宋奇鴻，程相兵

（1.廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060）

改革開放以來，經(jīng)過近40年的快速城市化建設(shè)，我國各主要城市的規(guī)模越來越大，傳統(tǒng)的外延擴(kuò)張發(fā)展模式已難以為繼，同時(shí)城市內(nèi)部大量的存量用地利用效率低下與當(dāng)前的城市發(fā)展?fàn)顟B(tài)不相匹配[1]。2016年國務(wù)院印發(fā)的國發(fā)[2016]8號(hào)《國務(wù)院關(guān)于深入推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的若干意見》指出，要加快城鎮(zhèn)棚戶區(qū)、城中村和危房改造，推動(dòng)棚戶區(qū)改造與名城保護(hù)、城市更新相結(jié)合[2]。可見城市發(fā)展模式已由增量建設(shè)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇媪扛脑?，城市更新改造已成為新的發(fā)展方向[3]。在城市更新改造過程中，區(qū)域建筑體量作為片區(qū)策劃和實(shí)施項(xiàng)目的主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其現(xiàn)勢性和準(zhǔn)確性很大程度上決定了容積率、復(fù)建量等主要規(guī)劃指標(biāo)的劃定[4]。本文以廣州國際金融城西區(qū)為例，主要討論了在基于載人直升機(jī)和傾斜航攝儀的市域范圍內(nèi)，快速獲取房屋高密區(qū)建筑面積的方法。

1 主要技術(shù)路線

市域范圍大面積的數(shù)據(jù)獲取可通過載人直升機(jī)搭載高精度傾斜航攝儀，以傾斜攝影測量的方式建立區(qū)域?qū)嵕叭S模型；再通過軟件實(shí)現(xiàn)房屋外輪廓線和層數(shù)的初始提??；然后結(jié)合外業(yè)核查獲取建筑物的二維矢量信息和準(zhǔn)確的建筑層數(shù)；最后通過自動(dòng)搜索閉合面的方式實(shí)現(xiàn)房屋構(gòu)面，并基于建筑基底的空間位置屬性，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)相關(guān)房屋面之間的樓幢關(guān)聯(lián)，從而計(jì)算得到各房屋的單體面積和匯總區(qū)域建筑體量。主要技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 建筑體量快速獲取的技術(shù)路線圖

2 市域范圍的傾斜攝影測量

項(xiàng)目實(shí)踐攝影測量的總面積為138 km2，設(shè)計(jì)航線為70 km，預(yù)計(jì)航時(shí)約為5 h，計(jì)劃按6架次進(jìn)行飛行，飛行高度為250 m。項(xiàng)目實(shí)踐采用貝爾206直升機(jī)，搭載四維遠(yuǎn)見SWDC-5傾斜航攝儀，檢定期內(nèi)面陣像素為5億（1億×5），航向重疊度為85%，旁向重疊度為70%～75%，旋偏角控制在8°以下，通過1個(gè)垂直拍攝和前后左右4個(gè)40～45°傾角拍攝得到多視角影像、建筑物墻體真實(shí)紋理，航攝地面分辨率優(yōu)于0.05 m，如圖2所示。

圖2 全市域范圍傾斜攝影測量設(shè)計(jì)

3 建筑體量獲取

本文以廣州國際金融城西區(qū)為研究區(qū)，位于廣州市核心區(qū)域天河區(qū)，北起規(guī)劃花城大道、南臨珠江岸線、東接金融城核心區(qū)、西至珠江新城，總面積為1.2 km2。區(qū)域范圍內(nèi)，現(xiàn)狀以密集城中村村民住宅、舊廠房以及小產(chǎn)權(quán)房為主，另有部分住宅小區(qū)和商務(wù)辦公樓。以市域范圍傾斜攝影測量得到的實(shí)景三維模型為基礎(chǔ)，根據(jù)模型和影像的三維地理信息，采用室內(nèi)測圖的方式進(jìn)行高精度地物要素、地形數(shù)據(jù)的矢量采集工作，即首先通過給定建筑物側(cè)面基點(diǎn)自動(dòng)生成建筑輪廓點(diǎn)（圖3），再通過建筑物樓頂高程和平均層高，實(shí)現(xiàn)對房屋外輪廓的繪制和層數(shù)的初始提取，最后結(jié)合外業(yè)核查獲取建筑物二維線劃數(shù)據(jù)。

