基于倾斜摄影测量技术的建筑物空间变化监测探讨*

赵 雷，包银丽，袁翔东

(昆明市测绘管理中心，云南 昆明 650500)

基于倾斜摄影测量技术的建筑物空间变化监测探讨*

赵 雷，包银丽，袁翔东

(昆明市测绘管理中心，云南 昆明 650500)

目前利用卫星影像进行空间变化监测的应用已经比较普遍，尤其在监测城市部件的平面变化方面已经有成熟的技术方法，但是仍无法解决准确监测建筑物的高度变化的问题。在城市违法建筑执法中对建筑物高度变化的监测尤为重要，文章就此问题利用倾斜摄影测量等测绘技术手段，通过建筑物平面和高度定期比对，实现城市建筑物空间变化监测，从而为城市违法建筑执法和城市综合管理考核等提供可靠的数据依据。

倾斜摄影测量；建筑物；空间变化；城市管理

0 引言

随着国内越来越多的城中村和旧城改造工作的推进，真实掌握城市违法建筑物的存量和增量成为城市管理者非常重视的问题。当前，对违法建筑物的发现主要是依靠城市管理监督员现场巡查和各级政府逐级上报的方式，这样统计出来的违法建筑物存量和增量不客观，存在虚报现象，并且现场巡视人员的人身安全也经常受到威胁。当前形势下的城市建筑物执法考核管理中，需要各级城市管理部门对城市建设范围的建筑物空间形态进行快速、定期、准确、客观的监测，以便更加切合实际地制定建设规划和拆迁费用预算，为城市违法查处提供客观依据，实现城市精细化管理，创新城市管理新模式。

目前，在昆明、北京等城市，已经开始采用倾斜航空摄影等先进的测量技术手段定期采集城市建成区范围内实景三维空间信息数据，通过建筑物平面和高度变化比对，统计分析建筑物存量和增量，让违法建筑的采集和统计更加客观、安全，倾斜摄影测量技术的实际应用又迈向一个新的台阶。

1 量测型倾斜摄影测量技术的优势

量测型倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，它是通过在同一飞行平台上搭载多台量测型相机，同时从一个垂直、四个倾斜等5个不同的角度采集影像，获取大量的不同角度的影像，在实现建筑物三维模型自动建立的同时，自动完成侧面纹理的采集和自动贴图。

基于量测型倾斜摄影测量的三维自动建模技术是指基于图形运算单元(CPU)进行快速三维模型的构建，通过摄影测量原理，对获得的倾斜影像、街景数据、照片等数据进行几何处理、多视匹配、三角网构建、自动赋予纹理等步骤，最终得到三维模型。整个建模过程不需要人工干预，相比传统人工建模，具有拟真程度更高(实景)、建设周期更短、费用成本低等显著特点[1]。倾斜摄影测量技术建模与传统手工建模技术对比，见表1。

表1 倾斜摄影测量技术建模与传统手工建模技术比对Tab.1 The comparison between tilt photogrammetry modeling and traditional hand-modeling technology

航飞可以选择运-5、运-12或者PC-6飞机为航摄平台。当前较好的倾斜摄影测量相机有微软的UCO 倾斜相机、徕卡Leica RCD30 Oblique相机[2]。当前较成熟的基于倾斜影像的三维建模软件是海克斯康的HexMap RealCity，Skyline公司推出的Photomesh。

2 利用倾斜摄影测量技术进行建筑物实景三维建模

倾斜摄影测量完成后，需要生产构建两种类型三维场景：一种是根据将真正射、DEM和建筑物三维模型进行整合，构建分层对象化三维场景，典型特征是地形、地面影像、建筑物为按照测绘标准生产的基础地理信息数据，既可以单独使用，也可以叠加后构建三维场景，可作为系统管理和信息化应用的核心数据；另一种是将DSM影像与倾斜影像进行自动密集匹配，可生成实景三维场景，典型特征是地面、地形和建筑物是连续的表面模型，不可分割也无法对象化管理，适合作为宏观表现数据[3]。根据城市建筑物违法查处的量化标准规范，可将城市建筑物的实景三维数据单体模型精度定位：平面精度要求达到40 cm，高程50 cm。图1为建筑物实景三维模型制作流程。

图1 建筑物实景三维模型制作流程Fig.1 Production process of 3D scene model of buildings

3 利用倾斜摄影测量技术进行建筑物变化监测

3.1 技术路线

利用倾斜摄影测量采集倾斜影像，结合实地像控测量，生产城市数字表面模型(DSM)、数字正射影像(DOM)、数字高程模型(DEM)，制作实景三维场景和建筑物的单体模型，监理建筑物专题数据库，通过研发建筑物空间变化监测GIS平台，管理定期更新的基础数据和专题数据，分区统计建筑物的存量和变量，为政府对建筑物违法监察和执法考核提供客观数据。根据城市执法和考核应用目标，结合实景三维模型的精度指标可将变化监测的精度指标确定，1 m以上外扩或2 m以上高度违法建筑均可自动发现并提取变化量。

建筑物变化监测示意图，见图2。

图2 建筑物变化监测示意图Fig.2 Building’s change monitoring schematic

3.2 监测成果比对

利用多期倾斜摄影测量和实景三维数据，即可进行建筑物平面和高度变化动态监测比对。将真正射影像(TDOM)作为平面监测的基础资料，可准确无误的表达地物的平面影像，准确提取识别地物平面边缘轮廓信息，监测建筑物、道路和绿地等管理对象的空间变化；利用DSM可准确表达建筑物的外形轮廓，将DSM作为建筑物高度监测的基础资料，当建筑物由于私搭乱建发生高度变化后，必然在DSM上表现出来，对两期数据做对比分析，即可发现疑似违章建筑。建筑物高度变化监测，见图3。

