倾斜摄影测量技术在城市拆迁测绘中的应用分析

刘碧瑶

（三和数码测绘地理信息技术有限公司，甘肃 天水 741000）

1 概述

随着中国经济的发展，城市化进程逐步加快，导致了城市居住及发展用地的紧张，为了缓解这种局面，很多城市老旧房屋的拆迁改造被提上日程[1]。在老旧房屋拆迁之前需要对房屋进行评估来确定补偿价格，房屋评估需要测定房产面积、地面附属物的概况。而在对房屋进行评估的过程中，存在一些弊端，首先，在政府传出要对某地区进行拆迁改造的时候，该地区的居民就会对房屋进行突击加盖、装修以及补种树木等活动，这些手段会对拆迁的实际勘测造成一定的不利影响；其次，在对方案进行拆迁评估的时候往往需要入户对房屋装修以及房屋内外面积进行测量评估，而很多情况下，房屋主人不允许评估人员的进入，这就会耽误评估工作的开展[2]。无人机倾斜摄影技术利用多摄像头从不同角度迅速采集测区的高分辨率图像，可以在拆迁之前对拆迁区域内的房屋情况进行仔细准确的测绘，帮助工作人员掌握房屋的准确面积、结构类型、成新度等数据，大大减少了拆迁过程中出现的种种弊端，有非常大的推广意义。本研究以某市临街低层店铺拆迁项目为例，分析了城市拆迁过程中无人机倾斜摄影技术的作用以及应用流程。

2 无人机倾斜摄影测量技术

2.1 无人机航测技术简介

无人机根据机翼类型可以被分为旋翼无人机和固定翼无人机，固定翼无人机是依靠机翼上下方形成的气压差而提供升力来运动的。体积较大的无人机常用于军事领域，民用固定翼航测无人机体积较小，但收放需要较大的空间[3]。除此之外还有旋翼无人机，大家经常接触到的大疆无人机就是旋翼无人机的典型代表。拥有垂直起降、定点悬停、空中大幅度转向等优点，并且由于旋翼数量较多，所以飞行姿态相比于其他无人机来说更为稳定，所以使用范围较广。当前在城市拆迁航测中应用的无人机多为旋翼无人机。

2.2 无人机航测的优势

无人机航测的优势主要集中在以下几点：（1）测绘空域申请较为方便，城市中建筑高低交错，为了确保地上建筑物和线缆的安全，国家会对城市空域进行管制，如果需要对拆迁进行航测，无人机申请空域较为方便，对于起降条件要求也低，不受恶劣天气的影响。（2）灵活方便，相比于传统人工测绘，无人机测绘较为方便，即便是弹射型固定翼无人机所需要的人力物力等资源也大为减少。（3）可以拍摄大比例高分辨率图像，无人机可以在低空飞行，所以测绘中采集的影像分辨率可以高达2～3 cm的水平，相比于人力拍摄照片，精度更高[4]。测绘的精度越高，越能对实际情况进行一个清晰的呈现，越能达到测绘的最终目的。（4）全自动测绘建模，近年来测绘领域大力发展了倾斜摄影技术，通过一个垂直及四个倾斜的角度采集物体的影像，通过模型形成符合人眼视觉的真实影像。无人机的倾斜摄影建模过程为全自动建模，全部由终端系统自动完成，不需要人工来进行干涉，大大节省了测绘人员的工作压力。

2.3 无人机倾斜摄影的原理

传统航空摄影测量主要是通过飞行器搭载相关拍摄设备，在飞行途中对地面进行从上而下的垂直俯视角度拍照，而后将照片进行数据处理得到最终的真正射影像图，通过这种方式获取的影像资料仅有一个角度，所以对建筑物的一些细节不能做到完全反应，影响后续的判断[5]。倾斜摄影技术是在正射影像的基础上发展而来的，倾斜摄影技术是通过搭载在一个无人机中的多台摄影镜头，从不同的角度分别对物体进行成像拍摄，当前所用的五镜头就是一个垂直角度，四个倾斜角度，这样的拍摄方式可以得到多个角度的三维图像数据，这样更加直观也符合人眼视觉习惯。

