高春辉，曾翊城，王 振

(珠海市测绘院，广东 珠海 519000)

“三旧”改造是在当前土地资源供需矛盾日益突出的情况下，拓展建设空间、保障发展用地的重要途径。珠海市于2014年编制了《珠海市城市更新专项规划(2014—2020年)》，提出该市“三旧”改造更新目标为：通过拆建、改建与整治等更新方式逐步实现用地结构调整、旧村环境改善、产业转型升级、旧城区活力再现、公共配套设施明显改善；最终为珠海市完善城市服务功能、优化产业结构、增强核心功能、增加公共空间、改善城市形象、提升城市品质，以及打造宜居城市环境、建设幸福珠海和珠江口西岸核心城市发挥重要作用。旧村拆迁作为“三旧”改造中规模最大的部分对于城市更新至关重要，而拆迁工作最关键的环节之一是对更新区域内用地及建设情况进行调查、测绘和统计。用地情况包括用地单位名称、用地面积、用地范围等内容；建设情况包括建筑物坐落、基底面积、层数、建筑面积、附着物类型及数量等内容。

随着旧村拆建工作驶入“快车道”，拆迁项目呈现出规模更大、周期更短等新的特点，传统拆迁测量方式难以加快工作进度，因此应用新技术提高拆迁测量的效率成为研究的焦点。文献[1—2]采用数字航空摄影测量技术生成拆迁区域二维线划图，并根据建筑物高程数据恢复拆迁房屋立体模型，通过在立体模型上采集房屋边界线获取房屋的投影面积，最后将房屋的投影面积与楼层相乘计算建筑面积。但该方法存在高程精度低、楼层层数不准确等问题。

倾斜摄影测量技术因其能快速、高效获取客观丰富的地面数据信息，成为近年来测绘领域研究的热点[3- 4]。该技术颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过搭载多台传感器从多个角度采集影像，具备更少的遮挡及相互验证的能力，能够更好地获取地物三维信息[5- 7]。本文针对传统拆迁测量方法难以满足快速高效测绘房产分层图的要求，提出基于倾斜摄影测量技术的拆迁测绘方法，并研究该方法用于实际拆迁测量的生产模式。该方法通过在无人机上搭载的多台数码相机采集垂直影像和倾斜影像，对影像进行空中三角测量、密集匹配生成地物点云，然后重建拆迁区域三维模型；在此基础上采集建筑物及其附属物的轮廓线，生成二维线划图、正射影像及房屋拆迁测量成果报告。本文以珠海市高新区北山村拆迁测量为例，阐述此模式如何高效推进城市更新改造。

1 基于倾斜摄影测量技术的旧村拆迁测绘模式

传统的拆迁测绘方式有如下步骤：内业收集资料，根据测区情况设计技术方案；外业采集数据，以户为单位绘制草图，拍摄照片；内业成果处理，根据外业草图绘制房产分层图，计算建筑物面积，确定附着物数量等[8]。基于倾斜摄影测量技术的旧村拆迁测绘方式更加简化，传统方式所需的大部分外业采集工作可在内业完成采集，且可以同时获取正射影像、数字线划图等成果。新模式的技术路线如图1所示。

1.1 飞行设计阶段

在飞行设计阶段首先要收集测区已有资料，确定坐标系统，然后根据测区情况制定飞行技术方案。方案主要包括确定无人机倾斜摄影平台、飞行区域、飞行航高、地面分辨率、航线间距、航向重叠和旁向重叠度、航带架次数、影像拍摄间隔等问题，同时需要向空管部门申请飞行空域。

拆迁测量精度要求较高，需要较高的地面分辨率，因此选择高精度的倾斜相机尤为重要，同时要保证较高的航向重叠度和旁向重叠度。在确定飞行区域时，由于村庄可能存在超出用地红线建设房屋的行为，需仔细辨明测区卫片上的房屋坐落情况，向城市更新主管部门和村集体确定范围。

1.2 布设相控及作业飞行

外业工作人员需要对飞行区域进行实地踏勘，布设像控点，选择飞行场地，若采用固定翼无人机则应当选择较开阔的场地以便无人机起飞和降落。飞行环境应当选择在能见度较高、无风或微风的天气进行作业，飞行前进行系统的安装调试，飞行中确保飞机按预定的航线飞行，航摄任务完成后需要及时检查飞行和影像质量是否合格、是否存在漏片等问题。

1.3 空三加密与自动建模

影像内业处理过程主要包括影像匹配、光速法区域网平差、多视影像密集匹配生成高精度点云并构网及多视纹理映射，由于数据量较多，可以采用多节点联合运算提高处理速度[9- 11]。目前国内外已有多种软件可以对倾斜影像进行自动解算，如Smart3D、街景工厂、Photomesh等。

