莊振祿

廣州市四維城科信息工程有限公司 廣東 廣州 510000

無人機攝影測量技術(shù)是近年來發(fā)展迅速的一種測量技術(shù)，利用無人機進(jìn)行航拍，通過圖像處理和數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)對地面目標(biāo)的三維測量和模型構(gòu)建。在城市規(guī)劃領(lǐng)域中，無人機攝影測量技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，可以為城市規(guī)劃提供更為精確、全面的空間信息數(shù)據(jù)，為城市規(guī)劃決策提供科學(xué)依據(jù)，有利于提高城市規(guī)劃的質(zhì)量和效率。然而，當(dāng)前國內(nèi)對無人機攝影測量技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用研究相對較少，技術(shù)和應(yīng)用還存在一些問題和挑戰(zhàn)。因此，深入研究無人機攝影測量技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用，分析其優(yōu)缺點和存在的問題，探討其技術(shù)發(fā)展方向和應(yīng)用前景，具有重要的理論和實踐意義。

1 無人機攝影測量技術(shù)概述

1.1 無人機攝影測量的基本概念

無人機攝影測量是指利用無人機航拍獲取的影像數(shù)據(jù)，通過攝影測量方法進(jìn)行空間數(shù)據(jù)提取和處理的技術(shù)[1]。其中，無人機是一種無人駕駛的飛行器，可通過預(yù)設(shè)的航線和任務(wù)，完成航拍任務(wù)。而攝影測量則是利用航空攝影和測量學(xué)原理，對攝影測量數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何定位、測量和分析的過程。在無人機攝影測量中，無人機通過預(yù)設(shè)的航線進(jìn)行航拍任務(wù)，將高分辨率影像數(shù)據(jù)獲取回來。影像數(shù)據(jù)可以是單張影像或多張影像，一般為多張影像，可以在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中進(jìn)行拼接、配準(zhǔn)和融合等操作，得到高精度、高分辨率的影像數(shù)據(jù)。

1.2 無人機攝影測量的技術(shù)原理

無人機攝影測量技術(shù)的核心是利用多張高分辨率影像數(shù)據(jù)，通過三維重建和精準(zhǔn)定位等技術(shù)手段，生成三維地圖和數(shù)字高程模型等數(shù)據(jù)產(chǎn)品。無人機攝影測量技術(shù)的主要技術(shù)路線包括自主導(dǎo)航、航拍規(guī)劃、圖像匹配和數(shù)字高程模型生成等環(huán)節(jié)。表1分析無人機攝影測量技術(shù)的主要環(huán)節(jié)和技術(shù)原理。

表1 無人機攝影測量技術(shù)原理

在無人機攝影測量的自主導(dǎo)航環(huán)節(jié)中，通過GPS和慣性導(dǎo)航技術(shù)，對無人機進(jìn)行定位和導(dǎo)航，確保其能夠按照預(yù)設(shè)的航線和任務(wù)完成航拍任務(wù)。同時，遙測通信技術(shù)也能夠?qū)崟r傳輸無人機的狀態(tài)信息和攝影數(shù)據(jù)，提供技術(shù)支持。在航拍規(guī)劃環(huán)節(jié)中，通過航線規(guī)劃算法和相機參數(shù)設(shè)置，規(guī)劃出最優(yōu)的航拍路徑和相機參數(shù)，確保航拍數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度[2]。在影像獲取環(huán)節(jié)中，通過高分辨率相機和圖像采集與傳輸技術(shù)，獲取高質(zhì)量的航拍影像數(shù)據(jù)，為后續(xù)的影像處理提供數(shù)據(jù)支撐。在影像處理環(huán)節(jié)中，通過影像校正、配準(zhǔn)和融合技術(shù)等，對航拍影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和優(yōu)化，提高影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度。在數(shù)字高程模型環(huán)節(jié)中，通過空間三角測量原理、立體像對匹配和高程解算技術(shù)等，對多幅航拍影像進(jìn)行處理和分析，生成數(shù)字高程模型等三維地圖產(chǎn)品，為城市規(guī)劃、資源調(diào)查等領(lǐng)域提供支持。