3 无人机倾斜摄影应用案例

3.1 项目概况

该项目处于某市市中心西北某条道路的南北两侧，在2016年的城中村改造项目中，仅保留了道路两侧的临街店铺，将城中村其余项目全部进行改造，后续随着道路拓宽等工程的启动，以及城市发展的要求，需要将临街老旧房屋进行拆迁改造，测区东西总长度约为1 500 m，南北约为165 m（含道路），整体呈现出东西向的条带状分布，房屋占地约为0.15 km2，共有户籍住户297户，住宅面积约为57 000 m2，并且在项目区北部还有一定区域的违规建筑。此次倾斜摄影拆迁需要将测区建筑的总体情况及各户的房屋面积等情况进行确定，方便后续进行拆迁规划方案的确定，项目要求利用倾斜摄影技术拍摄的建筑尺寸参照1∶500的地形图来执行，由于设计的住户较多，项目时间要求紧迫，所以无法进行入户测量，因此决定采用旋翼无人机进行倾斜摄影作业，然后利用建模技术进行实景三维模型的生产，然后基于模型进行建构筑物的采集。

3.2 项目实施过程

3.2.1 设备选择

本次项目周边有国家主干输电线网络，考虑到安全和实用采用多旋翼无人机来进行项目的实施，无人机型号选择三和数码自主研发的SH-60X六旋翼，该型号无人机具有15 km的图像传输距离，以及55 min的超长续航时间，可以满足此次任务的需要。

3.2.2 控制测量

经过前期对测区的相关实地调查，最终确定布设像控点25个，采用三角形进行布设，由于测区两侧及中间有明显的斑马线，所以选择两侧斑马线作为测区的角点。布设完像控点后，就需要实地进行像控点坐标的采集。本次坐标采集利用千寻账号，实地找到位置后，借助气泡的位置，使杆子与地面垂直，这样采集的坐标才更加准确。在采集的过程中，严格执行每个坐标采集3次，3次之间的较差均要求小于1 cm，最后取3次采集的平均值作为该点的最终采集成果，在采集的过程中，要求状态为固定解。

采集点位的同时，要对实地照片进行拍摄，这样便于后期内业对点位进行准确判断。在采集实地照片时，要求从多个角度进行采集，其中要求有一张为近景照片，这样可以准确看到转刺点的位置，做到像控点坐标的精准转刺。

同理，为了后续对生产的模型精度检测，除了采集像控点外，还在精度薄弱区域，均匀的采集了检测点20个。

3.2.3 采集测量影像数据

（1）进行航线规划，测区范围确定之后，就可以根据所需要的成果类型，成果分辨率进行航线规划。航线类型一般有4种：蛇形航线、套耕航线、环形航线、条带航线。一般在使用多旋翼无人机测绘过程中，比较常用的是蛇形航线，蛇形航线不需要对一段路进行重复测绘效率较高[6]。本次项目的测区是条状测区，所以采用蛇形航线，航线的规划设计主要依靠无人机自带软件进行设计航线约为16条。

（2）无人机飞行作业，虽然多旋翼无人机具有较好的稳定性，但是在飞行作业的时候也尽量选择风力较小的良好天气下进行。首先，要对多旋翼无人机进行组装，并将测绘所需仪器进行安装，安装完毕之后进行测绘系统地面测试。其次，将测绘飞行的各项参数输入到飞行控制系统中去。随后将旋翼无人机放飞，并实时监测无人机的飞行状态及测绘状态。最后，飞行结束之后检查无人机测绘数据是否完备详实。本次项目全程采用无人机自动引导飞行作业，由于测区正北方有高层住宅建筑，所以前期采用100 m高度作业，地面分辨率设置为2 cm，航向重叠度设置为80%，旁向重叠度为75%。

