數(shù)字航空攝影測量技術(shù)在拆遷測量中的應(yīng)用研究

單靜，喬煒，孟泉毅

(武漢市測繪研究院，湖北武漢 430022)

1 引言

城市的發(fā)展變遷，伴隨著大面積的居民地拆遷工作，而這一項工作中最關(guān)鍵的就是拆遷補償費用測算環(huán)節(jié)。這一工作任務(wù)艱巨，尤其是進入居民區(qū)容易激化矛盾，影像城市建設(shè)工作的開展。因此，如何摸清拆遷建筑的面積、數(shù)量、結(jié)構(gòu)，就成為精確測算補償費用，切實維護政府和人民利益的關(guān)鍵。隨著數(shù)字航攝相機的不斷發(fā)展，數(shù)字航空攝影測量技術(shù)也在被越來越多的應(yīng)用于城市規(guī)劃建設(shè)領(lǐng)域。本文結(jié)合武漢市東風(fēng)村城中村改造項目中房屋建筑面積測算的實例，研究數(shù)字航空攝影測量技術(shù)應(yīng)用于城中村拆遷測量工作中的合理性。

2 數(shù)字航空攝影測量技術(shù)基本原理

利用數(shù)字航攝影像，通過區(qū)域網(wǎng)空三加密后，可以在數(shù)字攝影測量工作站上將測區(qū)恢復(fù)成精度達到1∶500～1∶2 000的立體模型。利用航測立體模型進行建筑物外輪廓線采集和樓層提取。

2.1 航測成圖的原理和方法

數(shù)字航空影像是將航空飛機作為拍攝平臺，利用數(shù)字航攝儀進行拍攝而成的影像。其影像特點符合中心投影的幾何特點，影像上的像點、地面點和投影中心之間的關(guān)系，均滿足共線方程(見下公式)，且存在一定的幾何關(guān)系，即立體相對上的同名像點所對應(yīng)的兩條核線一一對應(yīng)，核線在空間的交點即為地面點［1，2］。因此，通過立體像對的兩張像片的內(nèi)、外方位元素就可確定所求地面點的坐標(biāo)。

第一步，解析單張像片，根據(jù)像片的內(nèi)方位元素和外方位元素，確定航攝物鏡與像片的關(guān)系，恢復(fù)攝影時的攝影光束的空間位置和姿態(tài)。

第二步，根據(jù)光學(xué)成像原理和共線方程，利用像對的幾何關(guān)系進行相對定向。

第三步，利用控制點，確定立體模型的絕對定向元素，把攝影測量坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到地面測量坐標(biāo)系，恢復(fù)立體模型。

第四步，利用立體模型進行航測采集，獲取所需的地物平面及高程信息［3］。

2.2 面積測量

通過數(shù)字航攝圖形工作站，可對需要測量的地區(qū)進行立體模型恢復(fù)。在恢復(fù)后的立體模型上，人為對需要統(tǒng)計的建筑物輪廓線進行采集，如圖1所示。并將采集后的建筑物數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS進行批量的面積統(tǒng)計，并在屬性信息中記錄面積信息。

圖1 建筑物輪廓線采集

2.3 層次獲取

(1)從原始影像進行識別

通過影像上建筑物側(cè)面的窗戶和周圍建筑物情況，可以清晰的識別一部分建筑物的樓層信息［4，5］。如圖2所示，可以明顯識別建筑物的樓層，西北角黃色墻體房屋為2層樓，西邊白色墻體房屋為1層樓。

圖2 樓層顯示

(2)從立體模型獲取

影像中心的建筑物接近于真正射，因此我們無法在影像上通過窗戶等信息識別出該建筑物的層次。由于我們采用的是攝影測量手段，可以在立體模型上量測此類建(構(gòu))筑物的高度信息。利用建筑屋頂?shù)母叱毯徒ㄖ锔浇孛娴母叱讨睿梢酝扑愠鼋ㄖ锏臉菍痈叨惹闆r，并得出建筑物的層次信息。

3 實例分析——以武漢市東風(fēng)村為例

3.1 實驗環(huán)境

武漢市東風(fēng)村是拆遷項目中的重點地區(qū)，由于城中村長期存在亂搭違建的情況，需要通過對歷年該村的房屋情況進行調(diào)研。整個測區(qū)內(nèi)地勢平坦，建筑密集且復(fù)雜，根據(jù)相關(guān)土地部門提供的規(guī)劃范圍線，測區(qū)內(nèi)地塊分為集體用地、規(guī)劃工業(yè)儲備用地和規(guī)劃經(jīng)營性儲備用地;戶主類型復(fù)雜，有企事業(yè)單位領(lǐng)導(dǎo)法人、小企業(yè)主、城中村私房戶主等，測量調(diào)查難度較大。

