A D2000 está equipada com o módulo de câmera inclinável D-OP4000 para auxiliar na construção de cidades inteligentes no centro de Xangai.

Com a transformação e modernização contínuas da "cidade digital" do meu país para "cidade inteligente", as aplicações de SIG baseadas em dados vetoriais bidimensionais têm encontrado dificuldades para atender às necessidades da gestão urbana inteligente. A importante tarefa de mapeamento e levantamento topográfico nacional durante o "14º Plano Quinquenal" tornou a plataforma urbana 3D fundamental para a gestão abrangente de recursos naturais e para a gestão de cidades inteligentes, fornecendo dados e informações essenciais para o planejamento urbano, gestão, combate a incêndios, resposta a emergências, monitoramento do meio ambiente, entre outros. Portanto, a obtenção rápida e precisa de dados 3D no espaço geográfico tornou-se um importante pilar para a construção da realidade 3D na China. A fotogrametria oblíqua com drones (UAV) emergiu como um método importante para a obtenção de dados fotográficos oblíquos, devido à sua capacidade de aquisição de dados eficiente e flexível.

No entanto, em comparação com câmeras aéreas profissionais, possui uma carga mais leve e uma distância focal menor. Como obter imagens fotográficas oblíquas de alta resolução com drones em áreas urbanas centrais com muitos edifícios altos e grandes diferenças de altura entre eles tornou-se um desafio técnico na fotogrametria oblíqua urbana com drones. Este estudo utiliza o drone quadricóptero Pegasus D2000, equipado com um módulo de fotografia oblíqua teleobjetiva D-OP4000 (distância focal: 40 mm para visão inferior, 56 mm para visão lateral), para explorar a aquisição de dados e a modelagem 3D de cenas reais por meio da fotogrametria oblíqua com drones na área urbana central de uma megacidade.

Área de estudo

A área de pesquisa está localizada na margem norte do rio Huangpu, em Xangai, adjacente à Rua Nanjing. Ali se encontra o famoso Museu Internacional de Arquitetura de Xangai. Os demais edifícios com mais de 100 metros de altura são relativamente pequenos, o que torna necessário obter imagens fotográficas oblíquas de alta resolução com drones, uma tarefa bastante complexa.

Fotos de edifícios altos na área de estudo

O percurso técnico é apresentado na Figura 3. De acordo com os dados do Modelo Digital de Superfície (MDS) referentes à altura dos edifícios na área do Bund Norte de Xangai, o modelo digital de elevação PHOTOMOD foi utilizado para editar manualmente o MDS. Foram realizados voos com variação de altura para alguns edifícios com 320 metros e 260 metros de altura.

Terreno artificial

O modelo digital de superfície da área de pesquisa é mostrado na Figura 4. As alturas dos edifícios variam de 3 a 320 metros, sendo o edifício mais alto, o Edifício Magnolia, com 320 metros de altura. Utilize o módulo de edição DEM do PHOTOMOD para editar e modificar manualmente o modelo DSM, centralizando-o no Edifício Magnolia (estendendo-o por 100 metros) com alturas de 80 metros (vermelho), 50 metros (amarelo claro), 30 metros (amarelo) e 10 metros (verde) no terreno escalonado.

Planejamento de rotas

De acordo com o terreno simulado artificialmente, o voo em altitude é realizado. A altitude de voo planejada é de 319 metros, e a altitude máxima de voo em Magnolia Plaza é de 400 metros. A sobreposição da rota é de 80% e a sobreposição lateral é de 70%.

Layout e medição de pontos de controle de imagem

Como a área de levantamento está localizada na zona urbana central, este projeto organiza pontos de controle terrestre e pontos de inspeção a uma distância de 200 a 300 metros, adotando faixas de pedestres, esquinas com degraus, etc., existentes como pontos de controle de imagem. O método de medição RTK, em modo de estação móvel da rede CORS, mede as coordenadas dos pontos de controle de imagem, totalizando 50 pontos de controle de imagem e pontos de inspeção.

mapa de medição e distribuição de pontos de controle terrestre

Voo de drone

Como a área de levantamento está localizada no centro de Xangai, a interferência eletromagnética é relativamente intensa. Para manter a comunicação entre o drone e a estação terrestre, o ponto de decolagem escolhido foi o heliponto no telhado do edifício Raffles City, com 260 metros de altura. A decolagem do telhado apresenta duas vantagens: (1) A distância efetiva de comunicação entre o drone e a estação terrestre no centro da cidade é de aproximadamente 1 km, mas no topo da torre Raffles City, a comunicação da aeronave pode ser garantida, o que facilita o gerenciamento de situações especiais e garante a segurança do voo; (2) Como a carga do D-OP4000 é maior do que a do ortofoto e do D-OP3000, voar do telhado de um edifício de 260 metros de altura minimiza o consumo de energia do drone durante a subida e melhora o desempenho da fotografia com inclinação. A área de levantamento é de aproximadamente 5,46 quilômetros quadrados, e um total de 4 voos foram realizados. São apresentadas fotos das operações de campo.

operações de voo de UAV

Vista do horizonte do North Bund em Xangai.

