倾斜摄影技术在城市“三旧”改造中的应用_郑松赞.pdf

第 卷 第 期 年 月测绘与空间地理信息 ，收稿日期：作者简介：郑松赞（），男，河南许昌人，工程师，本科学历，主要从事测绘工程、城市更新、地籍房产测绘、全国地理国情普查、管线测量、界限与不动产测绘、遥感监测等方面的应用研究工作。倾斜摄影技术在城市“三旧”改造中的应用郑松赞（东莞市石碣镇测绘队 广东 东莞）摘要：为验证倾斜摄影测量技术在城市“三旧”改造中的可行性，本文通过无人机倾斜摄影测量技术在东莞市石碣镇“三旧”改造中的应用实例，从影像获取、像片控制测量、空中三角测量和成果应用等环节，提出了一套利用倾斜摄影技术服务于城市“三旧”改造中的具体技术流程和方法，测试结果表明：基于无人机倾斜摄影成果，完全可以满足“三旧”城市改造中 数字化地形图数据采集、土地利用现状和宗地权属调、“三旧”区域城市风貌及古建筑三维模型构建、房产面积测算及建筑密度、容积率计算等业务需求，为倾斜摄影测量技术在城市“三旧”改造中的应用提供了完整的解决方案和思路。关键词：无人机倾斜摄影；城市“三旧”改造；解决方案中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（，）：，：；引 言随着我国经济飞速发展和城市化进程的不断推进，城镇发展建设过程中因用地空间布局和产业空间布局不合理所产生的“旧城镇、旧厂房、旧村庄”等问题也层出不穷。为满足经济社会发展对土地资源的用地需求并提供更加坚实的用地保障，广东省率先在全省范围内针对旧城镇、旧厂房与旧村庄等“三旧”问题，开展以优化土地资源利用效率，提高单位土地产出率为目标的“三旧”改造工程，促进全省产业结构调整升级与经济发展方式转变。在旧城镇、旧厂房和旧村庄改造实施过程中，土地和房屋权籍调查是“三旧”改造的基础，查清拟改造范围的土地和房屋情况，是判定能否启动“三旧”改造、是否适用“三旧”改造政策的前提和必要条件，也是处理违法用地、完善建设用地手续、开展征地报批的重要依据，客观、准确的基础数据调查成果是正确决策城市“三旧”改造方案的可靠保障。但是，当前城市“三旧”改造过程中的基础数据调查存在以下不足：）改造区域建筑物分布集中，建筑密度大，数量多，传统的人工进行数据采集的效率低，成本高；）数据库多为二维的属性数据库，与三维的可视化数据相比，数据库的结构过于简单；）改造区域房屋违法、违规建筑情况普遍，在一定程度上增加了数据调查的复杂性和难度；）对于改造区域的历史文物古迹建筑，缺乏先进的数据采集手段和技术，导致无法重建或还原历史风貌；）调查的数据标准不统一，数据冗余度大且缺乏科学合理的数据管理方式。针对上述问题，本文依据相关规范和项目实际作业流程，利用倾斜摄影测量技术具有高效、快速、高精度、可多维立体获取城市三维地表数据的特点，研究倾斜摄影技术在城市“三旧”改造中的应用技术流程与方法，不仅可以提高生产效率和测绘成果质量，达到节约成本、规范化作业的目的，而且可以避免作业人员大量的手工操作，降低成果错误率，为“三旧”改造监管工作提供客观、真实、准确、及时的辅助决策依据。测区概况项目区域位于东莞市石碣镇石碣村光明路商圏，面积约 。本次调查以地块为单位，对以上范围内的土地、房屋进行摸底调查与测量。其中，摸底调查的内容主要核查土地性质、用地行为发生时间、房屋建设时间、土地和房屋的现状，以及“三旧”改造专项规划、土地利用总体规划和城乡规划等情况；测量的内容主要是按照 比例尺的精度对测区 的地形图进行测量，并对测区范围内所有建筑物面积进行实测，为石碣镇人民政府分析“三旧”改造必要性提供依据。影像获取本文针对倾斜摄影影像数据采集主要采用 旋翼的主流无人机平台，通过搭载携带 镜头超高分辨率的高像素的数码相机，同步从 个垂直方向和 个倾斜视角方向来获取影像数据，其中，垂直方向的镜头主要拍摄地面的像片，用于制作传统的、等 产品，其他镜头主要用于获取地物清晰的纹理信息，再借助全自动高性能倾斜三维应用软件系统，可快速自动生成具有三维空间位置信息和清晰纹理特征信息的倾斜三维场景模型。