CN111707239B - 一种基于倾斜摄影实现村落历史建筑保护范围检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于倾斜摄影实现村落历史建筑保护范围检测的方法，通过倾斜摄影技术实现传统村落历史建筑的智能识别，并通过综合分析多维数据辅助风貌控制，从而克服传统保护规划中保护范围界定不精准，以及保护范围内风貌控制准则多基于经验缺少分析技术等问题。借助倾斜摄影技术，对传统村落物质空间进行实景建模，提取点云模型并分析建筑要素，统计和分析多维度数据，从而有效地确定历史建筑的合理保护范围，并快速筛查风貌不协调建筑、辅助制定建筑风貌控制准则。相对于传统保护规划方法，本发明具有高效率、高精准度、数据融合等优点，可实现科学地划定传统村落历史建筑保护范围，并综合辅助风貌控制准则的制定工作。

Description

一种基于倾斜摄影实现村落历史建筑保护范围检测的方法

技术领域

本发明涉及乡村规划设计领域，尤其涉及的是一种基于倾斜摄影实现村落历史建筑保护范围检测的方法。

背景技术

传统村落承载着中华民族的优秀文化和农业文明，在近二十年间经历了城市扩张和城乡不平衡发展之后，大量传统乡村濒临衰败瓦解，亟待保护与发展，传统村落的保护和发展工作变得尤为重要。并且，由于现代生活方式的改变，部分历史建筑被拆除更新为现代建筑，导致传统村落中历史建筑和现代建筑混杂，在乡村保护规划中，对历史建筑的调研和保护区划设计工作难度高，需要较为快速和准确识别建筑现状的信息模型作为辅助，实现合理地对历史建筑保护范围进行划定。

目前，现有的传统村落历史建筑保护范围检测的方法，大多以传统的实地考察和村庄二维地形图为基础，根据规划设计师的经验主观地进行设计规划。但传统保护规划的方法存在以下两个问题，一是通过实地考察和二维地形图对历史建筑的判定和定位工作量大，并且存在较大的误差和不确定性，无法满足精准化的规划设计要求，二是主观的通过经验对保护区域的划定和保护区域内建筑风貌控制标准的制定，缺乏综合分析，不具有科学性。

同时，随着信息技术的快速发展，倾斜摄影技术逐渐在测绘领域广泛应用，其生产的三维实景模型包含建筑的多维度信息，存在为传统村落保护规划中历史建筑保护范围检测的技术问题进行优势补充的可能性，因此，开发一种基于倾斜摄影的提高传统村落历史建筑保护规划高效率、高精准度、数据融合的技术十分必要。

发明内容

为了克服传统的乡村保护规划对传统村落历史建筑判别和定位工作量大，保护范围界定精准度低，并且保护范围内建筑风貌控制标准制定缺乏科学分析的缺陷和不足，本发明提供一种基于倾斜摄影实现传统村落历史建筑保护范围检测的方法，该方法不仅能对历史建筑现状边界进行智能识别和精确划定，而且能节省调研和建筑判别的时间，提高边界判断的准确性，同时统计分析建筑的多维度数据，辅助制定相关的风貌控制准则。

本发明解决以上技术问题所采用的技术方案如下：一种基于倾斜摄影实现村落历史建筑保护范围检测的方法，具体包括以下步骤：

S1：现场勘测目标村庄整体情况，根据村庄规划需求的范围，规划无人机飞行航线及飞行参数进行自动拍摄，设定地面RTK校准点和检查点；

S2：将无人机拍摄数据和RTK数据进行三维实景建模处理，得到目标村落的实景模型；

S3：在点云处理软件对实景模型进行要素识别和分离，得到地面与非地面要素点云模型，其中，所述非地面要素包含建筑物和植物两部分，通过颜色阈值的调节进行进一步区分分离；

S4：将分离得到的建筑物要素模型在点云处理软件进行坡度和高度计算，获得建筑物的屋面坡度和建筑高度，由于历史建筑普遍层数较低且为坡屋面，故通过建筑高度和建筑物屋面坡度初步分离历史建筑和现代建筑；

S5：利用点云分析对历史建筑和现代建筑作距离计算，得到历史建筑对现代建筑的距离热力图；

S6：利用距离热力图的颜色阈值，调节阈值取值范围，得到历史建筑影响范围及界线，辅助规划师对历史建筑保护范围的划定；

S7：分别对已划定的保护分区建筑点云作高度、材质颜色与平面形态的多维度数据统计，筛查和判定风貌不协调建筑，并辅助制定风貌控制参数。

进一步的，对经过步骤S4初步分离得到的历史建筑和现代建筑模型进行进一步优化处理，具体为：

S41：通过对模型进行贴图赋予，对初步分离的两类建筑模型进行类别进一步校验，将分类错误的或其他情况的特殊建筑进行分类校正，保证历史建筑和现代建筑的分类准确。

S42：将分类获得的模型的异常部分进行处理，具体的方法为：保留正确墙体和屋面的信息，参考异常部分周边墙体或屋面空间信息，采用插值法对模型异常部分进行推算修正处理。

