倾斜摄影测量在城市规划建设管理中的应用

余传富 李军吉

(1.绍兴市城乡规划管理处，浙江 绍兴 312000；2.绍兴市城市规划测绘院，浙江 绍兴 312000)

0 引言

随着我国城镇化建设的推进，大量人口向城镇集聚，城镇的建设和管理是否科学合理并具有前瞻性，除了考验管理者的能力，也体现了新技术的应用广度和深度.

BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)技术实现了将二维数据生成三维模型，从而广泛应用于城市规划展示、建设项目审批辅助决策以及一些城镇管理等方面.由于模型与实际还是有一定的区别，因此，近几年这项技术的应用逐渐被一些新技术所替代，其中前景最好的是倾斜摄影测量技术.倾斜摄影测量技术虽起源于测绘领域，但由于其具有的实景三维效果及尺寸可量测性，目前已探索性地应用于城乡风貌和规划展示、建设项目规划审批辅助决策、传统及历史建筑保护、环境整治、违章建筑查处等方面，并取得了很好的效果.

1 倾斜摄影测量技术

倾斜摄影测量技术是在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从多个角度采集影像，从而获取地面物体全方位的数据,数据经过处理后生成的影像为实景三维影像[1].与常规航空摄影相比，倾斜摄影测量技术的优势在于能够获得地物的立面影像，使得影像解译变得更简单、更直观.采用该技术制作的实景三维影像成果真实,能多方位反映地物形状与纹理,对于地面周围的反映符合人类感知.倾斜摄影拍摄的数据通过内业数据处理可得出带有坐标位置信息的三维点云数据,这样基于实景三维影像就可以直接量测点位的坐标,地物的高度、长度、角度,以及区域的坡度、面积[2-4]等，弥补了传统由建模获取数据的缺陷.

2 技术应用

2.1 城乡风貌展示

在没有倾斜摄影测量技术以前，要对一个城镇进行风貌展示，传统的方法是通过选取有代表性场景、以最佳角度拍摄的照片和视频展示，并通过人物采访和视频解说锦上添花.受诸多条件限制，该方法不能全面反映其原始风貌，而倾斜摄影测量技术的出现，就很好地解决了此问题.倾斜摄影装置中的无人机，其在空中的角度、高度可根据需要设置，拍摄的影像能空中、地面立体完整展示一个城镇或一个区域的真实风貌;如果辅助地面街景及室内三维模型，达到的展示效果是传统方法所无法企及的.图1为绍兴市鲁迅故里历史街区局部三维影像截图.

2.2 传统和历史建筑保护

传统和历史建筑是我们民族文化的传承和历史的延续[5]，除了要提高全民的保护意识，专业部门更要有好的办法和高度的责任心.相比欧式建筑，我国的传统建筑多以木结构为主，更容易受气候影响而受损.由于种种原因，能进入各级文物保护部门保护名录的只是其中的一部分，很多优秀的传统和历史建筑仍然处于失管状态，抢救性的保护刻不容缓.要做好保护，首要的就是要全方位影像资料留存.不管是日常修缮与维护，还是移建甚至是损毁后的重建，都需要第一手资料.

这些传统和历史建筑因年代久远，大多缺乏建造时的设计图纸，现在利用倾斜摄影测量技术可以很方便地获取真实的三维影像，该影像不仅具有可量测性，还保留了建筑的纹理，便于修缮时保持原有的特质，修旧如旧.有很多的仿古建筑就是因为在外部纹理和细节上不注意，给人以不真实的感受，完全违背了初衷.如果再结合目前处于前沿的激光扫描技术，更可以对室内、室外进行一体化扫描(图2为某历史街区室外三维扫描成果)，从而建立完整、清晰、精确的三维影像数据库.也可以利用这些成果绘制出常用的平面、立体、剖面图纸，方便日常的修缮保护工作.建立传统历史建筑三维影像库方法可行可靠，已在一些地方推广使用，是一件功在当代、利在千秋的好事.

2.3 规划辅助决策

城镇建设规划是龙头，规划方案审批是其中一个重要环节.任何一个地块的建设条件都有一个共性的要求，即与周边环境相协调.在没有BIM技术之前，协调性基本只是凭感觉.在BIM技术诞生后，在三维环境状态下，通过比对建筑形态、高度、天际线、空间尺度等，基本能够评判拟建建筑方案在协调性上的优劣，从而为规划方案的确定提供有效技术支撑.

图1 绍兴市鲁迅故里历史街区局部三维截图

图2 某历史街区室外三维扫描成果

BIM技术说到底是人工建模，对已有的建筑，特别是建筑形态复杂、历史悠久的建筑，BIM技术就难以表现它的细节，特别是其外在的色彩、纹理以及历史的沧桑感.倾斜摄影测量技术由于是通过获取多角度画面生成的三维影像，其与实际场景完全保持一致，因此是对原来一些技术的彻底颠覆.在这种环境下，将规划设计方案与周边场景进行比对，将获得真实的感受，对方案的规划决策有极大的辅助作用[6].

根据2013年中央城镇化工作会议精神，要尽快把每个城市特别是特大城市的开发边界划定，其主要目的是推动城市发展由外延扩张式向提升式转变.做好城市提升式发展，首要工作是要做好城市规划，其核心是做好城市设计.而要做好城市设计，除了做好常规的填充式规划外，更多的是要做好城市更新工作.这种更新不是大拆大建，而是在基本不改变城市机理、在不破坏原有城市风貌的基础上，调整完善配套设施和使用功能.以协调为原则，适度进行改造，让城市焕发新的生命，让城市延续她的历史；让生活在此的人，或曾经在此工作、生活的人，甚至是到过此地的人，无论岁月变换，都能从城市中找寻到曾经的记忆和乡愁，深深喜欢和爱上这座城市.

