傾斜攝影測量在城市規(guī)劃建設(shè)項目監(jiān)管中的應(yīng)用研究

陳偉強(qiáng)

（龍巖市勘察測繪大隊，福建龍巖 364000）

0 引言

城市規(guī)劃的監(jiān)管是城市規(guī)劃建設(shè)管理的重要環(huán)節(jié)，關(guān)系到城市的發(fā)展。 過去，對建設(shè)項目的管控主要以日常對法人的檢查為主， 經(jīng)常會出現(xiàn)發(fā)現(xiàn)問題不及時， 不同部門溝通不暢導(dǎo)致對項目了解不及時。不能及時查處違法建設(shè)。為切實加強(qiáng)土地與規(guī)劃審批后監(jiān)測， 形成土地利用與規(guī)劃一體化的監(jiān)測體系，采用傾斜攝影測量技術(shù)，實施建設(shè)項目早期干預(yù)、動態(tài)監(jiān)測、全程主動活動。 重點加強(qiáng)過程監(jiān)控、進(jìn)度閾值監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)、制止、糾正和預(yù)防違法建設(shè)行為， 大大提高了城市規(guī)劃建設(shè)項目管理的力度。

1 傾斜攝影測量

1.1 傾斜攝影測量原理

傾斜攝影技術(shù)屬于一種新興技術(shù)， 對比傳統(tǒng)航空攝影技術(shù)， 傾斜攝影技術(shù)可從不同角度采集圖像，不斷改善圖像精度。 傾斜攝影的真實立體資料有許多優(yōu)點， 可較精確反映物體的方位、 形狀等，增強(qiáng)立體的感覺，也可有效克服傳統(tǒng)建筑模擬的弊端。 傾斜攝影技術(shù)擁有一種高效處理系統(tǒng)，其可利用多種不同類型的飛行器，使圖像數(shù)據(jù)的收集更準(zhǔn)確。 傾斜圖像具有更詳盡的圖像資料，可獲得更多的地圖資料，具有很高的經(jīng)濟(jì)價值。 傾斜攝影技術(shù)具有多種特性， 目前已被應(yīng)用到包括城市規(guī)劃、土地利用規(guī)劃等諸多領(lǐng)域。

傾斜攝影測量技術(shù)可捕捉復(fù)雜場景，顯示寬廣、精確和高分辨率，準(zhǔn)確定位真實事件和成像。 同時，有效提高模型實施效率， 采用人工建模方式一兩年才能完成的一個中小城市建模工作， 通過傾斜攝影建模方式只需要3~5 個月即可完成， 大大降低了三維模型數(shù)據(jù)采集的經(jīng)濟(jì)代價和時間代價[1]。 目前，傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用在國內(nèi)外已經(jīng)普及，傾斜攝影測量數(shù)據(jù)模型逐漸成為城市空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。

1.2 傾斜攝影的數(shù)據(jù)處理

1.2.1 空中三角測量

空中三角測量使用 ContextCapture Center Master 軟件，將相機(jī)圖像參數(shù)、圖像數(shù)據(jù)、POS 數(shù)據(jù)與多視點圖像的特征進(jìn)行緊密匹配，并用其適配本地區(qū)域網(wǎng)絡(luò)圖像的自由網(wǎng)絡(luò)多視點圖像通用解決方案。 可相應(yīng)自由變形以完成相對定向的三維模型； 將現(xiàn)場實測得到的攝影點轉(zhuǎn)移到內(nèi)部環(huán)境中，利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)模型，對網(wǎng)絡(luò)區(qū)域進(jìn)行合適的約束求解。 該網(wǎng)絡(luò)結(jié)合了一個精確的大地坐標(biāo)系，用于絕對定向。

完成相對定位，即完成部落的第一個空演算。第一次空三計算主要是匹配和提取同名點。 在界面的3D 視圖中，檢查POS 和照片模型是否相互平行。如果不匹配，則需再次檢查膠卷照片數(shù)據(jù)是否有意義，調(diào)整后再次發(fā)送任務(wù)，直到相對定位完成。

完成相對定向后，將現(xiàn)場測得的光功率點的結(jié)果傳輸?shù)絻?nèi)部環(huán)境中。數(shù)字照片中的穿刺位置為L形交點的中心，根據(jù)圖像分辨率評估交點所占據(jù)的元素，將圖像縮放到適合進(jìn)行刺點的尺寸。 刺點圖像不少于4 個點，基本上選擇光照清晰的圖像和放置在照片中心的圖像的一個控制點進(jìn)行穿孔。