3.2 方案實施

項目以2006年DMC數(shù)碼航攝影像、2009年DMC數(shù)碼航攝影像和2011年ADS80數(shù)碼航攝影像資料作為項目數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，利用全數(shù)字攝影測量工作站恢復(fù)當(dāng)年的立體模型，在立體模型上對武漢市東風(fēng)村的建筑屋頂輪廓線、屋頂高程和地面高程數(shù)據(jù)進行采集。對于在影像上可直接識別的樓層進行標(biāo)注;對于無法識別樓層的建筑，將采集建筑屋頂高程與地面高程進行比較得到建筑房屋高度，房屋樓層按 3 m一層來計算樓層，樓層計算余數(shù)≥2.5 m加一層，最終得到樓層結(jié)果。在ArcGIS軟件中，利用建筑物輪廓線和樓層信息，計算出房屋的建筑面積。同時利用3個年份的影像資料，制作該區(qū)域3個年份的正射影像圖［6］。

3.3 結(jié)果分析

(1)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和影像分析結(jié)果

對2006年、2009年和2011年航測采集的數(shù)據(jù)進行占地面積統(tǒng)計，并結(jié)合樓層信息計算出房屋的建筑面積。并根據(jù)房屋的占地性質(zhì)，得到以下分析統(tǒng)計表1所示:

東風(fēng)村房屋面積(2006年、2009年、2011年)測算與統(tǒng)計匯總表 表1

通過不同年代的正射影像圖，可以明顯分辨出建筑物的增減年代和位置。3個年份正射影像圖如圖3～圖5所示:

(2)特點分析

項目利用2006年、2009年提和2011年3個年份的影像資料作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，利用各個年份影像分別獲取建(構(gòu))筑物的房屋分布情況、高度樓層信息。經(jīng)過對不同年代歷史影像資料的對比，可以確切的查明各個新增建(構(gòu))筑物的建設(shè)年份和情形，方便相關(guān)拆遷職能部門對測區(qū)情況進行了解和分析，對比出違建的年份和保留亂搭違建的證據(jù)。利用影像數(shù)據(jù)，方便拆遷補償工作的開展，更合理地對拆遷工作進行規(guī)劃和統(tǒng)計。

項目顛覆傳統(tǒng)拆遷測量方法，采用航空攝影測量的方式，避免了因要去到實地測量而引起的復(fù)雜情況，并將工作效率大幅提高。

圖3 2006年正射影像圖

圖4 2009年正射影像圖

圖5 2009年正射影像圖

4 結(jié)論

隨著數(shù)碼航空攝影技術(shù)的逐漸成熟，已經(jīng)被越來越多的運用于城市規(guī)劃建設(shè)領(lǐng)域。當(dāng)前，武漢市正處于城市建設(shè)快速發(fā)展時期，面臨著大量拆遷改造工程。利用數(shù)碼航空攝影技術(shù)對拆遷區(qū)的面積進行測算，進行非接觸性拆遷測量統(tǒng)計分析，不僅可以獲得滿足要求的結(jié)果，更大大節(jié)約了常規(guī)測量工作量。同時，能準確地利用各個年份的航測歷史數(shù)據(jù)對拆遷工作進行規(guī)劃和安排，一方面能夠快速有效地獲得拆遷補償信息，另一方面能夠有效地解決拆遷補償糾紛問題。該項技術(shù)的研究與應(yīng)用，使得航空攝影測量技術(shù)與工程測量能夠相互輔助，顛覆了常規(guī)拆遷測量作業(yè)的傳統(tǒng)方式，較常規(guī)拆遷測量具有不可接觸性、快速簡潔等優(yōu)勢，適用于拆遷政策測量。該項技術(shù)為武漢市大面積城中村改造工程提供了高效的測繪保障基礎(chǔ)，為市政府拆遷辦的決策和城中村改造規(guī)劃工作起到了重要的推動作用。

［1］ 李德仁，周月琴，金為銑．?dāng)z影測量與遙感概論［M］．北京:測繪出版社，2001．

［2］ 張祖勛，張劍清．?dāng)?shù)字攝影測量學(xué)［M］．武漢:武漢大學(xué)出版社，1997．

［3］ 宋大明．DMC影像在數(shù)字攝影測量中的應(yīng)用［J］．測繪與空間地理信息，2006(6):29～3．

［4］洪樹耿．從揭陽“金腰帶”堤圍工程實踐探討城市片區(qū)拆遷測量工作［J］．城市勘測，2007(5)．

［5］董祥林，肖濤，高宇．固定翼無人機在礦區(qū)拆遷測量中應(yīng)用［J］．江西測繪，2011:88～2．

［6］CJJ/T 8－2011．城市測量規(guī)范［S］．