根据本项目区域的地形状况和位置的特殊性，本次航飞航线设计主要按照南北方向来实现对航线的布设，在数据采集过程中，应尽量保证无人机飞行倾斜姿态稳定，且避免存在航片数据覆盖漏洞，尤其是对地形起伏较大的丘陵和山地地形，设计航线时应考虑增加旁向重叠度，且航向起始和结束距离应超过图幅范围的一半，旁向应超出半幅图幅范围。根据任务的精度要求，设置航向重叠度为，旁向重叠度为，相对航高，地面分辨率在 。像片控制测量像片控制测量是在测区内实地测定用于空中三角测量或直接用于测图定向的像片控制点平面位置和高程的测量工作。像控点与像片的关系：像控点应尽量布设在航向及旁向重叠范围内，布设的像控点尽量公用，偏离通过像主点且垂直于方位线的直线小于 ，离开方位线应大于，距像片上各类标志物不小于，距像片边缘应大于 ；当旁向重叠过大而不能满足要求时，上下航线应分别布点；当旁向重叠过小，上下航线不能公用时，可分别布点，裂开的距离要小于 ，困难时也不应大于 。在实地选点困难的情况下，优先考虑刺点目标影像清晰可辨。在像控点选择过程中，应尽量选择影像清晰、容易识别且边界明显的细小线状地物交叉点，如接近正交的道路几何中心交点，围墙内外角、花坛角等可固定准确判定几何中心的点状地物等。山区也可选刺在道路交叉口等处，但不能选在人字顶房角、有草丛的田埂、有弧度的田角等。另外，对于点位相对位置不明显、容易出现阴影、地面容易发生变化等区域不得选做刺点目标，目标选定后，选择影像最清晰像片野外标注，测点后应在现场设置点位标志，以备后工序检查使用，测点后在现场绘制像控点的点位略图，简要说明点位与周围相关地物的关系，交待清点位。像片控制点的点之记规范见表。表 像片测量控制点点之记标志 点名点号等级测量控制点等级说明所在地东莞市石碣镇石碣村标点类型钢钉通视点名点位说明该点位于政文路转盘布点员布点员名字日期 年 月 日点位影像点位略图坐标系国家 坐标系测量控制点 平面坐标值测量控制点 平面坐标值测量控制点 高程值备注测量控制点其他相关补充说明第 期郑松赞：倾斜摄影技术在城市“三旧”改造中的应用 空中三角测量空中三角测量主要是利用原始影像数据、相机参数、无人机 文件以及像片测量控制点等，对控制点加密计算与测量，为测区范围内其他缺少测量控制点的部分，提供绝对定向的控制点，进行空中三角测量应分区计算，求得加密点的高程和平面位置的测量方法。本文通过采用 软件分别将原始影像、相机参数、文件导入，软件自动进行关键点提取、像对选择、初始化外方位元素、自动连接点匹配、控制点参与光束法平差、色彩均衡等步骤来完成空中三角测量。通过空中三角测量计算平差后得到空三加密成果。为检测成果的精度，考虑到本次三维实景建模区域基本状况，根据数字航空摄影测量空中三角测量规范要求，针对建模区域范围内的地物，随机抽取 个外业测量点，对 个样本点的平面误差和高程误差进行了验证分析，分析结果显示，本次使用旋翼无人机倾斜摄影测量技术在倾斜三维建模过程的精度完全可以满足“三旧”改造项目对 比例尺测量精度要求，具体空三加密精度统计结果见表。表 空三加密精度统计 编号城市“三旧”区域三维模型构建与成果应用 三维重建主要是对三维物体和三维场景进行恢复重构的过程。本文主要基于多视图利用几何投影的原理进行重建，在对采集航片数据的镜头进行标定的基础上，计算出的倾斜相对航片图像坐标系与真实地理坐标系的对应关系，采用主流的航测倾斜三维建模软件（），经过空中三角测量、场景坐标密集匹配以及构建不规则三角网（）等方式进行航测数据的处理流程，最后生成“三旧”改造区域倾斜三维应用场景模型。由于该应用软件的自动化程度较高，利用该三维建模软件在进行三维模型重构过程中，仅需要根据倾斜无人机搭载数据采集相机性能指标设置相关的参数，并进行航片控制点微调，无须人工干预。经过倾斜摄影测量三维重建，快速建立真实、可量测且纹理清晰的三维城市模型，为城市“三旧”改造工作提供了良好的可视化三维数据支持。