数字航空摄影测量技术在拆迁测量中的应用研究

单静，乔炜，孟泉毅

(武汉市测绘研究院，湖北武汉 430022)

1 引言

城市的发展变迁，伴随着大面积的居民地拆迁工作，而这一项工作中最关键的就是拆迁补偿费用测算环节。这一工作任务艰巨，尤其是进入居民区容易激化矛盾，影像城市建设工作的开展。因此，如何摸清拆迁建筑的面积、数量、结构，就成为精确测算补偿费用，切实维护政府和人民利益的关键。随着数字航摄相机的不断发展，数字航空摄影测量技术也在被越来越多的应用于城市规划建设领域。本文结合武汉市东风村城中村改造项目中房屋建筑面积测算的实例，研究数字航空摄影测量技术应用于城中村拆迁测量工作中的合理性。

2 数字航空摄影测量技术基本原理

利用数字航摄影像，通过区域网空三加密后，可以在数字摄影测量工作站上将测区恢复成精度达到1∶500～1∶2 000的立体模型。利用航测立体模型进行建筑物外轮廓线采集和楼层提取。

2.1 航测成图的原理和方法

数字航空影像是将航空飞机作为拍摄平台，利用数字航摄仪进行拍摄而成的影像。其影像特点符合中心投影的几何特点，影像上的像点、地面点和投影中心之间的关系，均满足共线方程(见下公式)，且存在一定的几何关系，即立体相对上的同名像点所对应的两条核线一一对应，核线在空间的交点即为地面点［1，2］。因此，通过立体像对的两张像片的内、外方位元素就可确定所求地面点的坐标。

第一步，解析单张像片，根据像片的内方位元素和外方位元素，确定航摄物镜与像片的关系，恢复摄影时的摄影光束的空间位置和姿态。

第二步，根据光学成像原理和共线方程，利用像对的几何关系进行相对定向。

第三步，利用控制点，确定立体模型的绝对定向元素，把摄影测量坐标系转换到地面测量坐标系，恢复立体模型。

第四步，利用立体模型进行航测采集，获取所需的地物平面及高程信息［3］。

2.2 面积测量

通过数字航摄图形工作站，可对需要测量的地区进行立体模型恢复。在恢复后的立体模型上，人为对需要统计的建筑物轮廓线进行采集，如图1所示。并将采集后的建筑物数据导入ArcGIS进行批量的面积统计，并在属性信息中记录面积信息。

图1 建筑物轮廓线采集

2.3 层次获取

(1)从原始影像进行识别

通过影像上建筑物侧面的窗户和周围建筑物情况，可以清晰的识别一部分建筑物的楼层信息［4，5］。如图2所示，可以明显识别建筑物的楼层，西北角黄色墙体房屋为2层楼，西边白色墙体房屋为1层楼。

图2 楼层显示

(2)从立体模型获取

影像中心的建筑物接近于真正射，因此我们无法在影像上通过窗户等信息识别出该建筑物的层次。由于我们采用的是摄影测量手段，可以在立体模型上量测此类建(构)筑物的高度信息。利用建筑屋顶的高程和建筑物附近地面的高程之差，可以推算出建筑物的楼层高度情况，并得出建筑物的层次信息。

3 实例分析——以武汉市东风村为例

3.1 实验环境

武汉市东风村是拆迁项目中的重点地区，由于城中村长期存在乱搭违建的情况，需要通过对历年该村的房屋情况进行调研。整个测区内地势平坦，建筑密集且复杂，根据相关土地部门提供的规划范围线，测区内地块分为集体用地、规划工业储备用地和规划经营性储备用地;户主类型复杂，有企事业单位领导法人、小企业主、城中村私房户主等，测量调查难度较大。

3.2 方案实施

项目以2006年DMC数码航摄影像、2009年DMC数码航摄影像和2011年ADS80数码航摄影像资料作为项目数据基础，利用全数字摄影测量工作站恢复当年的立体模型，在立体模型上对武汉市东风村的建筑屋顶轮廓线、屋顶高程和地面高程数据进行采集。对于在影像上可直接识别的楼层进行标注;对于无法识别楼层的建筑，将采集建筑屋顶高程与地面高程进行比较得到建筑房屋高度，房屋楼层按 3 m一层来计算楼层，楼层计算余数≥2.5 m加一层，最终得到楼层结果。在ArcGIS软件中，利用建筑物轮廓线和楼层信息，计算出房屋的建筑面积。同时利用3个年份的影像资料，制作该区域3个年份的正射影像图［6］。

3.3 结果分析

(1)数据统计和影像分析结果

对2006年、2009年和2011年航测采集的数据进行占地面积统计，并结合楼层信息计算出房屋的建筑面积。并根据房屋的占地性质，得到以下分析统计表1所示:

东风村房屋面积(2006年、2009年、2011年)测算与统计汇总表 表1

通过不同年代的正射影像图，可以明显分辨出建筑物的增减年代和位置。3个年份正射影像图如图3～图5所示:

(2)特点分析

项目利用2006年、2009年提和2011年3个年份的影像资料作为数据基础，利用各个年份影像分别获取建(构)筑物的房屋分布情况、高度楼层信息。经过对不同年代历史影像资料的对比，可以确切的查明各个新增建(构)筑物的建设年份和情形，方便相关拆迁职能部门对测区情况进行了解和分析，对比出违建的年份和保留乱搭违建的证据。利用影像数据，方便拆迁补偿工作的开展，更合理地对拆迁工作进行规划和统计。

项目颠覆传统拆迁测量方法，采用航空摄影测量的方式，避免了因要去到实地测量而引起的复杂情况，并将工作效率大幅提高。

图3 2006年正射影像图

图4 2009年正射影像图

图5 2009年正射影像图

4 结论

随着数码航空摄影技术的逐渐成熟，已经被越来越多的运用于城市规划建设领域。当前，武汉市正处于城市建设快速发展时期，面临着大量拆迁改造工程。利用数码航空摄影技术对拆迁区的面积进行测算，进行非接触性拆迁测量统计分析，不仅可以获得满足要求的结果，更大大节约了常规测量工作量。同时，能准确地利用各个年份的航测历史数据对拆迁工作进行规划和安排，一方面能够快速有效地获得拆迁补偿信息，另一方面能够有效地解决拆迁补偿纠纷问题。该项技术的研究与应用，使得航空摄影测量技术与工程测量能够相互辅助，颠覆了常规拆迁测量作业的传统方式，较常规拆迁测量具有不可接触性、快速简洁等优势，适用于拆迁政策测量。该项技术为武汉市大面积城中村改造工程提供了高效的测绘保障基础，为市政府拆迁办的决策和城中村改造规划工作起到了重要的推动作用。

［1］ 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．

［2］ 张祖勋，张剑清．数字摄影测量学［M］．武汉:武汉大学出版社，1997．

［3］ 宋大明．DMC影像在数字摄影测量中的应用［J］．测绘与空间地理信息，2006(6):29～3．

［4］洪树耿．从揭阳“金腰带”堤围工程实践探讨城市片区拆迁测量工作［J］．城市勘测，2007(5)．

［5］董祥林，肖涛，高宇．固定翼无人机在矿区拆迁测量中应用［J］．江西测绘，2011:88～2．

［6］CJJ/T 8－2011．城市测量规范［S］．