倾斜摄影技术在城乡规划中的应用

刘 宇 峰

(山西省城乡规划设计研究院，山西 太原　030001)

1　概述

随着互联网技术、大数据、工业4.0、云计算、BIM等技术的快速发展，给人们的生活带来了翻天覆地的变化，也给传统规划行业带来了极大的变革与挑战，信息化新技术已经越来越多的应用于规划编制中，为规划设计的全过程提供调研、分析、方案设计、评价等支持工具，以数据实证提高设计的科学性并激发规划设计人员的创造力[1]。

无人机倾斜摄影技术正是在这样的一个时代背景下兴起并成为规划行业中的一项重要技术手段。

1.1　倾斜摄影概念

倾斜摄影技术是遥感与测绘领域近年来发展起来的一项高新技术。它改变了传统航测单相机只能从垂直角度拍摄获取正射影像的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、侧视等不同角度采集带有空间信息的真实影像，以获取更加全面的地物纹理细节，为用户呈现了符合人眼视觉的真实直观世界[2]。基于倾斜摄影技术生产的模型不但完美的还原了真实场景的视觉感受，其还具有真实的地理坐标信息和可量测性，我们称之为真三维模型。

1.2　倾斜摄影特点

与传统建模技术相比，倾斜摄影具有真实性、高效率和高性价比的特点[3]。

真实性：倾斜摄影模型可写实地反映地物的外观、位置、高度等属性，能够获取更加全面的地物纹理细节，呈现出符合人眼视觉的真实世界。让规划人员从多个角度观察地物，更加全面、直观的掌握规划区域的实际情况。

高效率：倾斜摄影技术借助无人机等多种飞行载体，利用专业处理软件，可快速采集影像数据、实现全自动化三维建模。通常需要1年～2年才能完成的中小城市人工建模工作，借助倾斜摄影技术只需3个月～5个月时间即可完成。

高性价比：倾斜摄影模型是带有空间位置信息的测影像数据，通过与地面控制点相结合，可以获得基于真实坐标的高精度模型，可直接对成果模型进行高度、长度、面积、土方量等的量测，极大地扩展了遥感影像的应用领域，同时，在生成三维模型的基础上，还可以进一步快速生成正射影像、地形图等多种数据成果，替代传统航空摄影测量。

2　倾斜摄影技术在城乡规划中的应用

倾斜摄影技术的种种优点，使得它可以在城乡规划行业中起到很重要的作用，无论是在规划编制的前期资料获取阶段，还是规划编制的过程中，亦或是在城市规划管理中(见图1)，都能够体现出倾斜摄影的巨大作用。

2.1　基础应用

倾斜摄影技术最直接、最基础的应用就是为规划人员提供规划区域的三维模型。在规划现状调研阶段，倾斜摄影技术将规划区域的现状情况完整的展现出来，让规划人员能够对规划区域在宏观和微观的层面都有更加清晰、直观的了解。规划人员不必再像往常那样，花费大量的时间进行规划现状踏勘，而是可以更多的将精力放在规划设计本身。这极大的提高了工作效率。

通过与地面控制点相结合，倾斜摄影模型可获取高精度的定位信息，并直接用于生产测绘地形图。生产出的地形图最高精度可以达到1∶500(见图2)。通过倾斜摄影技术，规划人员不但获取到了规划区域的真三维模型，还得到了高精度的地形图。

在倾斜摄影真三维模型的基础上，我们还能进一步生产得到规划区域的数字正摄影像(DOM)、数字高程模型(DEM)、数字表面模型(DSM)等多种数据，极大的丰富了规划基础数据的获取来源。

2.2　辅助规划设计

倾斜摄影模型除了能够直接作为规划编制人员现状调研的基础，为规划人员时刻提供规划区域全方位真实场景外，还可以更多的应用于辅助规划设计，为规划人员提供大量的数据支撑和辅助分析功能。

2.2.1空间分析

倾斜摄影模型是高精度的地表全要素真三维模型，我们可以直接在模型上实现对地物长度、面积和土方量的量测功能，这在传统规划手段是无法实现，甚至无法想象的。

利用从倾斜摄影数据模型中提取的高程点云、DEM和地形图数据，结合GIS软件，规划设计人员可以进行地形分析、坡度分析、坡向分析、水文分析、填挖方分析等多种空间分析来为规划设计提供数据支撑(见图3)。

除此以外，规划人员还可以结合规划方案，对规划区域进行诸如通视分析、可视域分析、天际线分析、日照分析、缓冲区分析等多种分析来检验规划设计是否满足需要。

2.2.2实景模拟

在规划设计过程中，规划编制人员可以利用倾斜摄影模型作为规划设计的基础，直接在三维模型上进行地形修改，建筑规划、房屋拆迁改造等设计工作，而不再是依赖于传统的抽象地图数据进行规划设计，使得规划人员真正的站在上帝视角审视整个规划区域，让规划编制过程更加的贴近真实。