3.2.4 三维建模和修饰

采集数据之后利用无人机系统软件对GPS观测值进行差分数据解算，解算后POS固定解数量控制在98%以上。随后将无人机采集数据转换成为标准三维坐标。当前无人机倾斜摄影三维建模基本上都是全自动建模，这样省去了大量的内业活动，减轻了人员的工作量。本次三维建模采用CC 软件（Context Capture），在三维建模的时候不需要人工进行过度干预，便可以将无人机拍摄的影像自动生产较为实景三维模型[7]，本次项目三维建模主要分为2个步骤，第一步对航空飞行采集的数据进行检查和预处理，如果发现影像丢失等情况，可以采取补飞的办法来再次获取数据。随后将无人机拍摄的影像数据、POS数据等导入软件，软件自动进行空三加密、密集匹配等工作，最终产出三维模型。本次利用CC软件在进行空三加密时，当第一次完成空三加密后，通过人机交互方式查看，空三出现了弯曲现象，成果不能直接使用。将优化后的相机焦距重新作为输入数据进行更新已有焦距，然后再次进行空三加密，本次加密完成后，成果未出现分层、弯曲现象，只丢失了3张照片，这3张照片位于测区边缘，不会对后期建模效果带来影响，因此将其进行忽略。通过查看空三报告，本次加密成果空三重投影中误差为0.43个像元大小，小于经验值2/3个像元，成果精度良好。

结合电脑配置，瓦片划分方式采用水平规则格网，瓦片切块大小为100 m×100 m，平面简化设置为0 m，输出分辨率设置为0.02 m，输出格式选择通用的OSGB，纹理未压缩，贴图质量100%。多个工程建模，分块原点和模型原点设置一样，便于后期对模型成果进行替换和接边。如图1所示，是本次生产的实景三维模型中的一部分。

图1 拆迁区局部三维模型

3.2.5 精度评定

本次项目检查点为20个，利用人机交互的方式对模型成果精度进行检测，检测结果如表1所示，表中为所有点位的平面和高程误差统计。

表1 20个检查点的误差精度 单位：cm

根据上表可以得到本次平面较差最大为5.2 cm，高程较差最大为9.8 cm，按照中误差计算公式可以计算出20个点的平面误差为±3.2 cm，高程误差为±4.3 cm，根据相关标准，本次倾斜摄影项目误差满足标准规定。

3.2.6 三维测图的制作

本次项目结合现有设备，采用清华山维的EPSV5.0来进行DLG数据的生产，将第四小节所建立的三维模型导入工作站，随后进行高精度高比例地形数据的矢量采集，通过DLG数据可以进一步的对拆迁区域内房屋的数据进行准确测量。由于模型不完整、变形严重等原因引起的无法在模型上准确采集的部分，需要外业利用全站仪、RTK等设备进行采集，然后将模型上采集的成果和外业补充采集的成果进行整合整理，形成最终的地籍图成果。测量之前需要将DLG数据导入CASS软件，自动将房屋数据进行量测，并根据《天水市房屋建筑面积测量实施标准》中的相关规定来确认本次项目测区精度。经过检测可知，本次无人机倾斜摄影精度达到了规定中的二级标准，成果满足项目拆迁标准。

利用实景三维模型，不但可以对拆迁成本进行准确预算，而且可以保留航摄时的现状，可以作为一手资料，对于后期加盖等行为，想多获取赔偿款的，是可以不进行赔付的。通过这种方式，有效保护了居民的利益和政府的利益，为房屋顺利拆迁赔付提供了保障。模型精度高，估算出来的赔付款也较准确，较之前人工摸底测量，不但有效提升了作业效率，而且降低了作业成本，为拆迁部门节约大量资金。

4 结束语

城市的发展离不开大量土地资源的保障，为了缓解土地供需的矛盾，需要进行老旧房屋的拆迁，传统拆迁评估的过程中存在突击加盖以及阻挠评估人员测量等弊端，无人机测量可以有效地避免这种现象的发生，本研究通过工程实例研究分析了利用无人机倾斜摄影技术对相关拆迁项目进行测绘的全过程，无人机通过倾斜摄影系统采集相关的数据信息，将信息生成三维模型，并进一步制作DLG数据计算各个房屋的边长尺寸及面积等拆迁所需的基本信息，通过分析发现无人机倾斜摄影技术可以大大提高拆迁测量的工作效率，并能节约大量工程开支，促进拆迁工作正常有序推进。