摘要：倾斜摄影测量是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项新技术，应用该技术可快速获取实景三维影像，测量成果具有现实感强、纹理清晰和可量测等特点。本文以广州市海珠区为实例，将倾斜摄影测量技术应用于房屋安全普查中，获取了高分辨率的实景三维影像，并与房屋安全管理数据进行了融合，为实现全三维房屋安全管理做好了准备。这印证了该技术在房屋安全管理领域具有广阔的应用空间，为该技术的推广应用提供了典型案例。
关键词：倾斜摄影测量；房屋安全普查；实景三维影像
Application of tilt photogrammetry in general survey of house safety
Wang Shan-ru
（Guangzhou City Surveying and Mapping Institute for Real Estate，Guangdong Guangzhou，510030）
Abstract：The tilt photogrammetry is a new technology in the national remote sense fields，it can quickly get the real 3D image which is real，veined and measured.This paper takes Guangzhou city of Haizhu District as an example，the application of tilt photogrammetry in housing security surveying，to obtain real 3D images with high resolution，and housing security management data fusion，to prepare for the implementation of the full three-dimensional housing safety management mode.This confirms the wide application space of tilt Photogrammetry in the field of housing safety management，and provides a typical reference case for further application of the technology in related industries.
Key words：Tilt Photogrammetry；General Survey of House Safety；Real 3D Images
1 引言
房屋安全管理是政府赋予房产行政主管部门的一项职责，做好此项工作，杜绝房屋在使用过程中发生安全事故，对保护人民生命财产安全、维护社会和谐、促进经济发展具有重要的作用。城市房屋安全普查则是是房屋安全管理过程中的一项重要的基础性工作，通过对房屋安全进行动态全面的普查，可以有效地实时获取更新房屋的安全情况，排查具有安全隐患的房屋，为房屋安全事故的预防及人民群众的生命财产安全提供有力的保障。目前，广州市开展的年度房屋安全普查工作取得明显成效，在履行房屋安全管理职能、制止私拆乱改行为、提高鉴定技术服务水平、排除安全隐患、化解社会矛盾等方面起了积极作用。但随着现代房屋安全管理信息化水平的不断提高，现有数据成果特别是房屋普查基础底图逐渐无法满足要求。
房屋安全数据主要包含了地基基础、上部结构中的结构体系以及梁、柱、墙等构件的检查数据、围护墙以及附属设施的检查数据。具体包括1）地基基础检查：有无异常、沉降裂缝状况、低洼积水状况、底层墙体倾斜状况、隐患描述。2）梁柱检查：有无异常、变形状况、裂缝状况、节点连接状况、钢筋锈蚀状况、混凝土胀裂状况、隐患描述。3）承重墙体检查：有无异常、变形状况、裂缝状况、露筋锈蚀状况、风化粉化状况、受潮渗漏状况、隐患描述。4）楼盖、屋盖检查：有无异常、变形状况、裂缝状况、渗漏状况、老化破损状况、隐患描述。5）构造连接、支撑检查：有无异常、变形状况、各构件连接处破损状况。6）围护结构检查：围护分隔墙体状况、门窗状况、外挂物状况、附属构件状况。7）附属幕墙检查[1]。由此可见，要全面描述房屋安全信息实现房屋安全立体管理，房屋安全普查数据中的房屋实体必须应以三维空间来表达。而在以往的房屋安全普查工作中，普查工作人员以航片遥感图、房屋产权图、地形图、地籍调查成果等基础数据作为普查底图，经过现场房屋安全普查或鉴定，再将属性数据上图，完成房屋安全数据全覆盖及动态更新。该种普查模式通常需要工作人员手持多种纸质底图或电子二维底图，资料信息繁复、数据现势性差，并且对作业人员的识图、认图能力有较高要求。数据采集与上图分开进行，容易造成数据错漏，产生质量偏差。同时，基于二维的房屋实体底图的房屋安全数据无法具体展示问题细节，不利于房屋安全管理工作的进一步开展。
本文将探讨采用目前日益成熟的倾斜摄影测量技术制作房屋安全管理底图，打破常规二维房屋底图直观性差、数据信息量单薄等局限，实现房屋实景三维影像[2]取代二维底图的跨越式转变。
2 倾斜摄影测量技术
