傾斜攝影在房屋拆遷量摸底中的運用研究

羅書華 楊昌國

【摘要】傳統(tǒng)房屋拆遷量摸底主要有以下兩種方式：一是通過外業(yè)入戶調(diào)查測量房屋及附屬物邊長，內(nèi)業(yè)測算面積;二是通過使用全站儀設(shè)站進行碎部點觀測，再將碎部點進行繪圖、調(diào)繪，最終得到拆遷量結(jié)果。兩種方式的工作量均大、工作效率低，周期長。無人機傾斜攝影測量技術(shù)作為近年測繪領(lǐng)域興起的高新技術(shù)，通過外業(yè)航攝、內(nèi)業(yè)建模自動生成實景三維模型，可以快速地掌握房屋拆遷量摸底數(shù)據(jù)，并且生產(chǎn)的真三維模型能讓決策者直觀地掌握拆遷區(qū)域的地貌、房屋等基本信息。本文將基于ContextCapture軟件對測區(qū)進行模型重建，并對真三維模型的房屋等構(gòu)筑物信息進行矢量化，最終低成本、高效率掌握房屋拆遷量摸底數(shù)據(jù)[1]。

【關(guān)鍵詞】傾斜攝影;房屋拆遷量

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.24.

1、引言

近年來，棚戶區(qū)改造、城市更新工作成為政府工作的重中之重。棚戶區(qū)地塊的改造、摸底工作也日漸頻繁。傳統(tǒng)房屋拆遷量摸底主要有以下兩種方式：一是通過外業(yè)入戶調(diào)查測量房屋及附屬物邊長，內(nèi)業(yè)測算面積;二是通過使用全站儀設(shè)站進行碎部點觀測，再將碎部點進行繪圖、調(diào)繪，最終得到拆遷量結(jié)果。兩種方式的工作量均大、工作效率低，周期長。因此應(yīng)用新技術(shù)快速對棚戶區(qū)拆遷量摸底便成為研究的焦點。朱傳勇等人在《遙感航測技術(shù)在武漢市房屋拆遷量測算中的應(yīng)用》一文中提出利用已有空三資料恢復(fù)立體模型，可在立體模型上采集房屋邊界線獲得房屋的投影面積，再通過房屋投影面積與樓層的乘積計算建筑面積。但判斷樓層信息的準確性直接影響到建筑面積面積的核算精度，按照3m一層計算樓層，樓層計算余數(shù)≥2.5m加一層的方式對于車間、廠房、配電室等特殊建筑物可能存在樓層層數(shù)不準確的問題[2]。

隨著航空攝影技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，傾斜攝影測量技術(shù)擴大了遙感影像的應(yīng)用范圍，顛覆了傳統(tǒng)航空攝影只能從正射角度采集影像的方式，運用多角度相機同步獲取地面物體各個角度高分辨率的航攝影像。運用傾斜攝影測量技術(shù)生產(chǎn)的三維模型真實地反映了符合人眼視覺得城市場景[3]。本文針對傳統(tǒng)拆遷測量方法難以快速高效獲取拆遷量的短處，提出基于傾斜攝影測量技術(shù)的快速獲取拆遷量摸底結(jié)果。該方法通過在無人機上搭載的多臺數(shù)碼相機采集垂直影像和傾斜影像，對影像進行空中三角測量、密集匹配生成地物點云，然后重建拆遷區(qū)域三維模型; 在此基礎(chǔ)上采集房屋結(jié)構(gòu)、輪廓、層數(shù)等基本信息，生成矢量數(shù)據(jù)、獲取拆遷房屋建筑面積結(jié)果。本文以貴陽市花溪區(qū)某測區(qū)地塊為例，闡述高效獲取拆遷量摸底數(shù)據(jù)全過程。

2、實驗測區(qū)概況

試驗測區(qū)位于貴陽市花溪區(qū)，測區(qū)面積約3km2。作為花溪區(qū)棚戶區(qū)改造地塊之一，該地塊高差較大，測區(qū)內(nèi)部房屋分布稀疏，通透條件良好，適宜構(gòu)建三維傾斜模型。實驗測區(qū)影像圖如圖1所示。

