利用近景摄影测量方法进行建筑立面测绘的研究

徐莹，何涛，王涛

(天津市测绘院，天津 300381)

利用近景摄影测量方法进行建筑立面测绘的研究

徐莹∗，何涛，王涛

(天津市测绘院，天津 300381)

城市规划管理对建筑物的日照分析有严格的要求，传统的日照分析用图的制作是通过常规地面测量实现的，外业工作量大且效率低。本文探讨利用近景摄影测量方法进行建筑立面测绘，研究采用二维直接线性变换对建筑侧面照片进行几何纠正得到立面图底图，并通过试验证明此方法可行，拍摄建筑所用的相机为普通数码相机。

近景摄影测量；建筑立面测绘；二维直接线性变换；普通数码相机

1 引 言

随着我国城市规划建设的发展，对审批建筑物与已有建筑物进行日照分析是城市规划部门的日常工作，而要保证建筑物日照分析结果的科学、准确，须对已有建筑物进行实地立面测量。建筑物立面测绘的成果为符合精度要求的建筑物的平面位置、楼顶高度、窗户长度等测量数据且以CAD图表示。

建筑立面测绘较为常规的方法是地面常规测量方法，地面常规测量方法所得结果的几何精度较高，但外业采集工作量大，相应的制作周期也长。采用近景摄影测量方法进行建筑物立面测绘也是一种可选的方法，其具有时间短、工作效率高的优点，且当采用量测相机可获得高精度结果。

当受设备限制而无量测相机可用，且对建筑物立面图几何精度要求不是特别高时，宜采用直接线性变换方法，相应的设备为普通数码相机。直接线性变换(Direct Linear Transformation，DLT)解法，因无需相机的内方位元素和摄影时外方位元素的初始近似值，适用于非量测相机(包括普通数码相机)所摄影像的摄影测量处理。直接线性变换模型包括三维形式的和二维直接线性变换模型，三维模型用于建筑立面测绘已有学者研究并加以应用，二维直接线性变换模型相对于三维模型来说具有控制点数量少、算法简便的特点，本文研究的是利用二维直接线性变换进行建筑立面测绘，并通过试验加以论证。

2 二维直接线性变换

直接线性变换解法的关系式为:

其中，(x，y)是像点坐标，(X，Y，Z)是相应物点在物方空间的三维坐标，(l1，l2，l3，l4，l5，l6，l7，l8，l9，l10，l11)是11个待定系数。

直接线性变换解法建立了像平面坐标与物方空间坐标间直接的、线性的关系，其本质是由共线条件方程演算而来。

当观测物体为二维目标，即坐标Z视作常数时，上式可变换为如下二维形式:

其中，(x，y)是像点坐标，(X，Y)是相应物点在物方空间的二维平面坐标，(l1，l2，l3，l4，l5，l6，l7，l8)是8个待定系数。二维直接线性变换解法建立了像平面坐标与物方平面坐标间的线性关系。二维直接线性变换模型共有8个待定系数，因而至少需要4个二维控制点方可解算出其模型。

建筑物立面可视作二维对象，故建筑立面图测绘可采用二维直接线性变换解法，其计算过程为:

(1)依据最小二乘法，利用4个以上控制点建立误差方程，求解8个系数。

(2)将未知点的像点坐标代入二维直接线性变换关系式，计算其二维平面坐标。

(3)根据计算结果，进行影像重采样得到几何纠正的影像底图，作为立面图绘制的底图。

将像点坐标(x，y)视作观测值，观测值改正数为(vx，vy)，则观测值方程式为:

相应的误差方程式为:

3.故障原因按系统排列可使文章清晰，例如：进气系统、燃油系统、电控系统、机械部分。我将作者总结的7条重新排列：

该解算处理的原理为最小二乘法，并采用循环迭代的方法进行。解算时，8个li系数的初始值可设置为一较小的常数，本试验中采用初始值均为1.0，其收敛条件为相邻两次运算的差值小于0.1。

3 试 验

试验所用数码相机为尼康COOLPIX L22，分辨率为4 000×3 000。试验拍摄了一座6层的普通建筑的侧面，拍摄距离为34 m，其立面相片上的特征点主要是窗口角点，相片尺寸为2 560像素×1 920像素，如图1所示。试验共选取了8个控制点和9个检查点，绝大多数控制点和检查点均位于窗口角点上。控制点和检查点整体分布较均匀，其点位分布图如图2所示，其中，红色、名称带“GCP”的是控制点，蓝色、名称带“CP”的是检查点。利用无反射棱镜的全站仪采集这些点的二维平面坐标，所用全站仪为徕卡TCR1102，其不用棱镜模式下测程达250 m，标称精度为±(3 mm+2 ppm)。利用PCIGeomatics软件量测相应的像点坐标。

无反射棱镜全站仪发射的激光束可精确地打到目标上，保证高精度的测量出目标点的坐标。本试验中应用无棱镜测量技术直接测得建筑侧面各特征点的坐标，有效地提高观测效率并降低了作业人员的劳动强度。

