低空倾斜摄影测量技术在旧城改造中的应用.pdf

80/2023.07技术与部品2023 年第 7 期旧城改造是指对城市中老旧、历史悠久、文化内涵深厚的城市区域进行更新改造的一种城市发展方式。旧城改造是城市化进程中的一个重要环节，是继城市保护和文化展示之后的一个全面发展的重要方向1。旧城改造离不开数字化设计，通过外业调绘数据将旧城的点线面予以数学处理生成可视化数据，基于可视化数据进行数据分析和决策，包括可行性分析、经济和土地利用模拟、可视化模拟等，可有效降低旧城改造的风险性和不确定性，提高设计精度和重建工程的标准，更好地对旧城进行改造，促进旧城区的经济发展，提升旧城区的品质2。随着科学技术的发展，当前旧城数字化设计一般以旧城三维模型为基础，再基于模型进行多角度处理分析。倾斜摄影测量技术具有很高的精确度和真实感，其建模速度快，能以最快的速度得到目标物的情况并以三维模型的方式展现出来。因此本文以某旧城改造工程为例，应用低空倾斜摄影测量技术对旧城改造数字化设计整体流程进行介绍，研究结果表明该方法能为大区域城市改造项目提供一种非常有效的解决方案。一、低空倾斜摄影测量技术无人机倾斜摄影测量技术是以无人机为飞行平台，并搭载多角度相机，通过航拍获取目标物清晰完整的影像数据，其改变了传统的航拍技术的限制，有效提高三维模型生产效率，可以更加清晰地反映地面实物的实际情况，大幅度降低了三维建模数据获取的时间、人力和经济成本。（如图 1）所示，图中为相机主光轴，ON 为被摄点的垂直与地平线方向，t为与 ON 的夹角。当倾斜角度 5 t30 时即为高度倾斜影像3。低空倾斜摄影测量技术在旧城改造中的应用 蒙晓燕（中国建筑材料工业地质勘查中心山西总队，山西太原 030000）摘要老旧小区的改造提升是切实关系到民生福祉的重要工程，高效、精准采集目标建筑物空间数据通过数字化设计，可以更全面、更精确地对旧城进行分析和规划，优化改造方案，预测改造效果。倾斜摄影测量技术具有高效、多样化等优势，本文将低空倾斜摄影测量技术应用到旧城改造中，研究结果表明基于倾斜摄影测量技术，对实景三维模型进行数字化应用，可以为旧城改造中的多领域提供高精度、全方面的技术支持。关键词旧城改造；规划；低空倾斜摄影测量技术；实景三维重建Abstract:The transformation and improvement of the old residential areas is an important project related to peoples well-being.The efficient and accurate collection of the spatial data of the target buildings through digital design can more comprehensively and accurately analyze and plan the old city,optimize the transformation scheme and predict the transformation effect.Tilting photogrammetry technology has the advantages of high efficiency and diversification.This paper applies the low-altitude tilting photogrammetry technology to the reconstruction of the old city.The research results show that the digital application of the real 3D model based on tilting photogrammetry technology can provide high-precision and all-round technical support for various fields in the reconstruction of the old city.Keywords:old city reconstruction,planning,low-altitude tilting photogrammetry,live 3D reconstruction图 1 倾斜摄影倾斜角度示意图812023.07/技术与部品2023 年第 7 期摄影测量的主要测量对象是地球表面，根据对地面获取影像时摄像机安放的位置不同，摄影测量可分为航天摄影测量、航空摄影测量、低空摄影测量和地面摄影测量。低空摄影测量一般航高在 100-1000 米之间，低空摄影测量具有成果快、生产周期短、运作成本低、可操作性强等特点，在危险区域图像实时获取、土地变化监测、建筑物违章监管、环境监测和应急指挥等方面有着广泛应用。二、影像数据采集及处理1.作业区概况本次研究以某乡镇为研究对象，区域总面积约2.5km2，涵盖三个行政村，作为“未来社区”试点示范的重点改造工程，需要对该街道进行重新规划设计，因此需借助倾斜摄影测量技术建立测区实景三维模型，了解旧城区的历史状况、现状和未来发展情况，同时辅助旧城改造，为旧城改造提供更精准的规划设计方案。