3、試驗過程與結(jié)果

傳統(tǒng)的拆遷量摸底需要以下步驟： 通過內(nèi)業(yè)收集資料，根據(jù)測區(qū)情況設(shè)計技術(shù)方案; 外業(yè)采集數(shù)據(jù)，以戶為單位繪制草圖; 內(nèi)業(yè)成果處理，根據(jù)外業(yè)草圖繪制房產(chǎn)分層圖，計算建筑物面積，確定附著物數(shù)量等?；趦A斜攝影測量技術(shù)則通過資料收集，制定飛行方案，通過外業(yè)航飛，獲取帶POS的航攝相片及像控點三維坐標數(shù)據(jù)，通過ContextCapture軟件進行模型重建，最終獲取拆遷量數(shù)據(jù)和實地真三維模型。技術(shù)路線如圖2所示。

3.1飛行準備階段

在飛行準備階段，首先要收集測區(qū)已有資料，例如測區(qū)周邊高等級控制點成果，確定航飛坐標系統(tǒng)，然后根據(jù)測區(qū)情況制定飛行技術(shù)方案。方案主要包括確定無人機傾斜攝影平臺、飛行區(qū)域、飛行航高、地面分辨率、航線間距、航向重疊和旁向重疊度、航帶架次數(shù)、影像拍攝間隔等。

3.2 外業(yè)航飛階段

外業(yè)航飛階段，一是對測區(qū)航攝相片獲取。選擇飛行場地，若采用固定翼無人機則應(yīng)當選擇較開闊的場地以便無人機起飛和降落。飛行環(huán)境應(yīng)當選擇在能見度較高、無風(fēng)或微風(fēng)的天氣進行作業(yè)，飛行前進行系統(tǒng)的安裝調(diào)試，飛行中確保飛機按預(yù)定的航線飛行，航攝任務(wù)完成后需要及時檢查飛行和影像質(zhì)量是否合格、是否存在漏片等問題。二是外業(yè)工作人員需要對測區(qū)布設(shè)像控點以便于后期三維建模時內(nèi)業(yè)刺點進行空三加密，像控點應(yīng)選擇在明顯地物點，比如道路斑馬線角點。應(yīng)每隔300-500米左右均勻布設(shè)。像控點的三維坐標，可結(jié)合測區(qū)周邊原有的高等級控制點進行導(dǎo)線測量或者通過RTK聯(lián)測獲取，有條件的地方可通過CROS技術(shù)直接獲取。

試驗使用復(fù)合翼垂直起降無人機搭載5鏡頭全畫幅8000萬像素相機，1個下視相機和4個傾斜相機，一個周期采集5張不同角度的地物航空影像。

無人機飛行2個架次，飛行時間合計55min，設(shè)計航高75m，航向重疊率75% 以上，旁向重疊率65% 以上，采集相片數(shù)5025 張，POS 數(shù)據(jù) 5025個，地面分辨率5cm。

本測試任務(wù)在測區(qū)內(nèi)布設(shè)了9個像控點，像控點平均間距約為 800m，采用CROS技術(shù)直接獲取三維坐標數(shù)據(jù)。

3.3內(nèi)業(yè)建模階段

將外業(yè)航飛階段獲取的航攝相片及POS數(shù)據(jù)導(dǎo)入ContextCapture軟件，軟件自動對相片特征點進行提取，并對獲取的特征點采用多視角匹配，進而解算出每一張相片的空間位置及姿態(tài)角度，從而確定相片間的位置關(guān)系，空三加密完成后，導(dǎo)入像控點，在航片上刺地面相控點，刺點一般盡量分布在多個航帶的照片上，每個航帶刺點數(shù)量不少于9張，若是邊緣點或者某些方向照片較少的適當減少，但一般不低于3張。刺點完成后軟件再次提交空中三角測量，檢查結(jié)果，遇到精度不符合時需查明原因重新加密，直至加密完成后，進行模型重建。最終生成實景三維模型和正射影像，整個流程耗時3天，生成的實景三維模型，如圖3所示。

