單靜，喬煒，孟泉毅

(武漢市測(cè)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(xiàng)工作中最關(guān)鍵的就是拆遷補(bǔ)償費(fèi)用測(cè)算環(huán)節(jié)。這一工作任務(wù)艱巨，尤其是進(jìn)入居民區(qū)容易激化矛盾，影像城市建設(shè)工作的開(kāi)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(cè)算補(bǔ)償費(fèi)用，切實(shí)維護(hù)政府和人民利益的關(guān)鍵。隨著數(shù)字航攝相機(jī)的不斷發(fā)展，數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)也在被越來(lái)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(xiàng)目中房屋建筑面積測(cè)算的實(shí)例，研究數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于城中村拆遷測(cè)量工作中的合理性。

2 數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)基本原理

利用數(shù)字航攝影像，通過(guò)區(qū)域網(wǎng)空三加密后，可以在數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站上將測(cè)區(qū)恢復(fù)成精度達(dá)到1∶500～1∶2 000的立體模型。利用航測(cè)立體模型進(jìn)行建筑物外輪廓線采集和樓層提取。

2.1 航測(cè)成圖的原理和方法

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

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

第四步，利用立體模型進(jìn)行航測(cè)采集，獲取所需的地物平面及高程信息［3］。

2.2 面積測(cè)量

通過(guò)數(shù)字航攝圖形工作站，可對(duì)需要測(cè)量的地區(qū)進(jìn)行立體模型恢復(fù)。在恢復(fù)后的立體模型上，人為對(duì)需要統(tǒng)計(jì)的建筑物輪廓線進(jìn)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(jìn)行批量的面積統(tǒng)計(jì)，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(jìn)行識(shí)別

通過(guò)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(shí)別一部分建筑物的樓層信息［4，5］。如圖2所示，可以明顯識(shí)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(wú)法在影像上通過(guò)窗戶等信息識(shí)別出該建筑物的層次。由于我們采用的是攝影測(cè)量手段，可以在立體模型上量測(cè)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?，可以推算出建筑物的樓層高度情況，并得出建筑物的層次信息。

3 實(shí)例分析——以武漢市東風(fēng)村為例

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

武漢市東風(fēng)村是拆遷項(xiàng)目中的重點(diǎn)地區(qū)，由于城中村長(zhǎng)期存在亂搭違建的情況，需要通過(guò)對(duì)歷年該村的房屋情況進(jìn)行調(diào)研。整個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)地勢(shì)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(cè)區(qū)內(nèi)地塊分為集體用地、規(guī)劃工業(yè)儲(chǔ)備用地和規(guī)劃經(jīng)營(yíng)性儲(chǔ)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(cè)量調(diào)查難度較大。

3.2 方案實(shí)施

項(xiàng)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(xiàng)目數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，利用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站恢復(fù)當(dāng)年的立體模型，在立體模型上對(duì)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(jìn)行采集。對(duì)于在影像上可直接識(shí)別的樓層進(jìn)行標(biāo)注;對(duì)于無(wú)法識(shí)別樓層的建筑，將采集建筑屋頂高程與地面高程進(jìn)行比較得到建筑房屋高度，房屋樓層按 3 m一層來(lái)計(jì)算樓層，樓層計(jì)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(jì)算出房屋的建筑面積。同時(shí)利用3個(gè)年份的影像資料，制作該區(qū)域3個(gè)年份的正射影像圖［6］。

3.3 結(jié)果分析

(1)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和影像分析結(jié)果

對(duì)2006年、2009年和2011年航測(cè)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行占地面積統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合樓層信息計(jì)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(jì)表1所示:

東風(fēng)村房屋面積(2006年、2009年、2011年)測(cè)算與統(tǒng)計(jì)匯總表 表1

通過(guò)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(gè)年份正射影像圖如圖3～圖5所示:

(2)特點(diǎn)分析

項(xiàng)目利用2006年、2009年提和2011年3個(gè)年份的影像資料作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，利用各個(gè)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(guò)對(duì)不同年代歷史影像資料的對(duì)比，可以確切的查明各個(gè)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(duì)測(cè)區(qū)情況進(jìn)行了解和分析，對(duì)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(bǔ)償工作的開(kāi)展，更合理地對(duì)拆遷工作進(jìn)行規(guī)劃和統(tǒng)計(jì)。

項(xiàng)目顛覆傳統(tǒng)拆遷測(cè)量方法，采用航空攝影測(cè)量的方式，避免了因要去到實(shí)地測(cè)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(lái)越多的運(yùn)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(shí)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(duì)拆遷區(qū)的面積進(jìn)行測(cè)算，進(jìn)行非接觸性拆遷測(cè)量統(tǒng)計(jì)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(cè)量工作量。同時(shí)，能準(zhǔn)確地利用各個(gè)年份的航測(cè)歷史數(shù)據(jù)對(duì)拆遷工作進(jìn)行規(guī)劃和安排，一方面能夠快速有效地獲得拆遷補(bǔ)償信息，另一方面能夠有效地解決拆遷補(bǔ)償糾紛問(wèn)題。該項(xiàng)技術(shù)的研究與應(yīng)用，使得航空攝影測(cè)量技術(shù)與工程測(cè)量能夠相互輔助，顛覆了常規(guī)拆遷測(cè)量作業(yè)的傳統(tǒng)方式，較常規(guī)拆遷測(cè)量具有不可接觸性、快速簡(jiǎn)潔等優(yōu)勢(shì)，適用于拆遷政策測(cè)量。該項(xiàng)技術(shù)為武漢市大面積城中村改造工程提供了高效的測(cè)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(dòng)作用。

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

［2］ 張祖勛，張劍清．?dāng)?shù)字?jǐn)z影測(cè)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?jǐn)z影測(cè)量中的應(yīng)用［J］．測(cè)繪與空間地理信息，2006(6):29～3．

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

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

［6］CJJ/T 8－2011．城市測(cè)量規(guī)范［S］．