完成點后，使用這些點對現(xiàn)有網(wǎng)格模型應(yīng)用進(jìn)行合適的約束，將網(wǎng)格銷插入大地坐標(biāo)系，完成絕對定向。完成絕對對準(zhǔn)后，準(zhǔn)確檢查穿刺點，在邊界外重新穿刺控制圖像，直至達(dá)到規(guī)定精度，完成絕對對準(zhǔn)。 控制點必須在三維調(diào)整計算后準(zhǔn)確檢查。只有滿足地球的空間精度，才能完成模型。

1.2.2 模型成果

經(jīng)過對航飛相片特征點的提取與匹配、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、建立三角格網(wǎng)、自動貼圖等流程，在服務(wù)器級別的電腦上進(jìn)行建模， 通過ContextCapture Center Master 軟件可以生成多格式的模型，在城市規(guī)劃建設(shè)項目監(jiān)管中生成的模型格式為osgb 格式模型。

1.2.3 精度指標(biāo)

地面影像分辨率優(yōu)于0.05 m。

空三加密基本定向點平面殘差不大于0.3 m，高程殘差不大于0.26 m。 檢查點平面位置誤差不大于0.5 m；高程誤差不大于0.4 m（陰影、攝影死角、隱蔽等特殊困難地塊誤差可適當(dāng)放寬0.5 倍）[2]。

三維模型的平面精度、高度精度均達(dá)到Ⅰ級，平面中誤差不大于0.3 m，高程中誤差不大于0.5 m。地形（DEM）格網(wǎng)點平地高程中誤差不大于0.2 m（陰影、攝影死角、隱蔽等特殊困難地塊誤差可適當(dāng)放寬0.5 倍）。

三維模型景觀效果達(dá)到Ⅰ級模型景觀的要求。地形模型、建筑要素模型、交通要素模型、水系要素模型、植被要素模型、場地模型及其他要素模型，精細(xì)度達(dá)到Ⅲ級，真實反映現(xiàn)狀地形地物。只對河流、池塘、湖泊等面積較大的水系進(jìn)行補(bǔ)面，其他電桿、行樹、公園景觀樹木、廣告牌等均保持實景三維建模后模型效果，不做單體化修飾，為地形測圖提供準(zhǔn)確定位。

2 傾斜攝影測量技術(shù)在城市規(guī)劃建設(shè)項目監(jiān)管中的應(yīng)用

城市規(guī)劃監(jiān)管是城市規(guī)劃建設(shè)管理的重要環(huán)節(jié)，關(guān)系到城市的發(fā)展和公共利益的保障。 要實現(xiàn)城市建設(shè)項目的可持續(xù)發(fā)展，就必須合理利用科技手段，對城市規(guī)劃建設(shè)項目加強(qiáng)監(jiān)管，形成融合用地和規(guī)劃環(huán)環(huán)相扣的監(jiān)管鏈條，同時要結(jié)合科學(xué)和技術(shù)，建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代化都市。當(dāng)前，在城市建設(shè)過程中， 許多地區(qū)都采用了三維規(guī)劃審批制度，以確保城市建設(shè)與發(fā)展的合理性，充分發(fā)揮傾斜攝影技術(shù)的優(yōu)越性。傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用于城市規(guī)劃建設(shè)項目監(jiān)管中，要做到以下幾點：

（1）收集各個階段的資料。

（2）進(jìn)行現(xiàn)象踏勘，了解測區(qū)內(nèi)地形地貌，高層建筑分布情況、 是否有地圖上沒顯示的在建高樓、山上的信號塔、 高壓電塔等影響飛行的干擾因素；尋找空曠合適的起飛、降落地點，并在奧維互動地圖軟件中進(jìn)行標(biāo)記，為航線規(guī)劃提供參考。

（3）調(diào)查項目是否存在重大建設(shè)違法行為，進(jìn)行現(xiàn)場勘察、規(guī)劃等工作，并布設(shè)相控點。 相片控制點參與空中控制的真實三維3D 加密，其余點作為模型結(jié)果的精確檢測點。 在道路的兩端和中間道路的一個或兩個都采用鋪設(shè)高平的方法。 該方法不僅可提高提取的準(zhǔn)確率，還可以減少現(xiàn)場的工作量。

