倾斜摄影测量技术在城中村规划管理中的应用★

金兴昌

(江苏航空职业技术学院,江苏 镇江 212134)

0 引言

城中村在我国城市化进程中一直存在建筑老旧、拥挤、环境恶劣等问题,给城市发展和居民生活带来了不少挑战,因此需要通过科学的规划和有效的管理。城中村规划和设计不仅关乎城市面貌和环境,更关乎城市社会的和谐与稳定,通过改善城中村的基础设施、提升居住条件、增加公共服务设施等措施,帮社区建设和改善居住环境,进而提升城市形象,满足城市居民的多样化需求,提高社区的整体发展水平[1]。

倾斜摄影测量技术作为一种高精度、高效的三维数据采集和建立技术,为城中村规划管理提供了新的方法。本文将探讨倾斜摄影测量技术在城中村规划管理中的应用,通过对倾斜影像的采集和分析处理,可以实现对城中村地形、建筑物、地貌等的精确测量和建模,以期为城中村规划和改造提供科学依据和决策支持,帮助相关部门制定长远的规划和政策[2]。

1 倾斜摄影测量技术

倾斜摄影测量技术是一种通过使用特殊的摄影设备,如倾斜摄影机或多相机系统,以不同角度和方向进行航拍,从而获取倾斜的影像数据。与传统的垂直摄影相比,倾斜摄影可以提供更全面、更真实、更立体化的场景信息。倾斜摄影采集的影像数据具有高分辨率和丰富的空间信息,能够准确捕捉地面上的细节、结构和立体形状。如图1所示,图中PP′为相机主光轴,ON为被摄点的垂直于地平线方向,t为PP′与ON的夹角。当倾斜角度5°30°时即为高度倾斜影像[3]。

2 影像数据采集及实景三维模型重建

2.1 作业区概况

本次实验目标测区(城中村)位于A市,距离该市C县仅3 km,距离A市区约70 km,居住人口约1.5万人,北部有省道通过,东侧有省道与大广高速路通过,区位条件较好,交通优势明显。当前由A市统一制定了施工计划[4],对测区进行改造,将渡口附近的危房、旧房进行拆迁以腾出空地修建停车场、草坪等设施,由于其施工后的场景无法预测,可通过构建三维可视化系统直观地展现当前和下一阶段施工完成后的改造样貌。针对上述问题,项目计划采用无人机测绘与实地调查测绘结合的方法进行作业,项目中采用固定翼无人机搭载五镜头对测区进行倾斜摄影测绘。在部分狭窄地区,进行人工地面影像采集,以提高整体拍摄数据的重叠度。整体技术流程如图2所示。

2.2 倾斜摄影影像数据采集

结合测区实际情况,本文选择“混合翼无人机+五镜头倾斜相机”等搭载倾斜相机的方式获取倾斜影像,航向重叠度按优于80%设计,旁向重叠度按优于70%设计,无人机为“飞马E2000混合翼无人机”,主要参数如表1所示。

表1 飞马E2000参数表

航测模块E-CAM2000镜头;相机型号为SONY a6000;传感器尺寸为23.5 mm×15.6 mm(aps-c);有效像素约为2 430万;镜头参数为25 mm定焦。

首先应用飞马控制系统制定航线计划,根据需要采集的区域和目标,在地面控制端上根据测量区域的大小和复杂程度,制定航线规划方案。航线规划需要考虑场地条件、地面高度变化、建筑物和障碍物的位置等因素,以获取全面且准确的倾斜影像;航点的选择应充分考虑目标物体的形状、复杂程度以及采集要求,保证航线覆盖区域全面而又高效;执行飞行任务,根据航点规划,将无人机起飞,并按照预设的飞行路径和高度进行飞行,在航拍过程中,需注意保持良好的飞行姿态、飞行速度和安全距离,以确保影像数据的质量和完整性。在实地航拍完成后,需要对所获得的倾斜影像进行数据质量的检查和控制,并将采集的倾斜影像数据传输到计算机处理平台进行备份和存储,以防止数据丢失和损坏。