1.4 大比例尺测图

通过实景三维模型可以清晰辨别地物位置和类别信息，采集地物轮廓节点，生成数字线划图，无需如传统摄影测量方法佩戴立体眼镜测图[12]。数据采集完成后对于内业处理中不确定的地物要素需要进行外业调绘，对遗漏的地物进行补测，调整修改后的数字线划图，经过分幅整饰后得到最终成果。

1.5 内业房产测量

实景三维模型包含房屋所有层的信息，可对多层水平面与三维模型求交，以获取建筑物每一层的横切面，并在此基础上采集建筑物轮廓线。房屋和棚房顶部一般建有女儿墙、屋檐、飘板等构件，顶面建筑面积通常大于层建筑面积，在采集顶层轮廓时应当切至主墙体。对于棚房和砖房相连的情况，建模时可能会生成一个整体，需要根据二者接边线来分隔地物。形状轮廓采集的同时还需要根据三维模型中地物的结构、材质进行类别属性的判断。

建筑物的附着物包括围墙、门顶、栏杆、水泥地、水池等，测量方式类似数字线划图，在实景模型上采集地物轮廓点，绘制地物轮廓线并标注长、宽、高等尺寸。

1.6 外业调查

倾斜摄影测量三维建模的遮挡问题难以避免，旧村房屋大都为多层建筑，且建筑物密集、楼间距小，存在首层门廊被遮挡等问题，树丛遮挡也会造成地物缺失，在内业房产测量过程中需记录此类疑问项，通过外业调查对缺漏项入户实地进行补测。若房屋结构不规则，如存在较小的局部凸出构造、折角及弧线时，三维模型难以精确展示此类结构，必须入户进行核实。

1.7 成果输出和质量检查

绘制好房屋形状并进行属性、尺寸等标注后生成房屋分层图，根据房屋分层图计算建筑物和附属物的最小单元明细表，最后生成测绘成果报告。测绘成果需要经过测绘作业部门多级检查，最后由项目委托方组织验收。检查包括作业组自检和互检、过程检查及最终检查。检查方式为全数详查，验收方式为抽查复核。检查的内容包括房屋及其附属物的形状、尺寸、材质等是否准确，图元面积计算是否符合文献[13]的要求。

2 试验分析与讨论

2.1 测区概况

试验测区北山村位于广东省珠海市高新区，测区面积约0.3 km2。高新区作为珠海市建设国家自主创新示范区主平台和创新驱动主引擎，一直致力构建优美宜居的环境，亟需将区内“城中旧村”改造为新型的文明社区。新区位于珠海市东北部，地势西高东低，占地面积139 km2，境内以丘陵台地为主，其中凤凰山一带为250～500 m的高丘陵，北山村位于凤凰山山脚，有1035户村民，村内新旧建筑物交错，房屋密集，巷道较窄，不规则，绝大多数不能通车，给测绘工作带来较大困难。测区位于如图2所示的多边形区域。

2.2 试验过程与结果

试验使用复合翼垂直起降无人机搭载5镜头全画幅1.8亿像素相机，1个下视相机和4个倾斜相机，一个周期采集5张不同角度的地物航空影像。无人机飞行1个架次，飞行时间为37 min，设计航高70 m，航向重叠率80%以上，旁向重叠率60%以上，采集相片数4825张，POS数据3167个，地面分辨率0.95 cm。本测试任务在测区内布设了13个像控点，像控点平均间距约为220 m，像控点分布如图2所示。

内业处理是将经过预处理的影像导入Smart3D Capture软件进行影像匹配、联合空三、生成密集点云、构建三角网、映射纹理，最终生成实景三维模型和正射影像，整个流程耗时4 d，生成的实景三维模型如图3所示。

将生成的三维模型导入Skyline软件中，采用直接立体判读法完成道路及附属设施、居民地及附属设施、地貌、水系、独立地物、植被等要素的矢量化采集，对某些漏测的部分通过外业调绘补测，按照《国家基本比例尺地图图式 第1部分:1∶500、1∶1000、1∶2000地形图图式》(GB 20257.1—2007)的要求进行符号化、编辑处理、图廓整饰。整个过程由4名采编员耗时2 d完成，得到的1∶500数字线划图如图4所示。