圖3 通過建筑物側(cè)面基點(diǎn)自動(dòng)生成輪廓點(diǎn)

為了準(zhǔn)確獲取建筑物外輪廓邊線，點(diǎn)位選擇應(yīng)遵循一定的原則：①通過高低采集判斷墻面是否垂直；②墻面兩端各選取一個(gè)點(diǎn)，以保證墻面長度和長度權(quán)值的一致性[5]。

在二維線劃數(shù)據(jù)向地理信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方面，本文基于ArcGIS平臺(tái)，開發(fā)房屋屬性提取與關(guān)聯(lián)組件，首先通過自動(dòng)搜索閉合面得到各房屋的分層構(gòu)面，并在房屋面內(nèi)再次搜索注記中心點(diǎn)；然后自動(dòng)提取房屋結(jié)構(gòu)和層數(shù)等屬性信息；再結(jié)合房屋面的空間位置屬性關(guān)系，采用人機(jī)交互的方式逐棟實(shí)現(xiàn)樓幢的地理關(guān)聯(lián)，得到單體建筑信息的有機(jī)整體；最后根據(jù)規(guī)劃用地紅線范圍，完成區(qū)域建筑面積的計(jì)算與匯總輸出，如圖4所示。

圖4 通過房屋構(gòu)面與樓幢關(guān)聯(lián)獲取建筑面積

4 質(zhì)量控制與精度分析

在建筑體量獲取的過程中，由于房屋分層線的懸掛以及注記中心點(diǎn)位的偏移，可能出現(xiàn)自動(dòng)搜索構(gòu)面出錯(cuò)或結(jié)構(gòu)、層數(shù)等信息的提取失敗的情況（圖5），可通過設(shè)置開發(fā)組件進(jìn)行檢查提示，完善質(zhì)量控制過程。

圖5 分層線懸掛導(dǎo)致的自動(dòng)搜索構(gòu)面出錯(cuò)

為了檢驗(yàn)通過傾斜攝影測量方式獲取的市域范圍大面積實(shí)景三維模型的質(zhì)量，以及在此基礎(chǔ)上生產(chǎn)得到的二維線劃數(shù)據(jù)和建筑體量的精度，本文抽樣了廣州國際金融城西區(qū)范圍內(nèi)的200棟房屋（含私人住宅和集體物業(yè)），并均勻選取了80個(gè)房屋點(diǎn)位和100條邊長間距，分別采用傳統(tǒng)的全站儀導(dǎo)線測量法完成房屋點(diǎn)位檢測，測距儀丈量法完成邊長間距檢測以及人工計(jì)算方式完成建筑面積精度檢測。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，精度指標(biāo)如表1、2所示。

表1 外業(yè)檢測精度統(tǒng)計(jì)匯總表

表2建筑面積精度統(tǒng)計(jì)匯總表

5 結(jié)語

本文介紹了城市更新改造背景下，全市域范圍內(nèi)的建筑體量快速估算方法。首先通過載人直升機(jī)傾斜攝影測量的方式獲取大面積、高精度的實(shí)景三維模型，然后測制二維線劃數(shù)據(jù)，再基于房屋空間位置屬性關(guān)系，在ArcGIS平臺(tái)中通過人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)房屋自動(dòng)構(gòu)面和樓幢關(guān)聯(lián)，最后計(jì)算和統(tǒng)計(jì)規(guī)劃用地范圍的建筑體量。在當(dāng)前全國城市以存量改造為主的發(fā)展模式下，該方法對快速完成城市更新基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查具有較強(qiáng)的參考意義。