倾斜摄影在房屋拆迁量摸底中的运用研究

罗书华 杨昌国

【摘要】传统房屋拆迁量摸底主要有以下两种方式：一是通过外业入户调查测量房屋及附属物边长，内业测算面积;二是通过使用全站仪设站进行碎部点观测，再将碎部点进行绘图、调绘，最终得到拆迁量结果。两种方式的工作量均大、工作效率低，周期长。无人机倾斜摄影测量技术作为近年测绘领域兴起的高新技术，通过外业航摄、内业建模自动生成实景三维模型，可以快速地掌握房屋拆迁量摸底数据，并且生产的真三维模型能让决策者直观地掌握拆迁区域的地貌、房屋等基本信息。本文将基于ContextCapture软件对测区进行模型重建，并对真三维模型的房屋等构筑物信息进行矢量化，最终低成本、高效率掌握房屋拆迁量摸底数据[1]。

【关键词】倾斜摄影;房屋拆迁量

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

1、引言

近年来，棚户区改造、城市更新工作成为政府工作的重中之重。棚户区地块的改造、摸底工作也日渐频繁。传统房屋拆迁量摸底主要有以下两种方式：一是通过外业入户调查测量房屋及附属物边长，内业测算面积;二是通过使用全站仪设站进行碎部点观测，再将碎部点进行绘图、调绘，最终得到拆迁量结果。两种方式的工作量均大、工作效率低，周期长。因此应用新技术快速对棚户区拆迁量摸底便成为研究的焦点。朱传勇等人在《遥感航测技术在武汉市房屋拆迁量测算中的应用》一文中提出利用已有空三资料恢复立体模型，可在立体模型上采集房屋边界线获得房屋的投影面积，再通过房屋投影面积与楼层的乘积计算建筑面积。但判断楼层信息的准确性直接影响到建筑面积面积的核算精度，按照3m一层计算楼层，楼层计算余数≥2.5m加一层的方式对于车间、厂房、配电室等特殊建筑物可能存在楼层层数不准确的问题[2]。

随着航空摄影技术的创新和发展，倾斜摄影测量技术扩大了遥感影像的应用范围，颠覆了传统航空摄影只能从正射角度采集影像的方式，运用多角度相机同步获取地面物体各个角度高分辨率的航摄影像。运用倾斜摄影测量技术生产的三维模型真实地反映了符合人眼视觉得城市场景[3]。本文针对传统拆迁测量方法难以快速高效获取拆迁量的短处，提出基于倾斜摄影测量技术的快速获取拆迁量摸底结果。该方法通过在无人机上搭载的多台数码相机采集垂直影像和倾斜影像，对影像进行空中三角测量、密集匹配生成地物点云，然后重建拆迁区域三维模型; 在此基础上采集房屋结构、轮廓、层数等基本信息，生成矢量数据、获取拆迁房屋建筑面积结果。本文以贵阳市花溪区某测区地块为例，阐述高效获取拆迁量摸底数据全过程。

2、实验测区概况

试验测区位于贵阳市花溪区，测区面积约3km2。作为花溪区棚户区改造地块之一，该地块高差较大，测区内部房屋分布稀疏，通透条件良好，适宜构建三维倾斜模型。实验测区影像图如图1所示。

3、试验过程与结果

传统的拆迁量摸底需要以下步骤： 通过内业收集资料，根据测区情况设计技术方案; 外业采集数据，以户为单位绘制草图; 内业成果处理，根据外业草图绘制房产分层图，计算建筑物面积，确定附着物数量等。基于倾斜摄影测量技术则通过资料收集，制定飞行方案，通过外业航飞，获取带POS的航摄相片及像控点三维坐标数据，通过ContextCapture软件进行模型重建，最终获取拆迁量数据和实地真三维模型。技术路线如图2所示。

3.1飞行准备阶段

在飞行准备阶段，首先要收集测区已有资料，例如测区周边高等级控制点成果，确定航飞坐标系统，然后根据测区情况制定飞行技术方案。方案主要包括确定无人机倾斜摄影平台、飞行区域、飞行航高、地面分辨率、航线间距、航向重叠和旁向重叠度、航带架次数、影像拍摄间隔等。

3.2 外业航飞阶段

外业航飞阶段，一是对测区航摄相片获取。选择飞行场地，若采用固定翼无人机则应当选择较开阔的场地以便无人机起飞和降落。飞行环境应当选择在能见度较高、无风或微风的天气进行作业，飞行前进行系统的安装调试，飞行中确保飞机按预定的航线飞行，航摄任务完成后需要及时检查飞行和影像质量是否合格、是否存在漏片等问题。二是外业工作人员需要对测区布设像控点以便于后期三维建模时内业刺点进行空三加密，像控点应选择在明显地物点，比如道路斑马线角点。应每隔300-500米左右均匀布设。像控点的三维坐标，可结合测区周边原有的高等级控制点进行导线测量或者通过RTK联测获取，有条件的地方可通过CROS技术直接获取。