这种城市规划有别于以前粗放式的规划，没有大手笔的豪放，有的是精耕细作.除了功能的调整和完善，城市规划最难的是协调性，这在平面二维条件下是很难判断的，在三维空间形态下尤其是在倾斜摄影测量技术日趋成熟的条件下，要完成好这份工作会方便得多.可以综合运用BIM和倾斜摄影测量等多种技术手段，对原有街区进行规划和设计，其特点是直观且方便.对不作变化的东西，仍然以原风貌存在，并与更新部分共存，更新部分直接在三维成果上进行编辑设计.采用新技术的规划设计效果与实际成效一致，不失真.如果再配以动态的效果，则表现更生动与逼真，有如身临其境，就如同我们看3D电影.

结合我国城镇规划管理的现状，倾斜摄影测量技术还可以广泛应用于街景改造、店招和广告设置等规划辅助决策中.城镇街道在进行立面改造时，在改造前的方案设计阶段，设计人员往往是到现场拍摄照片，调取原有施工图纸；如果没有原来的施工图纸，则需要通过测量获取相关数据；然后设计人员一幢一幢地进行立面设计，设计图纸也是二维的，少量也会提供BIM成果.由于改造设计效果展示很一般，审批人员很难判断决策.而采用倾斜摄影测量技术，很多工作都能在室内进行，可减少很多室外工作量，而且拍摄的影像全方位没有任何死角，设计人员可以很轻松地在三维影像的成果上进行设计，整体性、协调性一目了然，决策者据此就能做出正确的决定.

2.4 违章建筑监测

伴随城镇建设的发展，各种违章建筑也应运而生，城市管理部门想尽各种办法进行查处，但受监管力量、手段所限，违章建筑始终是城市的一个毒瘤挥之不去，既影响城市市容，也扰乱了城市建设的正常秩序.

一般违章建筑信息来源于人员巡查和举报，对于封闭空间内和屋顶上的违章建筑，巡查就显得非常不便.如果业主不配合就很难取证，要想依法处置就更难.

浙江省自2013年开展“三改一拆”工作以来，由于各级政府高度重视，违章建筑拆除工作不断推进.近年来，伴随着无人机摄影技术的推广，可以做到无死角监测违章建筑，效率大大提高.目前行之有效的做法是：首先用无人机对目标区域进行正射影像拍摄，获取正射影像图；其次，比对前后两次影像图(图3为不同时期的航拍对比图)，就能基本确定违章建筑信息，包括违章建筑位置、大致体量等[7].如果要求高，再辅助三维倾斜摄影测量成果，违章建筑的信息将更全面.对查处的违章建筑，尤其是规划将要拆除的区域，可以真实记录违章建筑信息，杜绝私建乱搭现象，以减少国家损失.自2017年以来，绍兴市就开展对部分城市建成区进行无人机航摄查找违章建筑的工作，取得了很好的成效，并建立了相应的长效机制.

2.5 留住记忆

随着城镇化发展，很多历史街区、有保护价值的建筑、村庄等不可避免地被拆迁，对于生于斯长于斯的人来说，在享受城镇化带来好处的同时，也给他们留下很多遗憾——乡愁难以忘怀.以前人们最多是在老房子前拍照留念，有了倾斜摄影测量技术后，除了在房前留影，还可以制作实景三维影像产品，用不多的费用即可充分满足人们的情感和工作需求，留住记忆，记住乡愁.

绍兴市某新区几十个村庄因为建设需要实施拆迁，为此该新区委托绍兴市城市规划测绘院用倾斜摄影测量技术，制作了拆迁前的村庄实景三维影像产品，户均费用不足100元，深受广大村民和各界的欢迎，不论是通过手机还是电脑，都能随时从任意角度、远近调看(见图4).从村民开心的笑容中能感受到新科技带给他们的欢乐，也缓解了他们因迁移故里而带来的愁绪.

图3 不同时期的航拍对比图

3 应用展望

可以预见，随着倾斜摄影测量技术的发展以及软件的升级换代，投入、应用成本及制作费用会逐渐降低.通过融合地面三维激光扫描、室内定位等新兴技术，倾斜摄影制作成果的精度也将进一步提高，该技术将逐步取代传统的数据获取方式.实践证明，通过无人机航拍采集的影像分辨率优于5 cm时，建立的三维模型所获取的各地物点三维坐标与实测坐标点精度误差符合1∶1 000比例尺测量精度要求，且实景三维影像由点云数据支撑,可进行位置定位和面积量测.该成果不仅可以为工程设计过程中的房屋面积统计、工程量估算、建设资金预算等工作提供精准的数据支持，也将为城市精细化管理、土地利用、防洪减灾、地质灾害评估等领域提供大数据支持.

当然，随着应用的普及和范围的不断扩大，有一些跨学科的技术问题需解决，一些技术瓶颈有待攻克.如：如何快速解决建筑单体化；如何很方便地对单体化进行编辑处理[8]；如何在一般气候条件下提高倾斜摄影三维成果质量，改变和改善无人机靠天吃饭的通病.很多科技公司都在进行深入开发，成果层出不穷.我们有理由相信，随着技术的进步，倾斜摄影测量技术将为城乡建设、管理提供更方便、高效和高质量的服务.

图4 某村拆迁前的实景三维影像截图