图2 点位分布图

解算得到8个未知系数后，建立了二维直接线性变换模型，据此对相片做几何纠正生成立面图底图，纠正的底图如图3所示。通过检查点对结果进行精度评定，精度评定方法是计算检查点的中误差，其结果如表1所示。

检查点中误差 表1

图1 建筑立面照片

图3 纠正的底图

表1的结果表明检查点的精度为6.1 cm，由此可判定二维直接线性变换方法生成的建筑立面底图精度约6 cm，其相对精度为6.1 cm/34 m≈1/500，表明其相对精度也较高。

将得到的纠正影像作为底图导入绘图软件Auto-CAD中，在CAD中进一步处理，就可得到所需的建筑立面图、窗位图等成果。

4 结 语

随着我国城市的快速发展，城市居民对房屋居住条件、居住环境的要求也日益重视，这其中房屋的日照采光已成为关注的热点。另一方面，开发商为了节约用地成本因而尽可能提高楼房高度并缩小楼房间距。因此产生了两者间的矛盾并引发一些争议。为此，城市规划部门逐步将建筑日照分析纳入到城市规划管理的日常工作中来，这也产生了城市建筑物立面测绘这块新的市场。

利用近景摄影测量方法进行建筑立面测绘，相比于常规地面测量显著减少了外业观测工作量，提高了效率，且其成果能满足日照分析用图的精度要求。本方法采用的仪器是普通数码相机，对设备要求很低从而节省了成本，且处理过程较为简洁，对多数生产单位来说具有实用意义。根据建筑物立面具有二维形式的特点，本文提出了利用更为精简的二维直接线性变换模型而不是三维形式的，既减少了外业控制点的数量，也降低了解算的复杂度，具有简便、实用的特点。

[1] 冯文灏.近景摄影测量[M].武汉:武汉大学出版社，2002.

[2] 程效军，刘倩，金雯.利用近景摄影测量制作日照分析用图[J].遥感应用，2007(4).

[3] 范文兵.建筑物日照分析测量内容及方法探讨[J].城市勘测，2006(2).

[4] 张正禄.工程测量学[M].武汉:武汉大学出版社，2002.

[5] 赵卿，尹晖.二维DLT变换用于建筑物变形监测的试验研究[J].测绘与空间地理信息，2006(6).

[6] 李德仁，周月琴，金为铣.摄影测量与遥感概论[M].北京；测绘出版社，2001.

[7] 张慧鑫，李非栗，雷巨光.基于普通数码相机的近景摄影测量方法与精度的试验研究[J].北京测绘，2008(4).

数字哈尔滨地理空间框架建设项目通过国家验收

(本刊讯)2013年5月31日，由哈尔滨市城乡规划局组织实施、哈尔滨市勘察测绘研究院承担的数字哈尔滨地理空间框架建设项目通过了国家测绘地理信息局专家组的评审验收。国家测绘地理信息局副局长李维森、黑龙江测绘地理信息局党组书记鲍英华、市政府党组成员魏伟出席项目验收会并讲话。市政府副秘书长许洪江、市城乡规划局局长王宏新出席会议。

哈尔滨“数字城市”建设可实现哈尔滨市主城区所有地理空间信息在线共享。该项目包括“一库、两平台、五个应用”。一库是基础地理信息数据库。两平台是数字地理信息政务服务平台和公众服务平台。五个应用分别为:群力新区东区地理信息系统、数字城管地理信息数据共享服务系统、数字城市规划监察系统、城市规划管理信息系统、城市设计三维审批决策系统。

专家组强调，为做好智慧城市建设的准备工作，一是要进一步完善地理空间框架的各项功能，尽早开通天地图·哈尔滨；二是要进一步加大平台的推广应用力度；三是要加强平台的管理、维护和更新工作。确保以高质量、高水平的地理信息服务，向社会公众和政府部门提供权威、统一、优质的在线地理信息服务。

(哈尔滨市勘察测绘研究院张忠颖供稿)

Research on Architecture Profile Surveying Based on Close-range Photogrammetry

Xu Ying，He Tao，Wang Tao
(Tianjin Institute of Surveying and Mapping，Tianjin 300381，China)

City planningmanagement has strict request to sunlight analyis of architecture.The traditional production of sunlightanalyismap is based on ground surveying，which has heavy outdoor work and is inefficient.This paper discussess the process of architecture profile surveying using close-range photogrammetry technology.This paper adopts 2D direct linear transformtion to rectify the photo of building and obtain basemap.Thismethod is validated by experimentation. Ordinary digital camera is used during this experimentation.

close-range photogrammetry；architecture profile surveying；2D direct linear transformtion；digital camera

1672-8262(2013)04-127-03

P234.1

B

2012—09—11

徐莹(1983—)，女，工程师，研究方向为遥感影像处理及测绘技术开发。