摘要：

城市规划是指导城市建设、促进社会经济发展的先行条件，是引导城市发展、城市建设的指挥棒。传统的地形图测绘和正射影像图为城市规划、城市管理提供了技术保障。随着社会经济和当前城市的发展的不断发展，城市的地理信息复杂性同时也在不断增加，导致城市规划的难度也在逐渐增加，随着三维数字模型、智慧城市审批、虚拟仿真城市技术的发展，更有效、更直观的审批手段不断涌现，在总体规划、控制性详细规划、修建性详细规划及规划用地选址中，采用飞马D2000无人机倾斜摄影测量采集的高精度倾斜摄影数据进行实景三维建模，配合相应的软件，可以直观的展示城市现状、城市风貌，为城市规划、城市管理、新增建设项目选址提供更加科学的决策依据。

关键词：

飞马D2000无人机；倾斜摄影测量；城市规划；规划审批；

01    任务概述

1.1项目背景

根据泸水市打造“怒江大客厅”旅游品牌，巩固脱贫攻坚成果；响应实施乡村振兴先行区、强边固防标杆区、大滇西旅游环线体验区的文件精神，泸水市决定开展泸水市怒江大客厅“十里画廊”项目旅游城市规划建设工作，为满足该项目的控制性详细规划、修建性详细规划、审批管理等工作，由我公司承担完成泸水市怒江大客厅“十里画廊”规划1：500航空摄影摄影测量工作，为项目的规划、建设提供详实可靠的基础地理数据。

1.2 测区基本情况

泸水市地形地势以一江两山为主体，地势北高南低，地处横断山脉南端的滇西纵谷区；东部碧罗雪山与西部高黎贡山夹怒江由北向南纵贯全境，境内东西两大山脉纵横交错，高峰林立。泸水市境内最高点为称杆乡的丫扁山峰，海拔4161.6m，最低点为上江镇的石头寨，海拔738m，相对高差3423.6m，形成了典型的“V”字型高山峡谷地貌景观。地表山峰林立，沟壑纵横，地势崎岖，以及“山高谷深，平地少”是泸水全境地貌的最大特点。

测区位于泸水市区以北的城郊结合部，向北沿江两岸有平行公路两条，可至福贡、贡山，受地形所限，地形地貌以山地、居民地、河流阶地、河流冲积扇构成，地物比较复杂，梯田密布，阡陌纵横，十分杂乱，植被覆盖密度较高；测区山高谷深、地形破碎，高压电塔、电线纵横交错，无人机航空摄影测量困难较大，其地形测量困难类别系数较高，在Ⅲ类以上，给地形测量带来巨大的难度，测区位置图见图1。

图1  测区位置图

1.3 项目内容

（1）完成测区4km2区域无人机航飞、像控点布设、测量、DEM、DOM制作、实景三维模型制作；

（2）完成测区4km2区域1:500地形图室内数字线划采集、野外调绘和最终成图工作；

02    工作流程

本次测量基于传统摄影测量技术，结合泸水山高谷深的地形特点，利用飞马D2000无人机的变高飞行、高精度、免相控等优势，对测区进行倾斜摄影测量数据采集，通过无人机管家进行POS解算、飞行质量检查、影像质量检查、空三计算后，最终把空三成果导入ContexCaptureCente软件建模，输出模型后使用EPS清华山维测图软件进行大比例尺地形图数据采集完成任务，具体流程如图2所示。

图2 工作流程图

2.1 控制测量

本项目涉及到以后的规划项目选址、落地，测区平均海拔900米，为满足测区内投影长度变形值小于2.5cm/km的要求，本项目采用独立坐标系实施。

（1）平面控制测量

本次测量共布设控制网10点，其中已知点2个，新布设点6个，过渡点2个，布网方案见图3，四等GNSS控制网采用四台GPS双频接收机，按边连式与点连式布网观测，使用中海达HGO单基线模式和多基线模式解算，最终采用符合要求的双差固定解作为基线解算的最终结果。基线解算完成后，需作同步环、独立环及复测基线长度较差的检核，通过后采用武汉大学研制的CosaGPS软件进行网平差计算得出2000国家大地坐标系坐标，在2000国家大地坐标系平差成果的基础上，利用椭球鼓胀法建立工程椭球，设置中央子午线，高程投影面，高程异常值。将2000坐标成果平移和旋转，以一点一方位计算得到测区独立坐标系。

（2）高程控制测量

在项目区域范围内采用电磁波测距高程导线测量方法，进行四等高程控制测量，以多结点网建立四等水准网。 

图3 控制网布设图

2.2 倾斜航空摄影

（1） 航高确定

航高确定依据以下公式进行计算：

H= f*GSD/a

H0=H + h，

式中：

H代表摄影航高，单位为m；

f代表相机镜头焦距，单位为mm；

a代表像元尺寸，单位为mm；

H0代表摄影时的海拔高度；

h代表基准面高度。

（2） 摄影基准面选择

摄影基准面高程通过无人机管家观察摄区地形起伏情况，选取摄区总体较平缓处的平均高程作为摄影基准面的参考。

（3） 航线规划

本次倾斜航空摄影采用飞马D2000无人机结合D-0P3000航摄相机作业，该机型具有高精度、续航时间长、单架次作业面积大灯特点。通过无人机管家，按照旁向和航向重叠度的规范要求，考虑项目区域地形及相关天气等基本情况，来进行航线规划,见图4。