具体应用包括以下几个方面：）“三旧”区域城市风貌及古建筑三维模型构建与传统的测绘方式相比，三维倾斜模型可真实、直观地展示“三旧”区域地理风貌，特别是针对“三旧”区域的古建筑模型，通过三维模型可以留存“三旧”区域古建筑保护的真实面貌，对延续城市历史风貌和古建筑物日常保养、修缮甚至毁后重建可以提供翔实、精确的三维数字化资料。）数字化地形图数据采集三维城市模型打破了以往二维交通图的限制，基于倾斜三维模型，可以在立体环境下采集“三旧”区域的地形地貌 数据，通过二维三维数据联合使用，为“三旧”区域的调查、“三旧”改造潜力评价、“三旧”布局规划提供高精度的基础数据支撑。）土地利用现状和宗地权属调查基于三维正射影像数据成果并结合城镇地籍数据，针对东莞市石碣镇石碣村光明路商圈商住类改造单元，“三旧”改造的土地调查内容主要包括土地的性质、宗地号、土地使用人、用地总面积、建筑占地面积、登记用途等，土地权属及使用情况主要包括土地的批准面积、批准用途、批准文号、违法违规行为用地面积、土地利用总体规划及使用情况等。）房产面积测算及建筑密度、容积率计算以往针对“三旧”区域的房产面积测量和建筑物的密度、容积率的计算主要依靠人工调查和测量仪器现场量测的方式进行实地测绘，不仅耗时耗力，而且投入的成本较高，利用精确的倾斜三维模型，一方面可以直接对“三旧”区域的房屋建筑面积、建筑密度、容积率等进行精确核算，并分类别统计分析不同建设用地的建筑密度、建筑规模和容积率，通过将规划阶段的三维模型与竣工后的三维模型进行比对，大幅度减少人工现场核实的工作量；另一方面用于对“三旧”区域的违章建筑物搭建排查、危险地区三维形变监测提供数据参考。结束语利用倾斜摄影测量技术手段，开展三维数据采集和立体三维模型构建，为城市“三旧”改造数据采集提供了新的途径和技术手段，相对于传统的测绘模式，倾斜摄影测量具有高效率、高测绘精度、低成本等优势，生成的倾斜三维数据成果，可以满足“三旧”城市改造中 数字化地形图数据采集、土地利用现状和宗地权属调、“三旧”区域城市风貌及古建筑三维模型构建、房产面积测算及建筑密度、容积率计算等工作需求，为获取城市“三旧”改造多层次基础地理信息数据提供了新的途径。参考文献：吴楷钊，谢萍遥感变化检测技术在“三旧”改造项目进度监测中的应用研究测绘通报，（）：（下转第 页）测绘与空间地理信息 年表 加测 个陀螺方位角位置解 表 加测 个陀螺方位角的精度增益表及 未加测的横向误差 未加测陀螺定向边时（）加测 个（）增益（）表 加测多个陀螺方位角位置解 实例分析）加测陀螺定向边是提高贯通横向误差的一个非常有效的措施。随地下导线长度增长，导线边数增多，加测陀螺方位角对减小终点横向误差增益越明显。）在等边直伸导线中，当加测 个陀螺方位角时，的取值为 左右，说明加测的位置大约位于导线全长的 处为最佳（距导线终点约 处）。若加测 个或 个以上的陀螺方位角，以均匀分布为佳。）加测 个陀螺方位角时，导线精度增益最为明显；加测 条陀螺定向边，其精度增益达 之多，随着陀螺边数的增加，导线精度增益速度变缓。在平差计算时，不需对陀螺边进行判断，一律作为坚强边对待，从而大大简化了平差计算的工作。结束语本文针对全自动陀螺仪定向原理进行了详细阐述，并通过公式推导证明了加测陀螺定向边有助于提高地下工程贯通精度。以某地下工程贯通导线为例，证明了加测陀螺边的合适位置与加测陀螺定向边的合适数量。为减少贯通成本、提高贯通精度与效率提供了一种合适有效的办法。参考文献：赵士恒陀螺全站仪定向精度分析及可靠性检验居业，（）：谢友鹏，赵尘衍陀螺定向在隧道盾构平面控制测量检核中的应用城市勘测，（）：方忠旺，易娇，彭文用 实现地铁隧道内的高精度定向测量 北京测绘，（）：陈耀辉 陀螺全站仪在井下定向边检核中的应用城市勘测，（）：郭庆坤，全金谊，隋俭武，等陀螺全站仪在城市轨道交通工 程 测 量 中 的 应 用 城 市 勘 测，（）：王忠义磁悬浮陀螺全站仪在高速铁路隧道定向测量中的应用铁道建筑与技术，（）：，龚云，杨志强，石震 磁悬浮陀螺全站仪在矿山测量中的