进一步的，在所述步骤S7中，筛查和判定风貌不协调建筑的方法为：利用分析得到的保护范围内历史建筑的建筑高度平均值、材质色彩取值范围和平面形态值，与保护范围内现代建筑的阈值进行综合分析，筛查出风貌不协调现代建筑。

进一步的，在所述步骤S7中，制定风貌控制参数的方法为：参考已分析得到的保护范围内历史建筑的建筑高度平均值、材质色彩取值范围和平面形态值，辅助提出风貌不协调建筑的整改意见，并对保护区划中的建筑进行高度、材质、平面形态的风貌控制参数，规范新建建筑或改造建筑的风貌协调性。

进一步的，增加村庄具体情况和设计规划因素进入保护范围的界线划定中，得到最终保护范围检测结果。

本发明与现有方法相比具有如下优点：

本发明通过利用倾斜摄影技术引入乡村的保护规划方法中，具有高效率、高精准度、数据融合等多项优点，既可以快速识别传统村落的历史建筑，并获取得到多维度的建筑信息，综合多项分析数据，准确科学地对历史建筑保护范围及范围内建筑风貌控制参数的制定。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明提供的基于倾斜摄影实现村落历史建筑保护范围检测的方法流程示意图；

图2(a)建筑模型点云坡度计算；

图2(b)建筑模型点云高度计算；

图3分离的历史建筑和现代建筑(黑色部分为历史建筑)；

图4历史建筑对现代建筑的距离热力图；

图5调节距离色域范围辅助划定保护范围；

图6(a)历史建筑图片；

图6(b)历史建筑其属性表；

图7现代建筑风貌评估表与位置标识；

图8筛选出不协调建筑。

具体实施方式

本发明提供了一种基于倾斜摄影实现村落历史建筑保护范围检测的方法。为使本发明的目的、技术方案及实施效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种基于倾斜摄影实现村落历史建筑保护范围检测的方法，在具体的实施过程中，按照以下步骤进行：

S1：现场勘测目标村庄整体情况，根据村庄规划需求的主要范围，在卫星地图上绘制KML格式的航拍范围，并规划航拍线路，导入无人机进行自动航拍，设置飞行参数进行自动拍摄，设定地面RTK校准点和检查点；其中，所述卫星地图可以是谷歌地图或者其他地图，该地图能够看清地面上的建筑，或者村庄的地形地貌环境；

S2：将无人机拍摄数据和RTK数据导入三维实景建模软件中，经过空三计算和三维建模与贴图赋予，得到目标村落的三维实景模型；

S3：将实景模型导入点云处理软件，对实景模型进行点云地面滤波处理，通过CSF(Cloth Simulation Filter)处理区分识别地面与地物要素，得到地面与非地面要素点云模型，其中，根据地物模型的实景贴图颜色的差异，调节地物要素模型的颜色阈值，进一步分离建筑物模型和植物模型；

S4：在点云处理软件对建筑物模型进行点云坡度分析计算，以东南沿海某村为例，如图2(a)、图2(b)，获得0°～15°(平屋面)，60°～90°(墙面)和15°～60°(坡屋面)三种类型的坡度，另外，对地物模型和地面点云进行垂直距离计算，获得地物点云高度值，历史建筑高度为8米以下，现代建筑多为8米以上，由于历史建筑普遍层数较低且为坡屋面，因此综合8米以下高度点云和15°～60°点云坡度值，进而可初步分离历史建筑和现代建筑，如图3；

其中，需要对初步分离得到的历史建筑和现代建筑模型进行进一步优化处理，具体为：

S41：通过对建筑模型进行材质贴图赋予，对初步分离的两类建筑模型进行类别的进一步校验，基于具有贴图信息的两类建筑模型，对分类错误的或其他情况的特殊建筑进行分类检验校正，保证历史建筑和现代建筑的分类准确；

S42：将分类获得的模型的异常部分进行处理，具体的方法为：保留正确墙体和屋面的信息，参考异常部分周边墙体或屋面空间信息，采用插值法对模型异常部分进行推算修正处理；

S5：在点云分析软件中对历史建筑和现代建筑作距离计算，得到历史建筑对现代建筑的距离热力图，以东南沿海某村为例，如图4，将村庄历史建筑与现代建筑作距离计算，灰度值较小(越黑)的区域为历史建筑，灰度中等区域为辐射影响范围，灰度值较高(越白)部分为影响较小的区域。

S6：利用距离热力图的颜色阈值，调节颜色阈值取值范围，得到历史建筑影响范围及界线，辅助规划师对历史建筑保护范围的划定；以东南沿海某村为例，如图5，根据村庄实际情况和保护难度，调节色阶阈值的边界范围大小，获得适宜实施的历史建筑保护范围，并根据实际情况进一步对边界细节进行探讨和划定。