图3 建筑物高度变化监测Fig.3 Height change monitoring for buildings

4 应用实例

2014年9月，昆明市政府已经立项正式实施城市规划建设管理数字化应用项目，项目采用倾斜航空摄影等先进的测量技术手段开展首期主城建成区范围内实景三维空间信息数据采集，定期统计分析主城建成区范围内建筑物、道路、绿地、大树、城市部件和城市用地等城市空间变化信息，并研发了昆明市城市规划建设管理数字化应用平台，实现对昆明市主城建成区范围建筑物、道路、绿地和城市用地等变化监测。昆明市倾斜摄测量范围，见图4。

图4 昆明市倾斜摄影测量范围Fig.4 Tilt photogrammetry range in Kunming city

4.1 航空摄影数据获取

摄区技术要求：倾斜航空摄影测量下视镜头航摄影像地面分辨率不低于0.07 m；下视航向重叠度不低于80%，旁向重叠度不低于70%。

本次航摄以运12飞机为航摄平台，使用Leica RCD30倾斜航空摄影仪。使用Leica FramePro软件对航摄数据进行解压，使用Inertial Explorer和IPAS CO+软件将RCD30的GPS/IMU数据和卫星精密星历进行融合计算，并用计算后的数据对影像数据进行直接地理定位。昆明测区要求地面分辨率优于0.07 m。地面基准站使用昆明市已有的连续参考站系统。本测区使用昆明地区的两个CORS基站数据进行POS数据解算，到达测区的平均距离约为25 km，两个基站分别是晋宁站和小河站。利用倾斜摄影测量数据制作的成果数据(昆明区域数据截选)，见表2。

表2 成果数据展示Tab.2 Display of data

4.2 监测平台

项目基于Skyline6.5研发了自主知识产权的昆明市城市规划建设管理数字化应用平台，包括昆明市城市规划建设管理监测变化管理系统、昆明市城市规划建设管理监测变化统计分析系统、昆明市城市规划建设管理信息发布平台、实景三维地理信息公共平台、实景三维数据库管理系统、昆明市城市三维实景展示系统、昆明市城市规划建设管理数字化应用运维系统。平台具备实现了实景三维场景多业务覆盖，能兼容多种数据源，具备便捷的推演工具，具备海量数据的管理能力，可以输出多种格式的数据，可以和已有平台兼容，具备数据网络发布能力，支持影像数据直连发布，支持矢量数据实时动态发布。系统界面，如图5所示。利用系统进行的变化监测的部分结果，见图6。

5 结束语

利用倾斜摄影测量技术进行城市建筑物变化监测的思路和成果应用将促进全国精细化城市管理模式的不断创新，也让倾斜摄影测量和实景三维技术的应用更加“接地气”。随着高分辨率的可量测型倾斜影像技术的引进和应用，使得目前高昂的实景三维建模成本将大大降低，该技术在城市管理、应急指挥、国土安全、执法监察、生态建设、环保、农业等领域都很实用，具有很客观的应用空间，但是配套的后处理软件仍有差距。

图5 监测平台界面Fig.5 Interface of monitoring platform

图6 监测比对成果展示Fig.6 Monitoring results

[1] 王伟，黄雯雯，镇姣.Pictometry倾斜摄影技术及其在3维城市建模中的应用[J].测绘与空间地理信息，2013，34(3)：16-19.

[2] 张骥，高钊，陈容.基于Leica RCD 30倾斜航摄仪和Smart 3D技术快速进行城市三维实景生产[J].测绘技术装备，2014，18(3)：61-64.

[3] 王亮.城市三维景观建模方法综述[J].地矿测绘，2011，27(3)：19-21.

[4] 陶琼，朱大明.三维GIS的发展趋势与建模分析[J].地矿测绘，2008，24(4)：35-37.

[5] 李观石，刘波，陆藩藩，宋法奇.基于MMS街景的导航数据采集方法研究[J].现代测绘，2013，36(1)：47-49.

[6] 杨帆.基于多视航空影像的城市三维重建[D].武汉：武汉大学，2007.

[7] 林辉.航空像片上任意点比例尺的测算[J].遥感技术与应用，2003，18(3)：149-152.

[8] 田野，向宇，高峰，高亮.利用Pictometry倾斜摄影技术进行全自动快速三维实景城市生产——以常州市三维实景城市生产为例[J].测绘通报，2013(2)：63-66.

Discussion on Building’s Space Change Monitoring Based on Tilt Photogrammetry Technique

ZHAO Lei，BAO Yin-li，YUAN Xiang-dong

(KunmingCenterofSurveyingandMappingManagement，KunmingYunnan650500，China)

Using satellite images to monitor space changes has been very popular recently，especially in the monitoring plane changes of urban components.But it still has no good solution in the monitoring height changes of buildings.So，it is very important to monitor the height changes of buildings in the enforcement of illegal construction.The paper analyzes the issue of using tilt photogrammetry technology，through comparison between plane and height for buildings on a regular basis，the space change monitoring for urban buildings has been achieved.It provides us a digital basis for law enforcement of urban illegal construction and urban comprehensive management evaluation.

tilt photogrammetry；buildings；space change；urban management

2015-04-14

P 23

A

1007-9394(2015)04-0011-04

赵雷(1980～)，男，河南南阳人，硕士，高级工程师，现主要从事遥感、地理信息技术的应用研究方面的工作。