试验使用复合翼垂直起降无人机搭载5镜头全画幅8000万像素相机，1个下视相机和4个倾斜相机，一个周期采集5张不同角度的地物航空影像。

无人机飞行2个架次，飞行时间合计55min，设计航高75m，航向重叠率75% 以上，旁向重叠率65% 以上，采集相片数5025 张，POS 数据 5025个，地面分辨率5cm。

本测试任务在测区内布设了9个像控点，像控点平均间距约为 800m，采用CROS技术直接获取三维坐标数据。

3.3内业建模阶段

将外业航飞阶段获取的航摄相片及POS数据导入ContextCapture软件，软件自动对相片特征点进行提取，并对获取的特征点采用多视角匹配，进而解算出每一张相片的空间位置及姿态角度，从而确定相片间的位置关系，空三加密完成后，导入像控点，在航片上刺地面相控点，刺点一般尽量分布在多个航带的照片上，每个航带刺点数量不少于9张，若是边缘点或者某些方向照片较少的适当减少，但一般不低于3张。刺点完成后软件再次提交空中三角测量，检查结果，遇到精度不符合时需查明原因重新加密，直至加密完成后，进行模型重建。最终生成实景三维模型和正射影像，整个流程耗时3天，生成的实景三维模型，如图3所示。

3.4数据处理阶段

将生成的三维模型导入清华山维的EPS三维测图系统中，采用直接立体判读法完成房屋及附属设施、独立地物等要素的矢量化采集，对某些漏测的部分通过外业调绘补测，按照《国家基本比例尺地圖图式第1部分： 1：500、1：1000、1：2000地形图图式》（GB20257.1-2007）的要求进行符号化、编辑处理、图廓整饰。整个过程由3名采编员耗时一天完成，得到的 1：500房屋数字线划图如图4所示。对内业采集中因遮挡等问题而缺失的地物及结构复杂的房屋，外业使用手持测距仪测量，在此基础上绘制完整的房屋分层图，测算建筑面积，最终得到测区的房屋拆迁摸底数据，经过统计，桐木岭地块预估拆迁房屋170栋，建筑面积38000㎡。

4、测量效率评价

传统房屋拆迁量摸底主要有以下两种方式：一是通过外业入户调查测量房屋及附属物边长，内业测算面积;二是通过使用全站仪设站进行碎部点观测，再将碎部点进行绘图、调绘，最终得到拆迁量结果。两种方式的工作量均大、工作效率低，周期长。针对该实验测区，大约需要5天时间。

针对该实验测区，基于倾斜摄影测量技术则只需要约3天时间即可完成（一天外业航飞、一天内业建模及一天内业数据处理。同时，内业建模的时候均是软件自动进行，并不需要内业人员太多时间，内业人员可同时兼顾其他工作），同时可以为决策者提供现场的实景三维模型，使决策者足不出户，便可將实地情况净收眼底。

通过对比传统方法可知，倾斜摄影技术能够准确快速地获取城市更新中地块的拆迁量摸底数据，有效提高拆迁测量效率，尤其对于工期紧张的项目，倾斜摄影测量方法可以快速提供所需成果，有力推进项目进度;同时由于将传统测量大部分外业工作移至内业，有效避免了天气等因素的干扰，特别是在南方雨季，外业入户测量常由于降雨而延误，新技术实现了通过内业三维模型即可采集房屋矢量数据。

结语：

本文提出了运用倾斜摄影测量技术，基于ContextCapture Center软件将航摄相片生成实景三维模型，快速获取房屋拆迁量摸底数据的技术方法。供决策者快速、直观地获取地块拆迁量、实地地貌房屋等信息。经检核，绘制的房屋及附属物边长尺寸、面积成果均满足《房产测量规范第1单元：房产测量规定》（GB/T17986.1-2000）二级房产测量数学精度要求[4]，验证了新技术用于实际产中的可行性。相较于传统拆迁量获取技术，倾斜摄影技术使得获取效率大大提高，而成本大大降低。

参考文献：

[1]王文敏，王晓东.基于ContextCapture Center平台的城市级实景三维建模技术研究[J].测绘通报，2019（S1）：126-128+132.

[2]谭仁春，李鹏鹏，文琳，等.无人机倾斜摄影的城市三维建模方法优化[J].测绘通报，2016（11）：39-42.

[3]朱传勇，答星，刘文光，等.遥感航测技术在武汉市房屋拆迁量测算中的应用[J].城市勘测，2014（03）：14-16.

[4]GB/T17986.1-2000，房产测量规范第1单元：房产测量规定[S].