低空无人机摄影测量系统可行性分析.docx

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低空无人机摄影测量系统可行性分析

低空无人机摄影测量系统

可行性分析

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1、无人机摄影测量系统简介

无人机摄影测量系统简单说就是使用油动或是电动的无人飞机携带高清相机在空中对所测物体连续拍照，获取高重合度的影像照片的一套设备，该套系统由无人机、云台、相机、地面控制站、相片处理软件组成，市场上销售的主要分两类，一种是通过单镜头相机拍摄以正射影像为主要数据的系统（简称传统型），一种是通过过镜头以提供三维建模数据为要数据的系统（简称倾斜型）。

1、传统型

传统无人机摄影测量系统是仅仅只能获取垂直地面向下的影像，以无人驾驶飞机作为平台，以机载遥感设备，如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、红外扫描仪等获取影像信息，用计算机对图像信息进行处理，并按照一定精度要求制作成图像。

集成了高空拍摄、遥控、遥测技术和计算机影像信息处理的新型应用技术航摄影像可为城市规划建设提供有力的手段，被广泛应用于土地利用的动态监测、征迁拆违工作的调查以及衍生各类最新时相的专题图，通过影像可及时修编和更新地图，建立最新的地理数据库等。

2、倾斜型

倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，它颠覆了传统无人机摄影技术生成的正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，其通过在同一飞行平台上搭载多台相机，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。

无人机倾斜影像不仅能够真实地反应地物情况，而且还通过采用先进的定位技术，嵌入精确的地理信息、更丰富的影像信息、更高级的用户体验，极大地扩展了遥感影像的应用领域，并使遥感影像的行业应用更加深入。

以倾斜摄影技术来获取影像数据作为素材，进行人工或自动化加工处理后得到的三维模型数据的过程，我们称之为“倾斜摄影建模”，因模型所有纹理都是倾斜照片自动映射上去，所以许多人将倾斜摄影模型也称为真三维模型。

由于倾斜影像和三维模型成果为用户提供了更丰富的地理信息，更友好的用户体验，该技术目前在欧美等发达国家已经广泛应用于智慧城市建设、规划、测绘、应急指挥、国土安全、城市管理、房产税收等行业。

二、引进无人机摄影测量技术的背景

1、辅助规划工作的需要

低空无人机测量技术成果可增强规划的科学性、指导性，能加强城市设计，城市修补，加强控制性详细规划的公开性和强制性。

低空无人机测量技术成果可对于城市的空间立体性、平面协调性、风貌整体性等方面的规划和管控，留住城市特有的地域环境、文化特色、建筑风格等“基因”，提高城市发展的宜居性提供基础地理信息数据。

此外对于把握好城市发展的生产空间、生活空间、生态空间的内在联系，实现生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀具有重要的作用。

无人机摄影测量系统的成果对于增强城市内部布局的合理性，提升城市的通透性和微循环能力，控制城市开发强度，划定水体保护线、绿地系统线、基础设施建设控制线、历史文化保护线、永久基本农田和生态保护红线，防止“摊大饼”式扩张具有一定的决策作用。

2、当代地理空间数据获取速度的要求

由于我国大量农村人口的城市化，我们国家的城市规划和建设进入了一个新的时期。

城市规划和建设离不开地理空间数据的支撑，就当今城市发展来说，提倡以信息化带动城市化，推进城市信息化快速发展，传统测绘技术获取地理空间数据的方法现如今已满足不了辅助城市规划和建设的需求，需要有新的技术来辅助和支撑城市规划、建设与管理。

较传统测绘技术而言，无人机摄影测量技术在地理空间数据具有机动活、可快快速响应又低成本、精度高的优势。

3、城市空间信息化建设的需求

城市是经济社会发展最活跃、信息最丰富、资本最集中的区域，也是对地理信息需求最旺盛、更新要求最快、空间数据增值要求最高的区域。

随着3S技术的发展和应用日益向深度和广度挺进，空间信息及其服务已经不再神秘，各级政府都在积极规划和实施各自的空间信息基础设施建设。

我市作为智慧城市的第三批试点市，倾斜摄影测量技术将来可为我市智慧城市的地理空间数据的更新和服务打下技术基础。

三、无人机摄影测量技术在城市规划、建设中的案例和应用。

1、传统无人机摄影测量技术在城市规划和建设中的应用案例

（1）中小比例尺地形图测绘中的应用

传统无人机航测系统在精度上可完全满足1:

1000地形图精度要求，在所用时间上和传统字化测图比较，可缩短一半时间。

（2）新农村规划建设中的应用

以往规划现状资料获取的传统方法是进行实地考察、测绘等，该方法成本高且最终的规划结果难以直观展示，降低了公众的参与性。

利用无人机摄影测量技术生成的影像对农村进行用地类型现状分析。

直接在影像上进行美好乡村的规划。

（3）城市征迁拆违中的应用

将数字化测图、卫片和无人机摄影测量在城市违拆中的应用进行对比如下：

首先需要进行数字化地形图测量，投入工作小组3个，人员9人。

每2天测量1个村庄，大概需要1个月时间完成首次测量。

再利用数字线画图进行比对，每次需投入工作组3个，人员6人。

按每个工作组每天巡测一个村庄计算需要5天。

征迁拆违工作中所利用的资料是最新高分辨率卫片，与无人机影像相比，卫片的地面分辨率较低，因此只能用来进行比例尺较小的土地资源调查。

其次卫片一般不具备立体观测特性，不便于立体观察和测制地形图，对于加盖房屋的比对效果不太理想。

无人机一个架次可以拍摄6平方公里，每天可以拍3个架次，在天气合适的情况下2天可以完成拍摄任务，余下工作就可以交给内业人和计算机处理，无人机1个工作组需要2人。

通过比较我们可以发现利用无人机航拍可大大提高工作效率，节约成本。

2、无人机倾斜摄影测量系统在城市规划和建设中的应用和案例

由无人机倾斜摄影测量技术自动生成的三维场景结合地理信息平台在城市规划和建设和管理有如下应用：

（a）规划设计

支持直接在实景三维的场景中添加规划的建筑、植被等设计数据，方便规划设计人员形成初步规划方案。

（b）日照分析

无人机倾斜摄影测量系统所建三维模型和GIS平台结合起来选择日期、时间，对单个建筑或多个建筑进行日照分析。

（c）建筑物拆除分析

支持三维面数据压平倾斜摄影模型的局部区域，模拟拆除建筑物的效果，并可置换为精细模型，实现规划方案效果对比与展示。

（d）通视分析、景观规划等功能

支持通视分析及可视域分析，可用于安防监控等领域；支持天际线分析，可用于城市景观规划，体现城市空间韵律美感；支持阴影率统计分析，可用于城市建筑规划，准确预测控制采光；支持剖面线分析，获取可量测的建筑物剖面图。

（e）雾霾分析

雾霾扩散分析。

哪天会有雾霾？

雾霾最严重的区域在哪里？

对于这些百姓关心的话题，传统的空气污染预报模式难以预测，而在“倾斜摄影实景三维”上，能真实再现雾霾在空中的走向，可以分析未来趋势。

（f）方案对比

提供项目多套方案的浏览、对比，辅助领导决策不同建设方案与当前城市实景的匹配度。

（g）控高分析

利用规划城市的控高数据对实际城市建筑进行比对，直观标明超高建筑并显示其属性信息。

（h）水淹分析

通过实景三维影像，对洪水淹没进行分析，哪个地方常发生积水、有多少地方能排涝，快速计算淹没面积，城市各个地点的排水和积水等情况，都一目了然，并统计伤亡人口、受灾情况、经济损失等信息。

（i）地表开挖

提供倾斜摄影模型地表开挖功能，可用于管线分析等，满足地上地下一体化GIS应用倾斜摄影技术在测绘行业中的应用。

（j）生成大比例尺数字线划图（DLG）

由于倾斜相片数据量大，数据冗余度高，所以在同等地面分辩率条件下其航测精度较传统的航测精度高，以往传统无人机摄影测量在高程精度上较难达到1:

500地形图测绘规范，倾斜摄影测量可以较轻松的就能达到1:

500地形图测绘城市测量规范，甚至有些单位将其用于精度要求较高的农村宅基地界址点的测绘，并取得了较好的效果。

以下是无人机倾斜摄影技术所生成的三维场景和精细化建模的一些案例：

（1）某工程规划用，5cm分辨率影像，自动化建模成果。

（2）深圳滑坡灾区实景真三维生产完成

深圳市勘察研究院有限公司联合上海航遥，组织了无人机作业队伍，于灾情发生的第二天凌晨就赶赴灾区现场，使用先进的5镜头无人机倾斜摄影系统（ARC524）对受灾区域进行了倾斜摄影，共飞行32条航线，获取了2300余张照片，连夜制作了受灾区域的正射影像图，并在次日生产制作出了灾区的实景三维图。

现阶段，每日安排无人机巡查和监测，为救灾抢险指挥部门提供了保障。

实景真三维模型截图：

（3）某居民小区5cm分辨率影像，自动化建模成果。

（4）某工程，3cm分辨率影像，自动化建模成果。

（5）酒泉精细化建模项目

（a）基本概况

该项目作业覆盖面积为50平方公里，包含城区和郊区，其中城区占24平方公里、工业区占26平方公里，建筑结构复杂多异。

（b）作业方式及周期

利用大飞机采集航空影像数据，使用精细化建模软件集成倾斜摄影数据的方式，完成50平方公里精细化模型制作。

时耗效率0.4平方公/人/周。

（c）成果展示

（6）青海Mesh模型修饰项目

项目覆盖150平方公里，包含州政府所在地及多个地级县区。

要求主体建筑、自然地形、交通附属设施（立交桥、斑马线等）、地表覆盖（绿地、水系等）真实精确表达。

其成果展示如下图：

四、两种低空无人机摄影测量系统的具体比较

类别

系统

传统无人机摄影测量系统

倾斜无人机摄影测量系统

无人机类型

固定翼无人机

多旋翼无人机

作业时间

1小时左右

半小时左右

测绘区域大小

一架次1~6平公里

一架次0.1~0.5平方公里

生成的成果

DEM、DOM、DLG等

DEM、DOM、DLG、精细化三维模型等

成果达到效果

仅二维空间可量测

在三维空间上可量测

技术成熟度

有较成熟技术理论

属新兴技术，近一年的应用热门技术

测绘精度

1:

1000城市测绘规范、高程精度低

达到1:

500城市测绘规范、高程精度较高

所需购置软硬件

固定翼无人机加相机、空三加密软件、生成线划图软件

多旋翼无人机加相机、自动化建模软件、精细化建模软件、三维模型应用平台