房屋分层图测绘使用Skyline软件手动采集房屋每层的平面形状、尺寸及附属物外轮廓，依据文献[13]的要求采集房屋要素，按照《珠海市征收(征用)土地青苗及地上附着物补偿办法》的规定采集各类临时建筑物和构筑物，根据三维实景模型判断要素类别材质，个别无法判断的材质通过外业调查核实，而后参考文献[14]的规定绘制分层平面图，如图5所示。对内业采集中因遮挡等问题而缺失的地物及结构复杂的房屋，外业使用手持测距仪测量，在此基础上绘制完整的房屋分层图，测算建筑面积，最终生成建(构)筑物测绘成果报告书。

2.3 大比例尺地形图精度评定

地形图检查由质量检查部门依据文献[15]对测区成果进行全面检查，检查的质量元素包括数学基础、平面精度、高程精度、数据及结构正确性、地理精度、整饰质量及附件质量。其中平面精度和高程精度根据《城市测量规范》(CJJ/T 8—2011)第6.1.6条地物点相对于邻近平面控制点的点位中误差、第6.1.7条DLG高程精度的设定和文献[16]中关于地形图精度的规定，1∶500 DLG平地、丘陵地点位中误差为0.25 m，城市建筑区和基本等高距为0.5 m的平坦地区高程注记点相对于邻近图根点的高程中误差不应大于0.15 m。

对地物点和高程注记点精度采用GPS RTK方法检查，作业时坐标精度设置为2 cm，并连续观测10个历元，作为检测坐标，平面检测点为随机选取、均匀分布的明显地物点，每幅图选取20～50个点。某幅地形图20个检查点的平面和高程误差统计见表1。

表1 检查点平面和高程误差统计 cm

2.4 房产面积测算成果精度评定

房产面积测算成果质量元素包括数学精度、观测质量、计算质量和资料质量[15]。数学精度包括房屋及附属物边长测算精度、房屋及附属物面积测算精度。边长的精度采用边长较差的限差评定，根据《珠海市房屋建筑面积测量实施细则》中关于房屋边长数据测量精度的要求ΔL限=±(0.04+0.002L)，其中L为边长，单位为m；房屋面积精度要求见表2(表中S为房产面积)，试验测区精度等级为二级。

表2 房产面积的精度要求 m2

从建(构)筑物测绘成果报告中抽取75户进行检验，采用手持测距仪入户实地检核边长，经比较，模型采集的边长与检测边长的较差均小于限差，对根据检测边长绘制的房屋分层图计算面积与原测算面积进行对比，面积较差满足二级精度限差要求，有效验证了倾斜摄影测量技术用于拆迁测量的可行性，部分边长较差统计见表3，部分面积较差统计见表4。

2.5 拆迁测量效率评价

房屋拆迁测量分为地形图测量和房屋面积测量两部分，试验测区内由于房屋十分密集，通视困难，GPS信号遮挡严重，传统方法只能使用全站仪设站进行碎部点观测，8名作业人员需要花费约10 d才能提交数字线划地形成果，房产面积测量若20名测量技术员需要约29 d才能提交初步测绘成果报告。

表3 边长较差统计表

表4 面积较差统计表 m2

基于倾斜摄影测量技术的房屋拆迁测量所需外业人员较少，4名航测人员从外业飞行到内业生产三维模型和正射影像只需7 d，生产数字线划图只需2 d，20名测图人员21 d即能完成房屋面积测绘。

通过对比传统方法可知，新技术能够有效提高拆迁测量效率，尤其对于工期紧张的项目，城市更新部门首先需要获取正射影像或数字线划图，以便对村庄各户进行编号，以及拆迁整体规划，倾斜摄影测量方法可以快速提供所需成果，有力推进项目进度；房屋面积测量工作效率也得到提升；同时由于将传统测量大部分外业工作移至内业，有效避免了天气等因素的干扰，特别是在南方雨季，外业入户测量常常由于降雨而延误，新技术实现了通过内业三维模型即可采集房屋矢量数据。

3 结 语

本文提出了基于倾斜摄影测量技术的拆迁测绘模式，通过倾斜像片生成实景三维模型，并由此测绘大比例尺地形图和房屋分层图，计算房屋及附属物面积，经试验证明地形图、房屋及附属物边长尺寸、面积成果均满足质量要求，验证了新技术用于实际生产中的可行性。相较于传统测量技术，新技术只需较少外业测量人员，节约了工程成本，同时提高了至少1/3的生产效率。另外，倾斜摄影测量数据处理还存在一些不足，如三维模型不能精确表达结构较复杂的房屋、矢量数据采集过程手动干预过多，本文下一步将研究这些难题，更高效地将倾斜摄影测量技术应用于旧村拆迁测绘中。