郭海乐

(东莞市地理信息与规划编制研究中心，广东 东莞 523000)

0 引 言

计算机技术的发展实现了对城市规划、管理、建设的维度，城市理的数字化表达正逐步由二维向三维过渡，与之对应的城市规模化建设也呈现一种立体化趋势[1]。相比常规的二维化表达，三维数据具有更强的丰富性与立体性，可在规划过程中，实现空间的动态化交互。

传统的城市规划管理以二维人工建模方式进行操作，尽管此种操作方式可以满足城市规划管理的基本需求，但在此过程中需要管理方投入大量的人力与物力资源，通过布设传感器人工获取数据信息。一旦传感仪器的布设位置存在偏差，便会在构建复杂场景结构时出现精度方面误差。而在本文的研究中，引进了倾斜摄影技术，采用三维激光扫描的方式，对构建场景的精度与效率进行针对性处理[2]。以此解决点云数据冗余量大、场景重构效率低、算法计算步骤复杂等问题。但相关此方面的研究截至目前尚未输出有效的研究成果，大多检验仅局限于理论。因此，本文将基于实践层面，对此项技术在城市规划管理中的应用进行深入研究，以期通过此次研究，实现对城市三维立体模型的高效率构建，解决城市传统规划管理工作存在的不足。

1 基于倾斜摄影测量三维重建的城市规划管理

1.1 倾斜摄影测量像控点选取与测定

在对城市规划管理前，首先需要通过倾斜摄影测量像控点对城市整体面貌进行把握。在对像控点选取时，根据城市规划建设的特点，应当采用平高点作为主要的测控点[3]。同时，选择以无人机航拍摄像上影像能够清晰显示，并且坐标明确的特征点作为像控点。利用ZJCORS对需要进行规划管理的城市区域的像控点进行测量。在测量的过程中，保证对每个像控点完成2次观测，并且每次不得少于10个历元，选择每次测量得到的数据平均值作为最终的测定结果。倾斜摄影测量像控点布设方案。

图1 倾斜摄影测量像控点布设方案示意图

图1中K1～K13表示为该区域当中所有的测控点，为了确保后续测量及匹配的效率，针对图像当中存在的部分不具备较高测量价值的测点，例如K2、K3、K9等，可将其排除，选择将剩余测点作为像控点[4]。在实际操作中，针对像控点测量可选用GNSS RTk配合电子手簿的方式完成测定。

1.2 无人机倾斜摄影及城市影像匹配

在上述倾斜摄影测量像控点的基础上，利用无人机实现对城市图像的倾斜摄影。在实际操作中，首先需要针对无人机的性能进行检验，再根据规划管理需要对无人机的飞行路线进行明确，最后完成数据的采集以及对城市影像的匹配[5]。无人机的性能测试主要是针对其是否能正常起飞，电池电量是否充足等问题进行检验。在确定无人机的运行质量后，要求无人机在飞行过程中其相应的航摄参数应当按照表1所列来设定。

表1 无人机倾斜航摄参数表

按照表1所示内容对无人机倾斜航摄参数设定，以此能够确保城市规划管理范围内模型的完整性。为了提高影响的匹配精度，本文选择引入Siamese网络对影像特征元素进行完整性保留，并将传统方法中取出的池化层抽象语义特征进行充分保留，以此确保最终匹配效果符合后续城市风貌三维模型的构建需要。

1.3 基于点云数据的城市风貌三维模型重构

结合上述测量得到的影像图像的点云数据对城市风貌三维模型进行构建。将模型看作一个二元组，其表达式为：(K，T)，其中K表示为模型当中所有的拓扑信息集合，T表示为模型当中所有顶点结构集合，其表达式为：T={t1，t2，t3，……，tn}，以此通过(K，T)确定网格结构当中的集合图像以及对应位置。同时，为了能够保证构建的三维模型精度更高，避免点云数据密度和噪声的影响，可在建模过程中，保留与城市地物结构相关的边缘性数据，结合Delaunay法的应用，构建城市风貌形态的三角网。并使用Voronoi构建相邻线条的外接圆，构建场景中三角形的最大角和最小角，通过三角网格的方式实现对三维模型的重构，如图2所示。

图2 基于点云数据的城市风貌三维模型示意图

通过上述构建的城市风貌三维模型可更加真实并详细地展示城市地理面貌，并为规划管理人员以及后期城市在发展和建设中的旅游服务业、房地产开发等项目带来便利条件。

2 对比实验

结合本文上述论述内容，完成对基于倾斜摄影测量三维重建的城市规划管理方法在理论层面上的设计，为验证该方法在实际城市规划建设当中是否能够实现对其有效管理，选择将某城市作为研究区域，针对该城市正在开展的规划项目分别利用本文提出的管理方法和传统管理方法对其进行规划管理。已知在两种管理方法当中都需要实现对城市规划模型的建立，因此，为了方便验证，可以选择将两种管理方法中模型在水平方向、垂直方向以及空间坐标方向上的精度作为实验评价依据。三个方向上的误差可通过以下公式计算得出：

(1)

公式中，m表示为水平方向、垂直方向或空间坐标方向上模型的误差；n表示为测点个数；[ΔΔ]表示为观测点与真值之间的差。根据上述公式，在两种管理方法中在其模型上随机选择三个对应位置作为测点，并计算模型三个测点上三个方向上的误差，并将得出的实验结果绘制成表2。

表2 两种管理方法模型误差对照表

从表2记录结果可以看出，本文管理方法其模型上三个测点在三个方向上的误差均在0.010～0.025 m范围以内，而传统管理方法模型上三个测点在三个方向上的误差均超过了0.100 0 m，严重不符合城市规划中对规划模型提出的精度要求。因此，通过上述对比实验得出结论：本文提出的引入倾斜摄影测量三维重建的管理方法在实际应用中能够为城市规划管理提供更高精度的辅助条件。

3 结束语

为了解决城市规划管理工作中存在的问题，本文此次研究引进了倾斜摄影测量技术，结合获取的点云数据，进行城市风貌的三维重构研究。为了证明此次研究成果可真正应用到城市规划管理与建设中，选择将某城市作为研究区域，采用实验的方式，对设计的成功进行了检验。总之，在新技术的应用与指示下，外业数据采集能力、点云数据处理效率、重构场景的真实性均在不同程度上呈现提升趋势。因此，可在后期的相关研究中，尝试将本文设计的成果应用到试点工程的管理与规划中，在经过多次实践证明此方法有效后，再将此方法应用到试点城市的建设工作中，以此实现我国城市规划与建设的可持续发展。