在规划汇报、规划成果展示阶段，倾斜摄影也能够充分的发挥其真三维建模的优势，通过将规划设计成果与倾斜摄影模型进行结合，给用户带来极大的真实沉浸感。使得规划不再是独立于纸上，而是真真正正的与实际相结合，为用户展现规划实施后的真实场景效果(见图4)。

2.2.3方案比选

规划方案与周边环境能否和谐共生，哪种规划方案更符合需要，这些都是检验规划编制成果的重要指标，传统的规划方案比选，只是针对方案本身，或者放入模拟场景来进行比对，很难做到基于真实环境来检验方案的优劣，效果与实际差异很大，而将倾斜摄影模型与规划方案结合，利用三维信息平台进行方案比选，能够完美模拟方案建成后的真实场景，得到最优结果。

2.2.4历史文化资源保护

历史文化资源是一个城市最具特色价值的资源，是一个城市的象征，历史文化资源的保护工作，一直都是规划行业的一个重要组成部分，传统的保护工作，主要依赖于大量的文字、影像、视频、地形图等资料，保护难度很大，借助高精度的倾斜摄影模型(如图5所示)可以开发历史文化资源保护管理系统，能够全方位的完整记录历史文化资源的信息，将零散的、毫无联系的各类资料集合于建筑模型上。通过系统平台实现信息化传播、网络化展示，为规划保护方案提供依据，提升数据价值。

2.2.5规划管理

在城市规划管理中，倾斜摄影同样可以发挥巨大的作用。首先，倾斜摄影模型可以作为城市精细化管理的现状模型，利用三维信息管理平台，我们可以将倾斜摄影模型进行单体化，并对每一个建筑单位附加属性，甚至对单个建筑的每一层，每一户附加属性，实现分户属性查询和各类统计分析功能，极大的提升了城市规划管理的效率。其次，通过将规划成果放入倾斜摄影三维审批系统中，能够对其进行视线分析、限高分析、天际线分析、可视域分析、日照分析等，让我们可以清楚的看到规划对城市的影响。最后，我们还可以基于倾斜摄影三维模型进行违法用地监察，相较于传统的监察方式，其识别违法用地和违章建设的效率、准确率更高。

3　问题

虽然倾斜摄影具有诸多的优点，在城乡规划编制、管理工作中都具有重要的意义，但是不可否认的是，目前，倾斜摄影技术仍然存在一些问题。

3.1　数据处理复杂

倾斜摄影模型的制作需要根据规划区域的实际情况，选取合适的飞行高度，飞行速度，照片重叠率等，这些都需要经验丰富的专业无人机飞手。飞行所得的数据量也是非常巨大的，需要内业人员进行筛选、匀色、控制点匹配等大量复杂的预处理工作。最终，通过合理的安排空三分区、模型参数设置后才能生成可用的倾斜摄影真三维模型，整个模型制作过程会遇到各种复杂的问题，需要内、外业人员根据实际情况，密切配合，协力完成。数据处理流程较为复杂。

3.2　模型质量有待提高

倾斜摄影技术早在2010年就已经引入国内，但是初期是采用有人机作为数据采集平台，受到飞行设备、相机设备的限制，所制作的倾斜摄影模型精度较差，难以满足规划行业的需要。

近年来，无人机技术开始兴起，将其作为倾斜摄影传感器的搭载平台，能够极大的提升倾斜摄影模型的生产效率和建模精度(见图6)，使得倾斜摄影技术真正的在规划行业有了用武之地。但是，目前的倾斜摄影模型仍然存在高精度模型制作成本巨大、建筑屋檐下较难真实还原等问题。

3.3　应用软件缺乏

倾斜摄影模型技术是一个完整的产业链，单纯的模型并不能发挥出倾斜摄影技术的全部价值，想真正的让倾斜摄影技术在城乡规划编制行业发挥其应有的价值，需要专业化定制开发的软件平台，目前的倾斜摄影技术还处于起步阶段，国内大量的相关行业都仅仅局限于初期的模型制作，后续的专业软件平台开发滞后，无法满足日益增长的使用需求，亟待解决。

4　结语

虽然无人机倾斜摄影技术只是发展了短短几年，但是已经在规划行业中的多个领域有了较为丰富的应用，倾斜摄影技术为我们开启了一扇前景无限广阔的大门。注定将成为引领规划行业从二维平面规划向三维立体规划转变的一项革命性的技术。

可以预见，在不久的将来，随着VR技术、AR技术、人工智能和计算机技术的快速发展，基于倾斜摄影的三维规划系统将以真实的视觉效果、流畅的应用体验等显著优势开启人们“别具一格”的规划新模式。