2 無人機攝影測量在城市規(guī)劃中的應(yīng)用

2.1 城市地形、地貌測量

傳統(tǒng)的地形、地貌測量技術(shù)需要借助大量測繪儀器和人工測量，不僅測量效率低下，而且成本較高。而無人機攝影測量技術(shù)可以通過無人機的航拍，獲取大量高清晰度的影像數(shù)據(jù)，利用計算機軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，可以高效地獲取城市地形、地貌信息。利用無人機攝影測量技術(shù)進(jìn)行城市地形、地貌測量可以快速獲取大量的地形、地貌信息，包括地形高程、坡度、坡向、水系等，可以為城市規(guī)劃和市政工程提供準(zhǔn)確、全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為規(guī)劃決策提供科學(xué)依據(jù)。同時，在應(yīng)對城市自然災(zāi)害、如洪水、滑坡等方面，城市地形、地貌信息也是必不可少的。通過無人機攝影測量技術(shù)進(jìn)行城市地形、地貌測量，可以為城市自然災(zāi)害預(yù)警和應(yīng)急管理提供重要的數(shù)據(jù)支撐，提高城市災(zāi)害防范和應(yīng)對能力[3]。

2.2 建筑物三維模型的制作

無人機攝影測量技術(shù)可以實現(xiàn)對建筑物的三維測量和模型構(gòu)建，為城市規(guī)劃和管理提供科學(xué)依據(jù)。建筑物三維模型的制作，可以通過無人機航拍獲取高分辨率的建筑物圖像，并通過圖像處理和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實現(xiàn)對建筑物的三維測量和模型構(gòu)建。建筑物三維模型的制作可以提供建筑物的詳細(xì)信息，包括建筑物的形狀、大小、高度等，為城市規(guī)劃和管理提供科學(xué)依據(jù)。建筑物三維模型的制作需要解決一系列問題，包括無人機航拍的參數(shù)獲取、圖像處理和數(shù)據(jù)分析的方法選擇、建筑物三維模型的構(gòu)建和質(zhì)量檢驗等。同時，建筑物三維模型的制作還需要考慮建筑物的特殊性質(zhì)，例如建筑物外形的復(fù)雜性、建筑物表面的反射性等。

2.3 城市景觀的分析和評估

無人機攝影測量技術(shù)可以實現(xiàn)對城市景觀的分析和評估，為城市規(guī)劃和管理提供科學(xué)依據(jù)。城市景觀是城市的重要組成部分，其優(yōu)劣直接影響城市的形象和品質(zhì)。城市景觀的分析和評估可以幫助城市規(guī)劃者和管理者了解城市景觀的現(xiàn)狀和問題，制定有效的改善措施，提高城市景觀的品質(zhì)和水平。城市景觀的分析和評估可以通過無人機航拍獲取高分辨率的城市景觀圖像，并通過圖像處理和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實現(xiàn)對城市景觀的分析和評估。城市景觀的分析和評估可以包括景觀類型、景觀面積、景觀覆蓋度、景觀結(jié)構(gòu)等指標(biāo)的分析和評估。城市景觀的分析和評估需要綜合運用無人機攝影測量技術(shù)、圖像處理和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，加強數(shù)據(jù)處理和質(zhì)量控制，提高城市景觀分析和評估的精度和準(zhǔn)確性。同時，城市景觀的分析和評估還需要考慮城市景觀的特殊性質(zhì)，例如不同景觀類型的特征、景觀變化的趨勢等。

2.4 城市基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測和維護(hù)

城市基礎(chǔ)設(shè)施是城市的重要組成部分，其安全和運行狀況直接關(guān)系到城市居民的生活和安全。城市基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測和維護(hù)可以幫助城市規(guī)劃者和管理者了解基礎(chǔ)設(shè)施的運行狀況和問題，制定有效的維護(hù)和修復(fù)措施，保障城市基礎(chǔ)設(shè)施的安全和運行。城市基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測和維護(hù)，可以通過無人機航拍獲取高分辨率的基礎(chǔ)設(shè)施圖像，并通過圖像處理和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實現(xiàn)對城市基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測和維護(hù)。城市基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測和維護(hù)可以包括道路、橋梁、水利設(shè)施、電力設(shè)施等基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測和維護(hù)[4]。城市基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測和維護(hù)需要綜合運用無人機攝影測量技術(shù)、圖像處理和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，加強數(shù)據(jù)處理和質(zhì)量控制，提高城市基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測和維護(hù)的精度和準(zhǔn)確性。同時，城市基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測和維護(hù)還需要考慮基礎(chǔ)設(shè)施的特殊性質(zhì)，例如基礎(chǔ)設(shè)施的結(jié)構(gòu)和運行狀況等。