3.4數(shù)據(jù)處理階段

將生成的三維模型導(dǎo)入清華山維的EPS三維測圖系統(tǒng)中，采用直接立體判讀法完成房屋及附屬設(shè)施、獨立地物等要素的矢量化采集，對某些漏測的部分通過外業(yè)調(diào)繪補測，按照《國家基本比例尺地圖圖式第1部分： 1：500、1：1000、1：2000地形圖圖式》（GB20257.1-2007）的要求進行符號化、編輯處理、圖廓整飾。整個過程由3名采編員耗時一天完成，得到的 1：500房屋數(shù)字線劃圖如圖4所示。對內(nèi)業(yè)采集中因遮擋等問題而缺失的地物及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的房屋，外業(yè)使用手持測距儀測量，在此基礎(chǔ)上繪制完整的房屋分層圖，測算建筑面積，最終得到測區(qū)的房屋拆遷摸底數(shù)據(jù)，經(jīng)過統(tǒng)計，桐木嶺地塊預(yù)估拆遷房屋170棟，建筑面積38000㎡。

4、測量效率評價

傳統(tǒng)房屋拆遷量摸底主要有以下兩種方式：一是通過外業(yè)入戶調(diào)查測量房屋及附屬物邊長，內(nèi)業(yè)測算面積;二是通過使用全站儀設(shè)站進行碎部點觀測，再將碎部點進行繪圖、調(diào)繪，最終得到拆遷量結(jié)果。兩種方式的工作量均大、工作效率低，周期長。針對該實驗測區(qū)，大約需要5天時間。

針對該實驗測區(qū)，基于傾斜攝影測量技術(shù)則只需要約3天時間即可完成（一天外業(yè)航飛、一天內(nèi)業(yè)建模及一天內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。同時，內(nèi)業(yè)建模的時候均是軟件自動進行，并不需要內(nèi)業(yè)人員太多時間，內(nèi)業(yè)人員可同時兼顧其他工作），同時可以為決策者提供現(xiàn)場的實景三維模型，使決策者足不出戶，便可將實地情況凈收眼底。

通過對比傳統(tǒng)方法可知，傾斜攝影技術(shù)能夠準確快速地獲取城市更新中地塊的拆遷量摸底數(shù)據(jù)，有效提高拆遷測量效率，尤其對于工期緊張的項目，傾斜攝影測量方法可以快速提供所需成果，有力推進項目進度;同時由于將傳統(tǒng)測量大部分外業(yè)工作移至內(nèi)業(yè)，有效避免了天氣等因素的干擾，特別是在南方雨季，外業(yè)入戶測量常由于降雨而延誤，新技術(shù)實現(xiàn)了通過內(nèi)業(yè)三維模型即可采集房屋矢量數(shù)據(jù)。

結(jié)語：

本文提出了運用傾斜攝影測量技術(shù)，基于ContextCapture Center軟件將航攝相片生成實景三維模型，快速獲取房屋拆遷量摸底數(shù)據(jù)的技術(shù)方法。供決策者快速、直觀地獲取地塊拆遷量、實地地貌房屋等信息。經(jīng)檢核，繪制的房屋及附屬物邊長尺寸、面積成果均滿足《房產(chǎn)測量規(guī)范第1單元：房產(chǎn)測量規(guī)定》（GB/T17986.1-2000）二級房產(chǎn)測量數(shù)學(xué)精度要求[4]，驗證了新技術(shù)用于實際產(chǎn)中的可行性。相較于傳統(tǒng)拆遷量獲取技術(shù)，傾斜攝影技術(shù)使得獲取效率大大提高，而成本大大降低。

參考文獻：

[1]王文敏，王曉東.基于ContextCapture Center平臺的城市級實景三維建模技術(shù)研究[J].測繪通報，2019（S1）：126-128+132.

[2]譚仁春，李鵬鵬，文琳，等.無人機傾斜攝影的城市三維建模方法優(yōu)化[J].測繪通報，2016（11）：39-42.

[3]朱傳勇，答星，劉文光，等.遙感航測技術(shù)在武漢市房屋拆遷量測算中的應(yīng)用[J].城市勘測，2014（03）：14-16.

[4]GB/T17986.1-2000，房產(chǎn)測量規(guī)范第1單元：房產(chǎn)測量規(guī)定[S].