S7：分别对已划定的保护分区内历史建筑和现代建筑点云作高度、材质颜色与平面形态的多维度数据统计，筛查和判定风貌不协调建筑，并制定相关风貌控制参数。

S71：利用分析得到的保护范围内历史建筑的建筑高度值和平面形态值、材质颜色，与保护范围内现代建筑的属性值进行对比，参考历史建筑值域范围，快速筛查出属性值偏差较大的现代建筑，即风貌不协调建筑。以东南沿海某村为例，如图6(a)、(b)为保护区域范围内的部分历史建筑及其属性值表，可以获得历史建筑的高度范围为5米～8米，长宽比范围为1～1.5，建筑占地面积范围为160～180㎡，材质为暖色调2000K色温。

进一步的，对保护区域内的现代建筑进行评估，如图7，通过高度Hx、形态Dx、占地面积Sx、建筑材质色温Cx等属性值，通过公式1计算，得到现代建筑风貌评估值Yx，并按照数值大小映射为颜色阈值呈现于村域范围图中，筛选出不协调建筑，如图8所示。

其中：

为历史建筑高度平均值，

为历史建筑长宽比均值，

为历史建筑占地面积均值，

为建筑材质色温均值；

S72：参考已分析得到的保护范围内历史建筑的建筑属性值，辅助提出风貌不协调建筑的整改意见，并对建筑进行高度、材质、平面形态制定风貌控制参数，规范新建建筑或改造建筑的风貌协调性。以东南沿海某村为例，参考历史建筑的建筑属性，提出核心保护区内的风貌不协调建筑应低于8米的建筑高度，立面材质尽量以暖色调为主的整改意见，并规定新建建筑或改造建筑的建筑高度不高于8米，建筑占地面积小于160㎡，形态比例尽量在1～1.5的范围内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于倾斜摄影实现村落历史建筑保护范围检测的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1：现场勘测目标村庄整体情况，根据村庄规划需求的范围，规划无人机飞行航线及飞行参数进行自动拍摄，设定地面RTK校准点和检查点；

S2：将无人机拍摄数据和RTK数据进行三维实景建模处理，得到目标村落的实景模型；

S3：在点云处理软件对实景模型进行要素识别和分离，得到地面与非地面要素点云模型，其中，所述非地面要素包含建筑物和植物两部分，通过颜色阈值的调节进行进一步区分分离；

S4：将分离得到的建筑物要素模型在点云处理软件进行坡度和高度计算，获得建筑物的屋面坡度和建筑高度，由于历史建筑普遍层数较低且为坡屋面，故通过建筑高度和建筑物屋面坡度初步分离历史建筑和现代建筑；具体的，获得0°～15°平屋面，60°～90°墙面和15°～60°坡屋面三种类型的坡度，对地物模型和地面点云进行垂直距离计算，获得地物点云高度值，进而初步分离历史建筑和现代建筑；

S5：利用点云分析对历史建筑和现代建筑作距离计算，得到历史建筑对现代建筑的距离热力图；

S6：利用距离热力图的颜色阈值，调节阈值取值范围，得到历史建筑影响范围及界线，辅助设计规划师对历史建筑保护范围的划定；

S7：分别对已划定的保护分区建筑点云作高度、材质颜色与平面形态的多维度数据统计，筛查和判定风貌不协调建筑，并辅助制定风貌控制参数；筛查和判定风貌不协调建筑的方法为：利用分析得到的保护范围内历史建筑的建筑高度平均值、材质色彩取值范围和平面形态值，与保护范围内现代建筑的阈值进行综合分析，筛查出风貌不协调现代建筑；

制定风貌控制参数的方法为：参考已分析得到的保护范围内历史建筑的建筑高度平均值、材质色彩取值范围和平面形态值，辅助提出风貌不协调建筑的整改意见，并对保护区划中的建筑进行高度、材质、平面形态的风貌控制参数的制定 ，规范新建建筑或改造建筑的风貌协调性。

2.根据权利要求 1所述的基于倾斜摄影实现村落历史建筑保护范围检测的方法，其特征在于，对经过步骤S4初步分离得到的历史建筑和现代建筑模型进行进一步优化处理，具体为：

S41：通过对模型进行贴图赋予，对初步分离的两类建筑模型进行类别进一步校验，将分类错误的或其他情况的特殊建筑进行分类校正，保证历史建筑和现代建筑的分类准确；

S42：将分类获得的模型中的异常部分进行处理，具体的方法为：保留正确墙体和屋面的信息，参考异常部分周边墙体或屋面空间信息，采用插值法对模型异常部分进行推算修正处理。

3.根据权利要求 1所述的基于倾斜摄影实现村落历史建筑保护范围检测的方法，其特征在于，增加村庄具体情况和设计规划因素进入保护范围的界线划定中，得到最终保护范围检测结果。

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