利用摄影测量技术进行三维建模是常规方法中精度相对较高、建模效果较好的一种。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但是在摄影测量中，由于如卫星、飞机等的传感器都是垂直于地面安置，受航高和空间摄影姿态限制，仅能获得建筑的高度信息和顶部纹理信息，难以满足数字城市建模三维数据获取的要求。如果将镜头按一定角度进行倾斜安置，使得视准轴与建筑物侧面法线夹角减小，则可以有效解决建筑物侧面纹理信息的获取问题，倾斜摄影技术就是基于该理念应运而生的。它是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项技术，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、倾斜等不同的角度采集影像，获取地面物体更为完整准确的信息是数字城市建模三维数据获取手段的主流趋势[3]。倾斜摄影技术的应用使得在航摄时可以在较相似的摄影条件和现势性条件下获取建筑物顶部和侧面的特征和纹理信息，使得数据的相关性加强，为之后进行的基于图像的自动化模型构建创造了条件，与传统只从单一垂直角度进行拍摄的传统航空摄影模式相比其具有如下优势：①在一个飞行平台上同时搭载多个各成角度的感光器件，分别从垂直角度和倾斜布设的传感器获取地面多方向的立体图像信息，配合机身携带的高精度导航卫星定位接收机和惯性测量单元，航摄仪所拍摄图像的绝对位置可以通过地理参考直接计算获得，避免了传统空中三角测量的后处理工作，人工干预少，自动化程度高，可以大大提高地表特征的航摄解译和三维模型生产效率。②倾斜摄影测量集成了传统的航空摄影和测距技术，获取的影像成果更符合人类视觉系统的直观真实世界认知。通过结合倾斜与垂直航拍获取的相片，从这些非正射影像中可以同时得到地面建筑的顶面和侧面翔实的纹理信息。立体成果真实，对于地面周围的反映符合人类感知。③倾斜摄影技术可以实现单张相片上的直接测量，能够提供多种直接的测量手段，如对距离、高度或面积和体积等的量算[4]。对比传统立体像对测图，倾斜三维测图可以360°无死角，因而无须进行房檐改正，提高了工作效率和测图精度[5]。
3 应用实例
本次应用以广州市海珠区为试点，覆盖面积90平方公里。采用立足自主研发的倾斜摄影航摄仪，结合三维自动建模技术，生产大规模房屋实景三维影像。同时利用倾斜摄影模型单体化技术，进行房屋安全普查数据与实景模型的关联处理，为实现全三维房屋安全管理模式做好准备。项目开展情况如下：
3.1 原始数据采集
3.1.1 飞行平台及航摄仪
采用R44直升机作为飞行平台，航摄仪采用自主研发的倾斜摄影系统总共五个相机，其中1个垂直向下，前、后、左、右四个方向各一下，倾斜角度不低于40度，航摄仪总像素高达1.8亿像素，相机选用的是比较成熟的SONY ILCE-7R全画幅像机，像素7360x4912。
3.1.2 采集实施
1）航线布设
参照《低空数字航空摄影规范》[6]的要求，航线按照摄区走向直线方法布设，平行于摄区边界线的首末航线的侧视镜头能够获得测区的有效影像。航线覆盖超出摄区边界线至少2条基线。按照分辨率5cm，飞行高度550米，航向重叠度0.78，旁向重叠度0.7。
2）影像采集
选择微风晴朗能见度大于8公里的天气作业，作业时间控制在10点至14点间。同一条航线上，最大航高与最小航高之差不应大于50m。当相对航高小于或等于1000m时，航摄分区内实际航高与设计航高之差不应大于50m，当相对航高大于1000m时，实际航高与设计航高之差不应大于设计航高的5%。影像应清晰，层次丰富，反差适中，色调柔和。
3.2 实景三维影像处理
3.2.1 软件系统
数据预处理软件采用ArcGIS，全自动建模软件和模型浏览管理平台均采用Smart3DCapture，贴图处理软件采用Photoshop CS 5，三维模型检查软件采用3Dsmax 9e。
3.2.2 处理过程
将地面控制点及飞行位置数据精确的对应到原始影像中，再通过数据处理系统进行影像间同名特征点提取与匹配、空中三角解算、光束法区域网平差、纹理贴图及模型构建进而生产出实景三维影像。
3.3 二维三维数据融合
在二维GIS数据中，可以根据矢量底面把影像数据切割为建筑物影像图层、道路影像图层、绿植影像图层。具体思路是：在影像数据上进行矢量化，从而可以在影像+矢量的图层上选中建筑物、道路等地物。倾斜模型也就是带有TIN作为高程背景的影像，基于同样的原理，可以对实景三维影像进行单体化。通过叠加的矢量底面，在渲染层面实现单体化，被选中的地物像是被高透膜紧密包裹，底部边缘笔直，其效果如图1所示。
图1 矢量化后的边缘效果
采用影像矢量化的最大的好处还在于它打通了实景三维影像和二维的矢量面之间融合的关键，实现三维和二维数据的无缝对接，并可实现图查属性、属性插图、缓存区分析与查询、专题图制作等功能。同时动态性和灵活性的大大提升，叠加的矢量面只需要一个简单的图层设置就可以起作用，在应用过程中，可以随时更换需要叠加的矢量面。当增加数据类型后，不用再大费周章的把数据重新切割一遍，只需更新相应的矢量面数据，就可以方便、快捷的满足应用需求。
通过应用倾斜摄影测量技术，成功的获取了海珠区90平方公里的实景三维影像，同时完成了房屋安全普查数据与实景三维影像的融合处理，为房屋安全立体普查及时空信息数据库[7]的建立奠定了基础。
4 结论
基于倾斜摄影测量技术生产的房屋实景三维影像既保留了房屋底图数据应有的地理位置和相对空间关系，也在建筑高、建筑结构、材质、贴图等信息量方面扩展了房屋信息的内涵，是对城市房屋的真实还原，让房屋管理者对房屋整体分布、格局、构造有了全局概念，为城市房屋安筹管理、危房治理提供更为客观、真实、全面的数据。基于三维房屋底图，可制定更为科学、合理的房屋安全普查策略及房屋安全信息动态更新机制，创新了房屋安全信息化普查模式，减少房屋安全普查人员和资金的投入。通过三维实景影像数据的共建共享，充分挖掘和发挥其潜在利用价值，更可广泛服务于房产开发策划、拆迁工作量统计、工程造价测算、房屋整饰、物业管理等领域，对科学制定和实施经济社会发展重大战略和规划、优化房产开发格局，提高政府的管理决策水平具有重大意义。
参考文献
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[6]CH/Z 3003—2010 低空数字航空摄影规范［S］.北京：测绘出版社，2010．
[7]宁津生，王正涛.测绘与地理信息科技转型升级发展[J].地理空间信息，2016，14（2）：1-5.
论文作者:王山孺
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/6
标签：房屋论文; 影像论文; 数据论文; 状况论文; 实景论文; 测量论文; 技术论文; 《建筑学研究前沿》2017年第30期论文;