As vistas laterais do Bund Norte foram obtidas sequencialmente ao longo da linha central do canal do Rio Huangpu, e então todas as vistas laterais foram unidas em um mapa da paisagem do horizonte do Bund em Xangai, como mostrado na Figura 9. Através da produção do mapa da paisagem do horizonte, a bela paisagem do Museu de Arquitetura Wanguo, na margem norte do Rio Huangpu em Xangai, é bem representada. Isso fornece excelentes materiais para o planejamento de construção urbana e para a proteção e preservação de edifícios históricos em Xangai.

Restauração e preservação de edifícios históricos

O Bund é conhecido como o Museu da Arquitetura Internacional de Xangai, portanto, como protegê-lo e restaurá-lo é uma questão importante no planejamento urbano da cidade. Tomemos como exemplo o Edifício de Xangai (anteriormente conhecido como Broadway Mansions Broadway Building), projetado pelo renomado arquiteto britânico Francais em 1934. Por exemplo, através da fotogrametria aérea com drones, podemos obter com precisão a fachada e as dimensões do projeto do Edifício de Xangai, além de fornecer imagens dos efeitos da restauração e um plano de construção para a proteção e restauração do edifício, com base em um modelo 3D real.

Esta pesquisa foi realizada no centro de Xangai, uma região com muitos arranha-céus e um ambiente eletromagnético complexo. A cidade é bastante representativa da aplicação de fotogrametria oblíqua em cidades inteligentes em todo o país. O estudo adota, de forma inovadora, um esquema de simulação artificial de mudanças no terreno por meio de voos em grandes altitudes, combinado com as características de desempenho da câmera full-frame D-OP4000 (40mm). Dessa forma, resolve-se o problema de múltiplos voos na área urbana central, o que não só melhora a eficiência da fotogrametria aérea oblíqua, como também garante a qualidade da coleta de dados. As principais conclusões são as seguintes:

(1) Voo com mudança de terreno simulado artificialmente: A altura dos edifícios urbanos é otimizada e simulada artificialmente no terreno e, em seguida, combinada com o planejamento e projeto da rota de mudança de altitude do UAV, resolve o problema da resolução de voo inconsistente da modelagem da cidade pelo UAV e a necessidade de sobrevoar uma área de levantamento várias vezes de acordo com as diferentes alturas dos andares. Isso não apenas melhora a eficiência da coleta de dados, mas também garante a qualidade dos dados;

(2) Decolagem teleobjetiva do telhado: Devido aos altos andares na área urbana central, é difícil coletar imagens de alta resolução com câmeras de distância focal comum. Por exemplo, o edifício mais alto nesta área de estudo tem 320 metros. Para imagens de alta resolução, a altitude de voo é de cerca de 191 metros, e os riscos de voo são prováveis ​​perto de edifícios altos com alturas de 260 e 320 metros, e no plano de voo, diferentes altitudes devem ser adotadas de acordo com a altura dos edifícios. Isso é algo que costumamos dizer que acontece em muitos casos. Mas neste estudo, a câmera com uma longa distância focal (40 mm) pode ser usada para coletar dados com a mesma resolução (3 cm) a uma altitude de voo maior (319 m). Ao mesmo tempo, o ponto de decolagem é definido no telhado de um edifício de 260 metros de altura, o que não só resolve o problema da forte interferência eletromagnética do voo do UAV na cidade, mas também melhora a eficiência da rota de voo da bateria do UAV e reduz o tempo de subida no ar.

(3) Explorando os cenários de aplicação do modelo 3D de cena real: este estudo extraiu a paisagem do horizonte na margem norte do rio Huangpu através dos dados do modelo 3D urbano de cena real e usou o modelo 3D de cena real para medição e projeto de esquema na preparação do plano de proteção e reparo de edifícios de Xangai, o que enriqueceu os cenários de aplicação de modelos 3D do mundo real.