2.5 城市規(guī)劃與設(shè)計的決策支持

城市規(guī)劃和設(shè)計的決策支持，可以幫助城市規(guī)劃者和設(shè)計師了解城市的現(xiàn)狀和問題，制定有效的規(guī)劃和設(shè)計方案，提高城市規(guī)劃和設(shè)計的質(zhì)量和效率。通過無人機航拍獲取高分辨率的城市圖像，并通過圖像處理和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實現(xiàn)對城市的分析和評估。城市規(guī)劃和設(shè)計的決策支持可以包括城市形態(tài)、城市交通、城市環(huán)境等方面的分析和評估。城市規(guī)劃和設(shè)計的決策支持需要綜合運用無人機攝影測量技術(shù)、圖像處理和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，加強數(shù)據(jù)處理和質(zhì)量控制，提高城市規(guī)劃和設(shè)計的決策支持精度和準(zhǔn)確性。同時，城市規(guī)劃和設(shè)計的決策支持還需要考慮城市規(guī)劃和設(shè)計的特殊性質(zhì)，例如城市規(guī)劃和設(shè)計的目標(biāo)、城市規(guī)劃和設(shè)計的限制等。

2.6 道路交通規(guī)劃

道路交通規(guī)劃是城市規(guī)劃中的重要組成部分，無人機攝影測量技術(shù)可以為道路交通規(guī)劃提供高效、精確的數(shù)據(jù)支持。通過無人機的航拍，可以獲取城市交通網(wǎng)絡(luò)的實際情況，包括道路布局、道路寬度、道路長度、交通流量等信息。此外，無人機攝影測量技術(shù)可以實現(xiàn)對道路、橋梁、交通設(shè)施等的三維重建，能夠提供更加全面的道路交通信息。利用無人機攝影測量技術(shù)進(jìn)行道路交通規(guī)劃，可以實現(xiàn)對城市道路交通狀況的快速調(diào)查和分析?？梢苑治龀鞘械缆方煌ǖ钠款i和短板，為城市道路交通的改善提供依據(jù)。同時，還可以對城市道路交通規(guī)劃方案進(jìn)行評估和優(yōu)化，提高道路交通規(guī)劃的精度和可行性。此外，在城市交通管理中，通過無人機航拍，可以實現(xiàn)對道路交通流量的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，提高城市交通管理的效率和精度，為城市交通管理提供更好的數(shù)據(jù)支持。

2.7 城市環(huán)境監(jiān)測

城市環(huán)境監(jiān)測是指對城市環(huán)境中的污染物、噪聲、輻射等進(jìn)行檢測和監(jiān)測，以保障城市環(huán)境的質(zhì)量和健康?？諝赓|(zhì)量監(jiān)測：搭載空氣質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備，對城市空氣中的污染物進(jìn)行監(jiān)測。通過無人機的航拍，可以對城市空氣污染的分布和擴散情況進(jìn)行實時監(jiān)測和分析，為環(huán)境保護(hù)部門提供數(shù)據(jù)支持。噪聲監(jiān)測：搭載噪聲監(jiān)測設(shè)備，對城市噪聲進(jìn)行監(jiān)測。通過航拍影像和噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)的配合分析，可以了解城市噪聲污染的分布和影響范圍，為城市環(huán)境噪聲治理提供數(shù)據(jù)支持。環(huán)境變化監(jiān)測：通過對不同時期城市航拍影像的比對，實現(xiàn)城市環(huán)境變化的監(jiān)測。例如，可以對城市綠化覆蓋率、建筑物數(shù)量和布局、道路交通狀況等進(jìn)行比對分析，為城市環(huán)境規(guī)劃和管理提供數(shù)據(jù)支持。輻射監(jiān)測：搭載輻射監(jiān)測設(shè)備，對城市輻射環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測[5]。通過無人機的航拍，可以對城市輻射污染源進(jìn)行快速定位和監(jiān)測，為環(huán)境保護(hù)部門提供數(shù)據(jù)支持。

3 無人機攝影測量在城市規(guī)劃中存在的問題和挑戰(zhàn)

