一、引言

近年来，机载激光技术在城市规划建设中的应用越来越广泛，它能快速获取与处理城市的高精度三维空间信息，实现大范围、可视化、短周期的城市建设情况的动态监测，具有定量和客观的特征。一方面，能够有效地震慑城市违法违章建设活动，监督城市总体规划建设的执行，另一方面，也为处理城市灾害和紧急情况提供了高质量的直观的空间信息支持，促进我国城市规划建设的可持续发展，为政府宏观决策和依法行政提供科学依据。

中海达以此为契机，也积极发展机载激光测量设备，主要以三角翼、旋翼无人机、直升机等移动平台为载体，一体化集成三维激光扫描仪、航摄相机、GPS、IMU等传感器，并以自主的高精度时空同步和一体化多传感器集成技术为支撑，配备全套数据处理和应用软件，形成了中海达ARS系列机载激光测量系统，为实现低空机载高精度勘测提供装备支撑，能有效应用于城市规划监测领域。

二、中海达ARS系列机载激光测量系统

目前，中海达ARS系列机载激光测量系统主要包含了ARS-UP高清空中全景系统，ARS-100轻型机载激光扫描测量系统和ARS-1000机载激光扫描测量系统三种类型的产品。其中，ARS-UP高清空中全景系统是在旋翼无人机上搭载6个1200万像素的相机，同步获取高清影像，经过自动拼接和影像匀光、匀色处理，生成具有6000万像素的高清空中360度全景影像，能够应用于资源调查、城市规划和智慧景区等领域。ARS-100轻型机载三维激光扫描系统以旋翼无人机或三角翼轻型有人飞行平台为载体，搭载具有100m测程，发射频率70万/秒的激光扫描仪，同时配以高清微型单反相机、GPS、IMU等传感器，能够同步获取三维激光点云、高清影像和定位定姿数据，通过配备的全套数据处理和应用软件，广泛应用于小范围地形测绘、农村土地确权、电力巡检、公路勘测、堆体测量、考古调查与测绘、智慧社区/景区、数字城市等领域。ARS-1000机载三维激光扫描系统以大载荷旋翼无人机或三角翼和有人驾驶飞机等为载体，一体化集成55万/秒激光点云的高精度激光扫描仪，同时配备数码航摄相机、高精度POS（GPS和IMU）等传感器，能够获取高密度三维激光点云和高清影像并结合中海达配备的全套数据处理和应用软件，能够快速生成DEM、DSM和DOM，制作DLG和3D模型，广泛应用于地形测绘、公路铁路勘测、海岸带测绘、考古调查与测绘、智慧社区/景区、数字城市等领域。

图1 中海达ARS系列机载激光测量系统

三、基于中海达机载激光测量系统的城市规划监测解决方案

中海达机载激光系统在城市规划监测中的应用主要借助长距离、高密度的ARS-1000机载激光扫描系统获取城市规划区域不同时期（通常为规划前后）的三维激光点云数据，将城市建筑的变化量与城市规划进行比对，实现对城市建成区内的建筑物的动态监测，全面掌握城市建设规划的实施情况，辅助城管等部门及时发现并依法查处各类违法建设。

3.1技术流程

基于机载激光的城市规划监测需要综合考虑机载激光数据采集、内业处理和平台管理应用等几个方面，其技术流程如下：

图2 城市建筑物动态变化监测处理流程

3.2实施方案

城市规划监测是以机载激光点云获取为基础，以激光点云内业处理为核心，结合城市建筑物动态监测及后续扩展应用需求来实施，具体方案如下。

首先，根据机载激光数据获取技术流程，进行航飞权申请、摄取踏勘和航飞设计等航摄准备，通过航摄飞行来获取数码航片、机载GPS数据、POS数据（IMU数据和基站GPS数据），以及激光点云数据，以此作为城市建筑物动态监测的基础数据。

其次，基于机载激光数据的城市建筑物动态监测自动处理作业流程，利用POS解算来获取航迹数据，结合航片外方位元素生成DOM数据，同时，结合激光点云数据，进行去噪、过滤生成DEM数据。另外，还可以借助点云分类，进一步生成包含地表建筑物、桥梁和树木的数字表面模型（Digital Surface Model，缩写DSM），利用DSM来更方便的检查城市建筑物的变化情况。

最后，借助不同时期的机载激光数据生产相应的DSM和DOM成果，在数据成果基础上，利用高程的对比来识别变化区域，并统计分析出变化区域。利用动态监测成果与城市规划建设管理数字化应用平台进行对接，实现可视化、动态化管理，并对违法建设进行执法查处。

3.3动态监测

基于激光数据的建筑物动态监测，主要是利用不同时期的激光数据生成DSM和DOM，定期检测变化情况，识别变化区域，统计合法、非法建筑的存量和增量。这里以广东省科学城两个不同时期获取的激光点云数据为基础，利用海达三维激光点云处理软件的建筑物动态检测模块自动识别出房屋平面高度1M的变化区域。

1）不同时期机载激光数据过滤、去噪、分类

通过中海达的海达三维激光点云处理软件可以加载不同时期的机载激光数据，并借助过滤、去噪、分类功能对数据进行预处理，以保证生成满足应用需求的DSM成果。

图3 机载激光数据过滤、去噪、分类

2）自动生成不同时期DSM

由于激光扫描点云密度较大，可以在生成DSM数据时，每个网格单元取一个高程点。格网大小根据建筑物动态监测变化精度而定，如以房屋平面高度1M识别精度的话，建议格网大小<0.5M，已保证变化监测识别精度。下图为0.5M网格大小生成的DSM成果。

图4 DSM成果

3）不同时期DSM成果对比计算

根据两个不同时期DSM的高程变化和DOM的色差可以自动识别建筑物高度及平面变化区域。由于DSM数据在处理和对比计算过程中都存在一定的误差，但建筑物1m以上的变化，可通过设置高差阈值和邻域面积阈值滤除误差、噪点。

本软件在赋色的DSM上，通过限定DSM差值范围，同样可以根据色差提取平面变化区域，通过设定的色差阈值滤除二次摄影太阳高度角和季节不同带来的色差，通过边缘跟踪等基本图像处理手段获取待选平面变化区域。

图5 不同时期DSM对比计算

4）动态监测变化分析统计

通过不同时期DSM的对比，可实时计算出高程/平面在指定精度内的变化区域。并通过在差值DSM上对其进行二值化提取，边缘跟踪等基本的图像处理手段，可以获取在差值DSM上的待选变化区域，实现建筑物动态变化区域的统计分析。

图6 建筑物动态变化区域统计分析

5）动态监测应用扩展

建筑物现状动态监测出的变化区域，可以按照点云或矢量数据格式进行导出，统计合法、非法建筑的存量和增量。其监测变化区域的成果数据可以时间为单位，无缝的集成到城市规划建设管理数字化应用平台中进行管理分析、应用服务。

四、结束语

借助中海达ARS系列机载激光测量系统进行高效的城市规划动态监测，同时，在激光点云处理软件基础上，结合机载激光数据后处理应用可以按照应用需要进行定制化扩展开发，快速满足各类应用的需求，另外，结合动态变化监测出的成果数据可以与城市违法应用平台无缝对接集成，满足后续可视化、动态化管理，并对违法建设进行执法查处。同时，规划、国土、园林、城管等部门也可以基于动态监测变化区域成果数据进行综合管理。