城市高层建筑物空间信息获取技术研究

王浩宇+于雪芹+郑思远+文世岩+刘健

摘 要：简要介绍了多基线数字摄影测量系统在城市高层建筑物空间信息获取的研究及该系统的作业原理、特点，并通过实践验证该系统在此方面作业的方法、优势。使用该系统对能对无法直接测量的高层建筑物有较好的处理方法，使高层建筑物的空间信息容易获取。

关键词：多基线数字近景摄影测量；高层建筑；空间信息

1 引言

近景摄影测量的一种应用就是对高层建筑物进行空间信息的获取。但随着全球全站仪、GNSS的迅猛发展，近景摄影测量在施工中的应用已经不多，并且传统摄影测量依赖测量员过多，需要测量员进行目视观测、解析摄影测量，精度不高且复杂。虽然摄影测量发展到现在已经进入数字摄影测量阶段，但其理论并没有得到高速发展，多数还停留在“单基线”的双目视觉。

摄影测量界最新的技术成果——多基线数字近景摄影测量系Lensphoto。该方法适用于高层建筑物空间信息获取，通过获取被摄物体清晰的影像信息及用免棱镜测出几个地物明显点做控制，可完成其各种测量工作，以无接触测量快捷地获取高精度的测量结果。所以继GNSS和全站仪之后，近景摄影测量成为又一新型测绘手段。根据所测建筑物的不同高度和应用角度出发，本课题提出了运用多基线数字近景摄影测量技术更好更快的获取城市高层和超高层建筑物空间信息的方法。

2 高层建筑物空间信息获取的意义

城市的发展越来越快，高层的建筑物也越来越多，再《民用建筑设计通则 JGJ 37-87》中，对民用建筑的高度进行了明确的划分，我们一般都以公共建筑以及综合性的建筑加起来的总高度作为准则，将超过24m的建筑物定义为高层建筑物，当建筑物的总高度超过100m时，则被定义为超高层建筑物。据权威机构中国建筑科学研究院的不完全统计：截至于1996年的年底，在我国近百栋最高的建筑物中，建筑总高度最低的为120m，建筑总高度在200m以上的建筑物有8栋之多。而在1998年底的统计报告中，我们看到全国的建筑物中，近百栋最高的，其中最低者也有150m，而200m之上的建筑就有20栋之多，并且最高的建筑达到了420m。在这之中高度在300m之上的建筑就有很多。这些建筑在理论上已经属于所谓的“超超高层建筑”了。

多年以来，城市高层建筑物空间信息获取，因其高度和建筑造型的三维复杂性，一直没有适用的快速测量工具和方法。通常要从云梯攀爬到建筑的頂部、内部，对每一个构建进行“接触式”的测量。而Lensphoto正好可以解决这一问题。该项目以吉林省某大学图书馆为实验点进行实验。

3 基于多基线摄影的数据的采集与处理

根据建筑物测区面积宽度和高度，整个测区全部使用表面特征点作为控制点，选定合适的拍摄距离。

图像采集的过程：根据陡峭地形和周围环境的测量面积，选择适当的拍摄距离和拍摄位置，科学合理布设控制点。根据Lensphoto近距离摄影测量场拍摄原理，确定车站数量和基线长度。根据区域宽度和焦距确定每个站点拍摄的照片数量（4个摄影站，各站旋转拍摄7幅图像），最好是控制点的像在所获得的影像上占的大小为10个像素。为了确保每两个图像之间的清晰度和，要保证60%的重叠，才能拍摄测量区域内的图像。

收集控制点：（1）将软件收集的图像全景化，将地图的特点作为控制点查找并标记在地图上。功能点应选择颜色边界清晰，平面位置。（2）使用无棱镜全站仪，访问每个特征点的三维信息，进行并完成测量工作的控制点。（3）我们需要控制点应分布在测量区域的四个角落，一般四点满足1：1000精度映射；根据建筑物的尺度进行测量，选择控制点数的时候应确保适当统一，选择适当的点进行控制，以保证准确性。

3.2 拍摄质量判断

选用高分辨率广角非量测数码相机，采用平行正直多基线摄影的方式或者旋转多基线摄影的方式，并且还要根据建筑物的拍摄区特征，选择合适的拍摄距离和镜头来获取影像照片。

在现场处理并生成测量网络，拍摄的视频信息传输到Lensphoto测量软件中，在其中进行相应的内部处理，可以快速生成测量区域的网络。通过对输出的数值与相机像素大小进行对比，可以立即确定拍摄图像是否在要求的精度误差之内。

3.3 测量数据内业成果处理

首先将外业采集的影像数据和控制点坐标数据导入计算机，利用 Lensphoto软件新建工程，对像片进行管理分类和航带划分并填写总航带数。导入相机参数添加照片之后，导入相机参数，其中空三匹配格网默认50。然后进入空三匹配模块添加种子点，进行自全自动空三匹配。同时进行控制点量测，这两项工作完了之后，进行自由网平差，此操作是为检测工程能否进行下去。之后引入控制点。然后进行空三交互，目的是在影像上量测控制点。步骤为：点击控制点大概位置，利用控制点匹配法功能，校准控制点像点坐标。完成以上步骤后在利用光束法平差模块，平差两次，第一次平差默认值，第二次平差勾选自检校和控制点加权。若控制点精度误差过大时，需要回到空三交互页面，调整相应控制点，再次平差查看结果。同时解算影像的内、外方位元素。由以上得到的数据生成DEM，再由DEM生成DOM，得到最终结果图。

结束语

多基线数字摄影测量系统将以往的单基线摄影测量方法进行改进，提高了近景摄影测量的精度、效率、周期，并减少人员的劳动力，降低外业工作强度，提高摄影测量生产效率。但它对摄影测量的要求比较高，有一点的局限性。比如在建筑物前有高大物体进行遮挡，建筑物前人流量大会对外业拍摄取点有很大困难。我们应在拍摄方式的优化、内业图像处理方面进行进一步研究，尽量降低外部其他因素对近景摄影测量的干扰。

参考文献

[1]张胜利，殷海霞，刘强.多基线数字摄影测量系统的应用分析[J].测绘技术装备，2009年，1（11）：27-30.

[2]胡开全，王阳生，罗强，沈高钰.基于基线数字近景摄影测量测制1：500地形图的应用研究[J].测绘与空间地理信息，2010，2（33）：183-185.

[3]丁进选，多基线数字摄影测量在建筑方面中提取的应用[J].测绘通报，2012，6：47-50.endprint