整体技术流程见图 2，首先采集影像数据，然后进行实景三维模型重建，最后进行旧城改造设计与应用。本次航拍作业飞行航高为 80m，航向重叠度为 80%，旁向重叠度为 75%。像控点布设采用呈矩形或方形的区域网布设方案，大小依据航摄分区的划分、航摄影像情况、测区地形特点、空中三角测量精度要求等情况进行考虑，采用网络 RTK 方式测量平面坐标，使用似大地水准面模型进行高程精化处理。为保证三维数据生产的成果质量，首先根据飞行区域的面积、地形起伏、基站布设及测区跨带等对航线进行设计，为保证三维数据生产的成果质量，摄区航向方向边界向外延长不少于 5 条航线，摄区旁向方向边界区域各向外侧延伸不少于 2 条航线，然后按照要求进行影像数据采集，最后飞行完毕后将倾斜影像数据和飞行数据下载。3.实景三维模型重建低空倾斜摄影测量使用的是 Context Capture 软件，首先添加要建模的照片和控制点信息文件，并进行 POS 解算，根据外业像控点实测数据，找到影像中像控点位置，进行刺点，输入外业实测的像控点坐标。然后进行空三加密，经过提取特征点、提取同名像对、相对定向、匹配连接点、区域网平差等步骤的运算处理，得到测区空中三角测量成果。最后进行模型重建，根据测区大小和影像分辨率，对模型采取规则平面网格进行瓦片划分，瓦片分割完成后根据空三加密成果利用影像匹配技术进行同名点匹配生产DSM，分别对模型的各个面调取相对应视角中最清晰的影像进行纹理贴图，最终输出建模成果3。三、模型精度分析及应用1.实景三维模型精度分析为检验本文提出方法的精度是否可靠，本文随机选取某幢建筑物的 5 个特征区域进行精度验证，实边长和实测面积采用全站仪现场测量，对比结果见表 2。2.低空倾斜摄影测量影像数据采集由于测区建筑相对集中，因此本项目选择“混合翼无人机+五镜头倾斜相机”等搭载倾斜相机的方式获取倾斜影像，利用飞马V100混合翼无人机（见表1）。序号类别参数序号类别参数1巡航速度20m/s5实用升限高度6000m2续航时间90min6起飞重量8.5kg3抗风能力6 级7测控半径20km4起降方式全自动垂直起降8悬停精度RTK水平1cm+1ppm；垂直2cm+1ppm序号实测边长低空摄影测量法实测面积低空摄影测量法边长误差面积误差12.1752.1930.0181.3501.3650.01521.8001.7880.01211.27611.2130.06333.1853.2330.04857.46057.3961.06440.7130.7180.00526.55026.6050.355513.85013.7780.0724.5884.5510.037中误差 0.044 0.048图 2 倾斜摄影测量技术构建三维模型整体流程表 1 飞马 V100 参数表表 2 测量结果精度对比单位：m/m282/2023.07技术与部品2023 年第 7 期通过表 2 看出，面积最大偏差为 1.065m2，最 小 误 差 为 0.015m2，最 大 相 对 误 差 为 1.8%，地 物 点 间 距 中 误 差 基 本 都 小 于 0.05m，按 照G-02 城镇房屋建筑技术调查技术导则 城市测量规范 (CJJ/T82011)，能够满足规划设计应用要求。2.规划与设计应用旧城改造数字化应用使用的是 LocaSpaceViewer（LSV）软件，该软件提供了完善的地球空间数据可视化和分析功能。将倾斜实景三维模型导入到软件中进行数字化规划和设计应用（见图 3）。借助软件分析功能，对模型采集以下方面数据并进行设计应用和分析：（1）建筑物立面数据采集：基于倾斜实景三维模型，捕捉建筑物多立面，应用软件量测工具获取测区建筑立面数据。（2）城市道路实景测量：基于倾斜实景三维模型获取道路、地形、交通等实时景观数据，对旧城道路拓展改造规划、交通良性发展等领域进行规划设计。（3）文化古迹保护：测区内还有一座清代祠堂，基于倾斜实景三维模型，纪录祠堂文物的精品情况以及组成结构，进而更好地实现古迹文物现状保护。（4）工程造价概算：基于倾斜摄影三维模型，统计各方改造工程的工程量，最后预测整体工程造价。四、结语旧城改造工作既是城市保护和文化传承的问题，也是实现城市长远发展的必要手段，更是推进城市可持续发展的重要举措。数字化设计的过程提高了改造方案的可行性和实现效率，在旧城改造中扮演着重要的角色，将成为未来改造工作的重要方向。本文将低空倾斜摄影测量技术应用到旧城改造数字化应用中，研究结果表明，该方法可以为旧城改造设计提供新思路，具有较好地借鉴和推广价值。参考文献：1 李艳喜.城市更新视角下旧城改造的思考 J.中国住宅设施,2022,No.235(12):162-164.2 常晓艳.无人机倾斜摄影测量技术在地灾监测中的应用 D.燕山大学,2021.3 刘静,何永钟.消费型倾斜无人机技术在旧城区改造的应用 J.北京测绘,2021,35(08):1126-1130.作者简介：蒙晓燕，女，1991 年生，助理工程师，主要研究方向为倾斜摄影测量技术的应用。图 3 旧城改造数字化应用