3.1 數(shù)據(jù)處理和分析

由于無人機航拍獲取的數(shù)據(jù)量較大，需要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和分析，才能得到可用的三維地圖和數(shù)字高程模型等產(chǎn)品。數(shù)據(jù)處理和分析環(huán)節(jié)包括影像校正、配準(zhǔn)、融合和數(shù)字高程模型生成等操作，需要借助計算機和相關(guān)軟件進(jìn)行處理。在數(shù)據(jù)處理和分析過程中，需要進(jìn)行影像校正，即對航拍影像進(jìn)行去畸變和幾何校正，確保影像數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精度。同時，需要進(jìn)行影像配準(zhǔn)，即對不同影像之間進(jìn)行匹配和對齊，以獲取影像之間的空間關(guān)系。影像融合則是將多幅影像融合成一幅影像，以提高影像數(shù)據(jù)的空間分辨率和質(zhì)量。

3.2 隱私和安全問題

隨著無人機技術(shù)的普及和應(yīng)用，人們對于個人隱私和安全的擔(dān)憂也越來越多。下面介紹無人機攝影測量技術(shù)中的隱私和安全問題。無人機攝影測量技術(shù)可以通過航拍獲取高分辨率的影像數(shù)據(jù)，其中可能包含個人隱私信息。例如，航拍影像可能會顯示個人住房、車輛、行動軌跡等信息，如果這些數(shù)據(jù)被不當(dāng)使用，將會對個人隱私造成威脅。無人機攝影測量技術(shù)的應(yīng)用還可能帶來安全問題。例如，無人機攝影測量技術(shù)可以用于實施惡意攻擊，例如監(jiān)視、侵犯他人隱私、竊取商業(yè)機密等。此外，無人機攝影測量技術(shù)也可以用于實施恐怖襲擊和犯罪行為。

為了解決無人機攝影測量技術(shù)中的隱私和安全問題，需要加強隱私保護(hù)和安全管理。政府和相關(guān)機構(gòu)需要出臺相應(yīng)的政策和規(guī)定，加強對無人機攝影測量技術(shù)的監(jiān)管，保障公民的隱私和安全。同時，無人機廠商和用戶也需要遵守相關(guān)的法律法規(guī)和道德準(zhǔn)則，確保無人機攝影測量技術(shù)的合法和規(guī)范應(yīng)用。

4 無人機攝影測量在城市規(guī)劃中的未來發(fā)展趨勢

無人機攝影測量技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著的成效，并具有廣闊的發(fā)展前景。未來無人機攝影測量技術(shù)將進(jìn)一步深化與城市規(guī)劃的融合，為城市規(guī)劃和管理提供更加精準(zhǔn)、高效的數(shù)據(jù)支撐[6]。第一，無人機攝影測量技術(shù)將逐漸實現(xiàn)智能化和自主化。無人機將配備更加先進(jìn)的傳感器和計算機設(shè)備，可以進(jìn)行實時數(shù)據(jù)處理和分析，實現(xiàn)自主導(dǎo)航和智能飛行。這將使無人機攝影測量技術(shù)更加高效、精準(zhǔn)、智能化。第二，無人機攝影測量技術(shù)將實現(xiàn)更高的精度和分辨率。通過對無人機技術(shù)的不斷改進(jìn)和升級，可以獲得更高的空間分辨率和精度，進(jìn)一步提升無人機攝影測量技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用價值。第三，無人機攝影測量技術(shù)將與大數(shù)據(jù)和人工智能等前沿技術(shù)進(jìn)行融合。通過對大數(shù)據(jù)和人工智能的應(yīng)用，可以快速地對大規(guī)模的無人機攝影測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，提取有價值的信息，為城市規(guī)劃和管理提供更加智能化和精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。第四，無人機攝影測量技術(shù)將進(jìn)一步實現(xiàn)多樣化和全面化。不僅可以應(yīng)用于城市規(guī)劃和管理領(lǐng)域，還可以應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害預(yù)警、農(nóng)業(yè)管理等領(lǐng)域。同時，無人機攝影測量技術(shù)也將與其他技術(shù)手段進(jìn)行融合，例如衛(wèi)星遙感技術(shù)、激光雷達(dá)技術(shù)等，實現(xiàn)全方位、多層次的城市信息獲取和分析。

5 結(jié)語

無人機攝影測量技術(shù)作為一種新興的數(shù)據(jù)獲取和分析手段，具有廣泛的應(yīng)用前景和市場需求。在城市規(guī)劃中的應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著的成效，未來將進(jìn)一步深化與城市規(guī)劃的融合。為了實現(xiàn)無人機攝影測量技術(shù)的合理和規(guī)范應(yīng)用，需要加強技術(shù)研發(fā)，提高數(shù)據(jù)處理和安全管理水平，加強對無人機攝影測量技術(shù)的監(jiān)管和規(guī)范。