初探城市规划中对无人机航拍的应用

文/ 甘 炼 河北和腾城乡规划设计有限责任公司 城市规划师

一、中国民用无人机发展背景

20世纪80年代中国民用无人机开始起步，1980年3月，西北工业大学研发了一种多用途无人驾驶飞机D-4，主要用于航空测绘和航空物理探矿，它开创了中国无人机军用转民用的先河，是真正意义上的第一款民用无人机型号。

图1 D-4 无人机

20世纪90年代至2006年，民营企业陆续加入到民用无人机的研发队伍中，1996年西安爱生技术集团公司（前身为西北工业大学无人机研究所）研制出具有里程碑意义的ASN206中短程多用途无人驾驶飞机，实现了无人机的军民两用。

图2 大疆Phantom3无人机

2007年到2012年前后，民用无人机制造商如雨后春笋般涌现，与此同时，军工集团也开始涉足民用领域。这期间，2008年，面向民用领域的长航时中空无人机“黔中1号”顺利首飞。

2012年前后至今，以大疆产品为代表的无人机向消费级市场展开强烈攻势，使无人机真正走进了大众视野；Phantom3的问世，让航拍成为流行；零度智控、奇蛙、云顶智能等众企业的参与，更是将消费级无人机市场推向了红海。

随着城镇化进程的加快，城市规划行业由于其对基础数据的现势性要求较高，使得传统的数据采集与加工应用效率已经不能满足在现代信息化背景下城市规划工作的需要，而作为继卫星遥感、大飞机遥感之后发展起来的一项新型航空遥感技术，新兴的无人机航拍技术非常适合小范围内高分辨率遥感数据的即时获取。因此，利用无人机航拍技术在规划信息化领域的应用，可以缩短各种规划基础地理数据的采集时限，提高规划数据的采集效率；扩大规划数据的应用广度，拓展规划应用的深度。

二、具体应用分析

（一）现状资料调查

在城市规划工作中，传统的方式主要是依托各种比例尺的线划地形图、卫星遥感图、航拍图、现场影像照片、历史文档及图片等，这些方式有着采集周期长、直观性差、经费需求高、图像可视视角窄等缺点，难以进一步提高工作的精度与准确度。无人机航拍可以半天时间即可对一个单元地块现场进行实时的大范围、多视角的数据采集（见图3和图4），通过将拍摄画面进行快速拼接和精密测量，直接对应可生成多种规划前期调研所需的的全方位视角影像资料数据，支撑城市规划工作的科学性。

图3 内丘县某居住片区

图4 内丘县南水北调河道

（二）支撑规划场地信息化建设

城乡规划现阶段缺乏对于存量空间的标准化、规范化的信息建设。基于航拍技术建立的三维模型能够直观的反映出城市及村落的布局形态、分布特点、比例，人群活动习惯、聚集点分布等（见图5），二者相结合可为场地的业态分布、功能分区、设施管线布置提供科学依据。利用无人机俯拍，对三维模型中地形地貌进行分析，三维展示该地区叠加的多样化信息，有助于城乡存量空间快速细致的调研分析和展示。有效避免现在某些村落规划中将房屋修建在坡地上的尴尬问题。

图5 某干道路口交通流量航拍统计

（三）支持城市设计可视化分析

真实的纹理是构建建筑物精细三维模型所必需的，在以往的城市设计工作中，往往现状资料采集基于地面，缺乏空中视角的资料，而最后规划成果恰好又是空中视角为主，所以在航拍介入的城市设计中，能实现规划后与规划前的同一视角对比，也能对建筑容积率、建筑密度、日照等进行空间分析，构建一个指标的三维可视化表达，实现视觉分析、日照分析、D/H值确定等内容。

三、无人机航拍技术应用的优缺点

（一）应用带来的优势

1、拍摄视角宽，信息量大

随着城市规划师工作范围的扩大，城市规划师的工作量也呈几何倍的增加，分析现状的工作量耗费大量的人力、物力。无人机航拍技术不仅能快速、高效地对周边环境进行测量航拍，并且能够将数据通过计算机技术进行处理转换成清晰易懂的三维和二维图像信息，为城市规划师及时掌握场地现状及周边环境进行分析，并基于现状做出合 理的规划设计。

2、设备体量小，操作灵活

一般测绘航拍的无人机体量都不会太大，机身携带组装都很方便、灵活，尤其是无人机的可测范围广、起降方式可人工或电脑控制，对起降场地的要求不高等特点，更使得无人机能在山高、地形复杂、客观条件较差的地方得到应用，极大地提高了测绘成果的实效、准确性，保证工作高效、快速的进行。

3、照片分辨率高，设备存储量大

无人机进行航拍时所用的相机可根据用户的个人需求进行调节，其所搭载的数码相机低空分辨率甚至可达到厘米，且收集处理信息非常迅速，机体储存空间也很强大，不是人为现场测量所能比拟的。

4、设备易操作和易维护

无人机航拍测绘并不需要太多的专业知识，即使是在处理信息时，也只是坐在计算机前对几个软件进行简单的操作，并且整个工作所需要的人手不多，2～4人就能完成整套工作，而且，由于无人机组件都相对较小，拆装容易，便于维修和保养。

（二）应用存在的问题

1、飞行时间短，起降频繁

现在的无人机一般都使用锂电池，飞行时间一般都在20～30分钟，一般情况下，1台无人机要配备4～6块电池才能保证飞行测量时间充足。

2、易受到天气状况的影响

由于无人机重量轻、速度快，使得无人机对飞行天气的状况要求较高。有风、有雾、有雨、有雪的天气都会影响无人机航拍的质量与速度，有时甚至不能进行飞行航拍。

3、我国对无人机飞行的要求越来越高

近年我国在无人机方面进行了一些立法工作，主要包括飞行管制、航空性 审定、航空器驾驶人员审核和航空作业许可等方面。

四、无人机航拍技术应用的展望

随着科学技术的不断完善和突破，如四旋翼无人机技术的不断完善，使得搭载先进摄影测量和三维激光扫描设备也得于实现，可更加高效准确地建立数字三维真实城市模型。应用数字三维建模技术进行规划前和规划中的三维规划管理，通过建立三维真实影像模型，可以让城市规划管理者直观、真实、详细、准确地了解项目的实际建设情况，为规划核实管理提供细致、准确、高效的建筑数据。随着时间的推移，国家制度的完善，无人机市场的将不断规范化。无人机航拍成果的应用，必将在国家监管层面的引导与控制下，为城市规划领域应用提供新的应用、分析方法和管理手段，为规划管理提供精准的数据支持，为规划决策提供科学的信息支撑，进而在城市应急保障、公共安全、快速响应等智慧城市建设过程中发挥更为积极的作用，进一步推动城市经济的健康可持续发展。▲