面向城乡规划的无人机研发与实景三维建模技术

  　　基本信息

　　项目名称：面向城乡规划的无人机研发与实景三维建模技术

　　来源：第十二届“挑战杯”作品

　　小类：机械与控制

　　大类：科技发明制作A类

　　简介：

　　本项目研发面向城乡规划的无人机，以及倾斜摄影技术、全球定位系统、实景三维建模技术、三维地理信息技术，生产高分辨率正射影像、大比例尺地形图、实景三维模型、数字地形模型，并在网络平台或移动终端发布。通过日照辐射量分析、视域分析、敏感点分析等为设计师及审批管理人员展现详细规划方案、方案属性和规划指标信息，为决策者提供直观可靠的辅助决策信息。

　　详细介绍：

　　当前我国城市化进程处于深入发展时期，城乡规划编制和管理面临新的要求与挑战。传统二维平面规划技术手段不足以应对新要求，无人机航空摄影测量、实景三维建模、三维GIS等前沿空间信息技术，为解决当前城乡规划难题提供了新途径。本项目旨在研发符合当前城乡规划行业需求的无人机和实景三维建模技术，通过集成差分GPS与INS惯导、高精度RTK，实现内、外业工作量显著减少。目标规划区域自动生成航线的基础上，生产高分辨率数字测绘产品。通过飞机整体模块化设计，运用高性能锂电池、航空EPO材料、降落伞机尾释放装置，实现单架次作业面积提升、飞机使用安全可靠。通过无人机和实景三维建模技术，生产面向城乡规划行业的实景三维模型，主要应用于城乡规划的现状调查分析、规划方案对比、辅助政府部门审批监管等方面，提供天际线分析、敏感点分析、视域分析、工程建设监管等多项定性、定量分析，将城乡规划行业技术手段从二维升级到三维，为城乡规划从业者们做出最终决定提供科学有效地帮助，提高了规划设计的科学性，规划管理的效率，具有广泛的应用前景。

　　作品专业信息

　　撰写目的和基本思路：

　　城乡规划建设过程中需要大量城乡自然以及历史资料、城乡技术经济资料、建筑物现状资料、城乡环境资料等。传统的资料获取方式耗费大量人力财力，获取资料时间长，资料时效性差，逐渐不能满足智慧城市发展需要。基于上述现状，推动城乡规划工作应用技术改革被定为作品设计目标。

　　基本思路：

　　（1）调研城乡规划行业现状，考究问题，剖析需求

　　（2）编制研发方案，提出技术目标，制定实施步骤

　　（3）开展无人机研发工作，解决技实景三维建模术难题。

　　（4）整合三维地理信息系统技术、计算机技术、无人机技术，建立辅助城乡规划分析与成果展示系统。

　　科学性先进性及独特之处：

　　1.科学性：无人机倾斜摄影市场有待开拓，城市规划工作方法技术亟待革新，本作品顺应二者供需关系，整合了无人机倾斜摄影技术与三维建模技术，针对城市规划方法技术革新需求进行研发，实现了城市规划与无人机倾斜摄影跨专业结合，营造了二者在作品中协作共赢的关系，作品研发顺应客观市场规律要求。

　　2.先进性：作品整合无人机倾斜摄影技术，基于倾斜摄影数据搭建城市实景三维模型，利用模型辅助城市规划编制与管理工作。用于倾斜摄影的无人机作业任务精度达到0.02m，RTK刷新率达1000hz，续航时间多达120min，单次任务面积达8—10km2，多项关键指标占据业内领先地位。从基于倾斜摄影数据的实景建模技术在城市规划实际项目中应用状况看，降低了构建城市实景三维模型成本，大幅度提高了模型精细度，缩短了建模工作周期，城市规划方案编制可行性与城市规划管理工作时效性得到提升。

　　3.独特之处：（1）全自动操作（2）智能导航系统（3）机体结构优化设计（4）测量级测绘无人机（5）实时通信功能

　　应用价值和现实意义：

　　应用价值：在城乡规划的应用中，本项目提供的真三维数据可写实地反映地物的外观、位置、高度等属性，增强三维数据带来的高沉浸感，弥补了传统人工建模仿真度低的缺陷，旨在充分地发挥无人机在城乡规划中的作用，使无人机不仅发挥航拍的作用，更能对数据进行实时的智能化处理，为城乡规划提供准确、可靠的信息。在城乡规划中，具有真实性、高效率、高性价比同时其数据是带有空间位置信息的可量测影像数据，能同时输出DSM、DOM、TDOM、DLG、3D mesh等多种数据成果，可替代传统航空摄影测量。随着本项目技术的发展与成熟，可取代传统测量、拍摄、实现无人机航摄技术与实景三维建模技术在城市规划中的应用。可广泛应用于城乡规划编制与管理。

　　现实意义：（1）无人机倾斜摄影应用在城市规划中对于各设计单位将有可观的经济效益，能对数据进行实时的智能化处理，可缩短测量时间，减少测量资金，提高经济效益。（2）对于政府单位来说，无人机倾斜摄影可以运用在工程规划、设计和审查阶段用于现场勘查，利于全面了解施工地区及周边的环境，；在施工期间，无人机可以针对性地对面积、土石方体积、植被覆盖度、工程外观等进行勘查和测量，为环保部门判断环境评价结论和环境保护措施的合理性提供依据。无人机航摄为城乡规划提供准确、可靠的信息，获取更加全面的地物纹理细节，便于更加准确的进行设计与施工，有效避免重建工作，有效缩短建设时间、减少建设时间。

　　学术论文摘要：当前我国城市发展已进入内涵式发展新时代，城乡规划面临转型升级，传统城乡规划编制和管理的技术方法急需革新优化。本文利用无人机倾斜摄影技术，获取规划区三维模型、高分辨率正射影像、数字地形模型等数据，并在GIS平台中与规划区自然、经济、社会数据集成，为城乡规划编制提供更加丰富和精细的数据支持，实现三维场景中的方案对比优化，提升规划决策科学性和可操作性。利用无人机倾斜摄影技术，动态、实时监测城乡规划实施情况，动态监管城市建筑工程，辅助规划执法。

　　获奖情况：

  湖南城市学院“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖

　　鉴定结果：

  此项目研究成果在湖南省水资源研究和利用合作中心的规划项目中得到应用，产生了较好的经济效益和社会效益。得到业内专家的高度评价，专家一致认为，该成果达到国内先进水平。