城市高層建筑物空間信息獲取技術(shù)研究

王浩宇+于雪芹+鄭思遠+文世巖+劉健

摘 要：簡要介紹了多基線數(shù)字攝影測量系統(tǒng)在城市高層建筑物空間信息獲取的研究及該系統(tǒng)的作業(yè)原理、特點，并通過實踐驗證該系統(tǒng)在此方面作業(yè)的方法、優(yōu)勢。使用該系統(tǒng)對能對無法直接測量的高層建筑物有較好的處理方法，使高層建筑物的空間信息容易獲取。

關(guān)鍵詞：多基線數(shù)字近景攝影測量；高層建筑；空間信息

1 引言

近景攝影測量的一種應(yīng)用就是對高層建筑物進行空間信息的獲取。但隨著全球全站儀、GNSS的迅猛發(fā)展，近景攝影測量在施工中的應(yīng)用已經(jīng)不多，并且傳統(tǒng)攝影測量依賴測量員過多，需要測量員進行目視觀測、解析攝影測量，精度不高且復(fù)雜。雖然攝影測量發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)進入數(shù)字攝影測量階段，但其理論并沒有得到高速發(fā)展，多數(shù)還停留在“單基線”的雙目視覺。

攝影測量界最新的技術(shù)成果——多基線數(shù)字近景攝影測量系Lensphoto。該方法適用于高層建筑物空間信息獲取，通過獲取被攝物體清晰的影像信息及用免棱鏡測出幾個地物明顯點做控制，可完成其各種測量工作，以無接觸測量快捷地獲取高精度的測量結(jié)果。所以繼GNSS和全站儀之后，近景攝影測量成為又一新型測繪手段。根據(jù)所測建筑物的不同高度和應(yīng)用角度出發(fā)，本課題提出了運用多基線數(shù)字近景攝影測量技術(shù)更好更快的獲取城市高層和超高層建筑物空間信息的方法。

2 高層建筑物空間信息獲取的意義

城市的發(fā)展越來越快，高層的建筑物也越來越多，再《民用建筑設(shè)計通則 JGJ 37-87》中，對民用建筑的高度進行了明確的劃分，我們一般都以公共建筑以及綜合性的建筑加起來的總高度作為準則，將超過24m的建筑物定義為高層建筑物，當建筑物的總高度超過100m時，則被定義為超高層建筑物。據(jù)權(quán)威機構(gòu)中國建筑科學(xué)研究院的不完全統(tǒng)計：截至于1996年的年底，在我國近百棟最高的建筑物中，建筑總高度最低的為120m，建筑總高度在200m以上的建筑物有8棟之多。而在1998年底的統(tǒng)計報告中，我們看到全國的建筑物中，近百棟最高的，其中最低者也有150m，而200m之上的建筑就有20棟之多，并且最高的建筑達到了420m。在這之中高度在300m之上的建筑就有很多。這些建筑在理論上已經(jīng)屬于所謂的“超超高層建筑”了。

多年以來，城市高層建筑物空間信息獲取，因其高度和建筑造型的三維復(fù)雜性，一直沒有適用的快速測量工具和方法。通常要從云梯攀爬到建筑的頂部、內(nèi)部，對每一個構(gòu)建進行“接觸式”的測量。而Lensphoto正好可以解決這一問題。該項目以吉林省某大學(xué)圖書館為實驗點進行實驗。

3 基于多基線攝影的數(shù)據(jù)的采集與處理

根據(jù)建筑物測區(qū)面積寬度和高度，整個測區(qū)全部使用表面特征點作為控制點，選定合適的拍攝距離。

圖像采集的過程：根據(jù)陡峭地形和周圍環(huán)境的測量面積，選擇適當?shù)呐臄z距離和拍攝位置，科學(xué)合理布設(shè)控制點。根據(jù)Lensphoto近距離攝影測量場拍攝原理，確定車站數(shù)量和基線長度。根據(jù)區(qū)域?qū)挾群徒咕啻_定每個站點拍攝的照片數(shù)量（4個攝影站，各站旋轉(zhuǎn)拍攝7幅圖像），最好是控制點的像在所獲得的影像上占的大小為10個像素。為了確保每兩個圖像之間的清晰度和，要保證60%的重疊，才能拍攝測量區(qū)域內(nèi)的圖像。