图4  航线规划图

（4）像控点测量

像片控制点测量，是为航测内业成图提供必要的像片平面坐标和高程控制成果，是保证空中三角测量数学精度的关键环节，检查点是对空三加密成果进行精度自检，因此航测像片控制点和检查点测量工作必须严格按照相关的技术求执行。根据项目区情况，在天地图上截屏后根据《低空数字航空摄影测量外业规范》要求在奥维地体上均匀布设像控点。外业根据实地情况，将图上布设的像控点通过现场标记的方式布设于实地。检查点均匀布设于测区内，检查点布设方式同像控点、检查点的个数不少于像控点总个数的10%，见图5。     

图5  像控点测量 检查点测量

（5）无人机低空航摄实施

按照要求正确组装旋翼无人机和航摄相机，组装完毕后，需要按照检查步骤逐一进行检查，确保飞行安全。飞行中时刻观察无人机动态（见图6），飞行结束后，及时下载POS点数据和影像数据，并整理POS点数据、影像数据、航线文件和回放文件，及时备份数据。

图6  起飞前检查 无人机工作中

（6）数据预处理及航摄质量检查

飞行完毕后，应在现场对飞行质量和飞行姿态等进行初步检查，以确认成果是否可用。通过下载POS点文件可以查看飞行姿态、航高变化差以及相片有无漏拍情况，通过飞马无人机管家软件对影像质量、重叠度等进行检查。

2.3 实景三维模型生成

在自动建模软件上加载测区影像，人工给一定数量的控制点，软件采用光束法区域网整体平差，以一张像片组成的一束光线作为一个平差单元，以中心投影的共线方程作为平差单元的基础方程，通过各光线束在空间的旋转和平移，使模型之间的公共光线实现最佳交会，将整体区域最佳地物点加入到控制点坐标系中，从而得到加密点成果，即从已知特征点推算出未知特征点，并自动抽取所有特征点，构成整个目标地区的特征点云。

软件根据高精度的影像匹配算法，自动匹配出所有影像中的同名点，并从影像中抽取更多的特征点，从而更精确地表达地物的细节。

由空三建立的影像之间的三角关系构成TIN，再由TIN构成白模，软件从影像中计算对应的纹理，并自动将纹理映射到对应的白模上，最终形成真实三维场景。具体工作流程如图7所示。

图7 三维模型生产流程图

2.4 地形图采集

采用倾斜摄影测量的方式进行1:500地形图的采集，在清华山维EPS软件下进行，首先把实景三维模型加载到软件内，然后在模型上进行裸眼采集。碎部测绘、内业编辑、图幅整饰依据相应的图式规范进行测绘和表示，数字化图的图形属性和信息应正确，不得含有错误的、虚假的图形属性和信息，数字化图上的各级控制点坐标及高程必须与已知成果完全一致（包括取位），图面所反映的信息应与数字化图上的信息一致。图幅整饰依据GB/T20257.1-2017《国家基本比例尺地图图式第1部分：1：500、1：1000、1：2000地形图图式》表示，数字化地形图的图形属性和信息应正确。

2.5 质量检查

（1）外业抽查了 52 个地物点，高程误差与平面误差同时检查，点位沿测区均匀分布，平面位置中误差为±0.09m，高程中误差为±0.11m，满足《工程测量规范》(GB50026-2007)的要求，图根点精度统计表见表 1：

表1  精度统计表

03    数据成果在城市规划、城市管理中的应用

3.1 专题数据获取

航空摄影测量形成的实景三维模型可360度展示城市的风貌，可获取需要的基础数据、如城区（县城）面积、建成区面积、城市规划建设用地面积、城市现状建设用地面积）、城市道路（主干道、次干道、支路、街坊路、境内公路）的道路、人行道长度和面积、核心指标、公园管理、古树名木、绿道绿廊、综合管理、生态修复、生物多样性、湿地等园林绿化信息采集工作，通过与地灾、规划、林业、等各类不同的专题数据叠加，直观的展示专题数据中的各类图斑。

图8 城市风貌展示 

图9  地质灾害专题图

图10  城市总体规划专题地图

图11  林业专题地图

3.2 规划辅助决策

规划是城市建设、城市发展的先行工作,规划方案的审批是城市建设的重要环节，通过实景三维模型，加载BIM模型，比对附近建筑的形态、高度、天际线、色彩等要素，能够判断拟建建筑方案是否与城市相协调。

图12  BIM模型与实景三维模型叠加展示建设项目与周边关系

3.3 违章建筑监管

随着城市的发展，各类违章建筑随地而起，对城市形象影像较大，增加了城市管理部门的执法监督难度，采用无人机摄影测量，可方便快捷的获取城市的数字影像图，通过不同时期的数据对比，大大减轻了执法人员现场监督的工作量。

图13  违章建筑图斑对比、提取

04    结语

随着科学技术的不断发展，低空无人机航空摄影测量技术取得了很大的进步，目前，航空摄影已广泛应用于电路巡检、资源监测、资源调查、航空摄影测量等行业，随着三维数字模型、智慧城市、虚拟仿真城市技术的发展，航空摄影测量凭借其快速、高效、先进的优势，将地理信息基础数据由传统的二维数据变成先进的三维数据，为实景三维中国、智慧城市建设提供更加直观的基础地理信息数据。

END

文章来源：《飞马机器人》https://mp.weixin.qq.com/s/IZgNejPck9KaMLb3nCFUSA