜攝影建模與傳統調查方式。具體工作流程如圖1所示。

2 項目應用

2.1 項目概況

N市作為一個歷史悠久的城市,擁有許多具有文化價值和歷史意義的舊城區。為了保護和傳承這些珍貴的歷史遺產,N市計劃進行舊城翻新改造項目,并運用無人機傾斜攝影測量技術來支持規劃和設計工作。該測區位于N市的舊城區,面積約為5 km2,測區環境復雜,加之很多村民外出打工,家中無人,傳統逐戶調查方式難度較大,給規劃和設計帶來了一定的挑戰。因此,本文擬采用無人機傾斜攝影測量技術建立測區實景三維模型,再在實景三維模型基礎上進行其他相關工作。

2.2 航線規劃

本項目外業應用的是大疆經緯M300 RTK測繪無人機,搭載禪思P1雙鏡頭,并布設一定數量像控點,應用GPS-RTK采集像控點坐標。實驗時,為覆蓋整個目標區域,并保證相鄰影像之間有足夠的重疊度,采集測區多角度、完整影像數據,根據目標區域的大小和形狀,規劃交叉環繞的航線,如圖2所示。相關學者實驗結果證明,通過交叉環繞航線法,可以獲取多個角度和視角的傾斜影像,提供更全面和準確的三維信息,用于后續的傾斜攝影建模和數據分析[2]。

圖2 測區交叉環繞航線設計

作業時,先確定目標區域并規劃航線,在無人機飛行路徑上設置交叉點;然后,通過控制無人機的飛行軌跡和相機的拍攝參數,使相機以傾斜的角度拍攝地面影像。無人機在影像采集過程中,會按照預定的航線依次飛行至交叉點,并在每個交叉點處進行拍攝,以確保覆蓋整個目標區域。

2.3 實景三維建模

實驗實景三維建模應用的是Context Capture軟件。(1)對傾斜攝影影像進行勻光勻色處理,并導入POS和地面控制點數據,通過傾斜攝影影像的幾何校正和配準,將影像與地面坐標系統對齊。(2)進行傾斜攝影影像的密集匹配,通過特征提取和匹配算法,將影像中的像素點與其在實際空間中的位置進行匹配,生成密集點云數據。(3)對點云數據進行濾波和優化,去除噪聲和誤差,生成高精度的三維表面模型,并根據需要進行紋理映射和貼圖,將紋理信息與三維模型融合,生成逼真的實景三維模型。測區構建實景三維模型整體及局部細節信息如圖3所示[3]。

圖3 測區實景三維模型

2.4 設計與應用

舊城規劃和設計主要通過BIM設計模型與實景三維模型進行融合,實現虛擬建筑模型與真實環境的無縫對接。融合后的模型能夠提供更全面、準確的建筑信息,實現可視化的模擬和分析,支持設計、規劃和施工等各個階段的決策和操作,幫助提高設計效率、減少沖突和錯誤,并為建筑項目的管理和維護提供更可靠的數據支持。如圖4所示,先將生成好的實景三維模型加載到建筑信息管理平臺中。在平臺中將原有建筑物進行踏平處理,將BIM模型的幾何信息、材質屬性和構件關系與實景三維模型的地理信息和空間數據進行場景融合,最后進行規劃可行性分析、日照陰影模擬、可視域分析等處理工作[4-5]。

圖4 測區規劃設計前、后效果對比

此外,還可以在施工現場的正射影像圖上進行標注,這些標注的形式包括文字、數值、線段、多邊形、顏色等,可更直觀地識別工地上的不同區域的進度優先級和注意事項。通過航拍對道路、水源、電力線及管道的解譯,為施工便道、用水、供電等提供設計參考資料。通過對地形的判釋,為擬訂施工運輸方案提供依據。通過對航攝影像中河溝、洪水位點、水坡點等的立體判釋資料,助力施工現場防洪設計。

3 對比分析

相比傳統調查模式,傾斜實景建模法的優勢如表1所示。

在效率上和成本上,傳統的調查方式都是依靠測量員入戶調查,經過整理計算后才能獲得數據和相關圖件,耗費時間長且人工成本高,如表1所示。而利用無人機等飛行載體傾斜攝影測量技術能夠快速采集圖像數據,內外業綜合效率約是傳統方法的2～3倍,具有更高的效率和更豐富的信息獲取能力。此外,在精度上,對比野外實測檢核點數據,主要計算模型距離和全站儀實測距離偏差,邊長檢核結果如表2所示[6]。

表2 特征距離誤差精度評定

特征角點平面誤差不超過8 cm,房屋邊長誤差均在5 cm以內,符合行業規范要求,滿足相關規劃測量精度要求,如表2所示。

4 結語

綜上所述,無人機傾斜攝影測量技術借助無人機的靈活性和高效性,能夠快速獲取測區影像數據和舊城區的空間信息,方便實施精細化的管理和分析,為規劃和設計提供可靠的數據支持,并為改造方案的制定和評估提供可視化的工具,對城市更新和文化保護具有重要意義。