收集控制點：（1）將軟件收集的圖像全景化，將地圖的特點作為控制點查找并標記在地圖上。功能點應(yīng)選擇顏色邊界清晰，平面位置。（2）使用無棱鏡全站儀，訪問每個特征點的三維信息，進行并完成測量工作的控制點。（3）我們需要控制點應(yīng)分布在測量區(qū)域的四個角落，一般四點滿足1：1000精度映射；根據(jù)建筑物的尺度進行測量，選擇控制點數(shù)的時候應(yīng)確保適當統(tǒng)一，選擇適當?shù)狞c進行控制，以保證準確性。

3.2 拍攝質(zhì)量判斷

選用高分辨率廣角非量測數(shù)碼相機，采用平行正直多基線攝影的方式或者旋轉(zhuǎn)多基線攝影的方式，并且還要根據(jù)建筑物的拍攝區(qū)特征，選擇合適的拍攝距離和鏡頭來獲取影像照片。

在現(xiàn)場處理并生成測量網(wǎng)絡(luò)，拍攝的視頻信息傳輸?shù)絃ensphoto測量軟件中，在其中進行相應(yīng)的內(nèi)部處理，可以快速生成測量區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)。通過對輸出的數(shù)值與相機像素大小進行對比，可以立即確定拍攝圖像是否在要求的精度誤差之內(nèi)。

3.3 測量數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)成果處理

首先將外業(yè)采集的影像數(shù)據(jù)和控制點坐標數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機，利用 Lensphoto軟件新建工程，對像片進行管理分類和航帶劃分并填寫總航帶數(shù)。導(dǎo)入相機參數(shù)添加照片之后，導(dǎo)入相機參數(shù)，其中空三匹配格網(wǎng)默認50。然后進入空三匹配模塊添加種子點，進行自全自動空三匹配。同時進行控制點量測，這兩項工作完了之后，進行自由網(wǎng)平差，此操作是為檢測工程能否進行下去。之后引入控制點。然后進行空三交互，目的是在影像上量測控制點。步驟為：點擊控制點大概位置，利用控制點匹配法功能，校準控制點像點坐標。完成以上步驟后在利用光束法平差模塊，平差兩次，第一次平差默認值，第二次平差勾選自檢校和控制點加權(quán)。若控制點精度誤差過大時，需要回到空三交互頁面，調(diào)整相應(yīng)控制點，再次平差查看結(jié)果。同時解算影像的內(nèi)、外方位元素。由以上得到的數(shù)據(jù)生成DEM，再由DEM生成DOM，得到最終結(jié)果圖。

結(jié)束語

多基線數(shù)字攝影測量系統(tǒng)將以往的單基線攝影測量方法進行改進，提高了近景攝影測量的精度、效率、周期，并減少人員的勞動力，降低外業(yè)工作強度，提高攝影測量生產(chǎn)效率。但它對攝影測量的要求比較高，有一點的局限性。比如在建筑物前有高大物體進行遮擋，建筑物前人流量大會對外業(yè)拍攝取點有很大困難。我們應(yīng)在拍攝方式的優(yōu)化、內(nèi)業(yè)圖像處理方面進行進一步研究，盡量降低外部其他因素對近景攝影測量的干擾。

參考文獻

[1]張勝利，殷海霞，劉強.多基線數(shù)字攝影測量系統(tǒng)的應(yīng)用分析[J].測繪技術(shù)裝備，2009年，1（11）：27-30.

[2]胡開全，王陽生，羅強，沈高鈺.基于基線數(shù)字近景攝影測量測制1：500地形圖的應(yīng)用研究[J].測繪與空間地理信息，2010，2（33）：183-185.

[3]丁進選，多基線數(shù)字攝影測量在建筑方面中提取的應(yīng)用[J].測繪通報，2012，6：47-50.endprint