2.3 实景三维模型重建

内业数据处理时,由于光影和采集时间等原因,首先要对影像数据进行预处理,本项目匀光匀色使用的是Terra photo软件对机载激光数码影像进行匀光匀色处理,通过添加颜色点自动补偿大幅度的色彩变化,进行整体色彩分配。实景三维模型重建使用Context Capture Master软件,添加要建模的照片和控制点信息文件,再进行刺点,输入外业实测的像控点坐标并进行POS解算。最后进行空三加密,经过提取特征点、提取同名像对、相对定向、匹配连接点、区域网平差等步骤的运算处理,得到测区空中三角测量成果。为提高空中三角测量的成果精度[5],可以使用软件对测区进行二次空三运算,最终得到更精确的测区空三结果。建立好的测区实景三维模型如图3所示[6]。

3 “虚拟”规划设计

规划设计是在建立好的实景三维模型基础上进行的,首先将规划设计范围内的瓦片导入到ModelFun软件中进行修复,去除瓦片表面的冗余碎片、道路不平、标牌破损和纹理拉伸模糊等问题,并检测和修复缺陷、重建模型表面,通过软件提供的编辑工具进行局部处理,应用平滑算法和填充算法来修复模型表面缺陷,并不断调整参数直至修复满意的结果[7]。设计模型重建应用的是Revit软件,根据收集到的数据和建筑物的结构和布局,逐一建立设计建筑物模型。本文应用建筑物的平面图、立面图、剖面图等作为参考,在建立建筑物模型时,合理设置建筑物的参数,如高度、面积、材料等,从而建立设计建筑BIM模型。

待实景三维和BIM模型预处理好后,将预处理后的倾斜平地模型导入UE5项目中,再调整倾斜模型和BIM模型的位置和比例,使它们在空间中对齐;并为倾斜模型和BIM模型创建合适的碰撞体,以便在场景中进行物理交互时能够准确碰撞和响应;再根据实际场景需要,通过调整光照和渲染效果,使倾斜模型和BIM模型在视觉上更好地融合。通过以上步骤,可以在UE5软件中将倾斜模型与BIM模型融合,展示建筑项目的整体效果和空间感,为项目的设计、沟通和决策提供更直观和全面的视觉呈现。如图4所示为设计好的行政服务中心BIM模型导入倾斜实景三维模型中的效果。

除以上应用外,还可以在实景三维模型的基础上进行景观设计,根据实地调查测量结果,建立测区规划设计图,然后在UE5中建立一个市民公园,在模型基础上进行设计图绘制,包括人工湖、栈道、小桥、植被和广场等,如图5所示为在实景三维模型基础上进行的景观规划设计。利用实景三维模型的视点和视线分析功能,可以进行可视域分析,帮助评估建筑物或景观元素的视觉影响范围,分析视线遮挡情况,优化景观设计等。此外,利用实景三维模型的几何信息和太阳光照模拟技术,可以进行阴影分析,还能帮助决策者了解建筑物或景观元素的阴影投射情况,评估其对周围环境的影响,以及对日照、通风等方面的影响[8-9]。

此外,还可以结合3D GIS技术进行模拟建设,可以直观地了解城市发展的空间布局以及街道和建筑物的相互关系。在街道级别上显示城中村中各种商务信息,如商店、餐馆等,为商业规划和经济发展提供了科学依据。并且可以方便地进行空间测量任务,并分析光照、通视性和控高等指标,以上对于城中村规划方案的制定和评估至关重要[10]。

4 方法对比

目前在城中村数字规划管理中,主要工作是进行现场调查和分析,在进行实地调查时,目前主要方法还是人工实地调查,如涉及大面积改造工程可能会应用到遥感技术等。本文主要将传统方法和本文方法在城中村规划管理中的应用进行对比和评估,旨在为城中村规划管理提供更科学、高效的方法选择。相比较传统调查模式,倾斜实景建模法的优势如表2所示。

表2 实景建模法与传统调查模式对比

通过表2可以看出,在效率上和成本上,传统的调查方式都是依靠测量员入户调查,经过整理计算后才能获得数据和相关图件,耗费时间长且人工成本高。而利用无人机等飞行载体倾斜摄影测量技术能够快速采集图像数据,内外业综合效率约是传统方法的2倍～3倍,具有更高的效率和更丰富的信息获取能力,在数据采集、分析和决策支持等方面有着更明显的特点和优势。

5 结语

倾斜摄影测量技术在城中村规划管理中不仅能提供精准的数据支持,通过倾斜摄影测量技术的应用,还能提升规划决策的科学性和准确性,提升城市形象和居住环境质量,为居民提供更好的生活品质,实现城市美观、有序、可持续发展的目标,在城中村规划管理中具有广阔的应用前景和重要的意义。