相片控制點應(yīng)選擇在航攝像片上影像清晰、目標(biāo)明顯的像點，在實地選點時，也應(yīng)考慮側(cè)視相機(jī)是否會被遮擋。所選的像片控制點必須是在航片上能辨認(rèn)清晰的，沒有遮擋的目標(biāo)；凡是可能引起刺點誤差的，均不應(yīng)選作像片控制點。

適宜選做像片控制點的目標(biāo)有：路上的車實線及斑馬線的角、 道路指示箭頭、 目標(biāo)清晰的道路交角、籃球場上的實線、草地角等。

不宜選做像片控制點的目標(biāo)有：①對于弧形地物、陰影、狹窄溝頭、水系、高程急劇變化的斜坡、圓山頂、跟地面有明顯高差的房角、圍墻角等及航攝后有可能變遷的地方[3]。 ②目標(biāo)成像不清晰、與周圍環(huán)境色差小、與地面有明顯高差的目標(biāo)，會影像空三內(nèi)業(yè)的刺點誤差，因此均不能用作像控點。

因?qū)嶋H情況中航攝區(qū)域未必都有合適的像片控制點，為提高刺點精度，保證成圖精度，應(yīng)在航攝前采用刷油漆的方式提前布置像片控制點標(biāo)志。 標(biāo)志可刷成“L”型或“十”型。 布置成“十”型時，應(yīng)在十字中心加噴直徑為5 cm 的圓點，以提高刺點精度。

（4）進(jìn)行無人機(jī)航測，獲取項目區(qū)的三維模型或正射影像圖。

（5）套合相關(guān)資料進(jìn)行內(nèi)業(yè)的整理制作，提交給責(zé)任科室進(jìn)行核查評判，建設(shè)單位是否依法依規(guī)進(jìn)行建設(shè)， 如果建設(shè)單位存在建設(shè)行為的不合理，則要求建設(shè)單位進(jìn)行整改，整改后再次進(jìn)行現(xiàn)場的踏勘及無人機(jī)航測等流程， 完成整個項目的流轉(zhuǎn)，技術(shù)流程圖見圖1。

圖1 技術(shù)流程

ContextCapture Center 使用Master 軟件， 根據(jù)無人機(jī)傾斜攝影測量獲得的數(shù)據(jù)，快速創(chuàng)建項目的真實3D 模型， 整個數(shù)據(jù)處理過程不需任何人工干預(yù)，通常在幾個小時內(nèi)完成。

ContextCapture Center 的廣泛計算系統(tǒng)旨在適應(yīng)多節(jié)點并行計算， 以最大限度提高計算速度。 另外，工作的組織也無需費(fèi)心，只需設(shè)置子節(jié)點運(yùn)行目錄的環(huán)境變量即可參與運(yùn)行。 并行架構(gòu)設(shè)計為專用于磁盤存儲訪問的高端GPU 集群計算機(jī)，允許多個節(jié)點快速訪問數(shù)據(jù)并高效執(zhí)行計算，如圖2 所示。

圖2 多節(jié)點并行計算架構(gòu)流程

采用真實的三維構(gòu)建模型， 結(jié)合實際情況，應(yīng)用于城市規(guī)劃建設(shè)監(jiān)測，特別是在以下幾個方面：

（1）通過真實的3D 模型，提取在建對象的水平位置、標(biāo)高等信息，并對比審批數(shù)據(jù)。可方便地查看在建項目是否存在一定程度的錯位、標(biāo)高等違法施工行為。

（2）真實的3D 模型涉及土地規(guī)劃紅線，套入規(guī)劃用地紅線，及時發(fā)現(xiàn)在建項目是否存在超越審批紅線建設(shè)等違建行為。

（3）通過真實的3D 模型，可以為每個功能項保存建設(shè)項目不同層次的圖像歷史數(shù)據(jù)，作為查處的依據(jù)。

3 結(jié)語

綜上所示，近年來，傾斜攝影測量技術(shù)在建筑物等地理信息方面發(fā)展迅速，同時將航空技術(shù)與攝影結(jié)合使用，可以渲染出更好的圖像。 技術(shù)和紋理貼圖映射技術(shù)也為傾斜攝影測量技術(shù)提供了機(jī)會，提供并提高了3D 模型工作的效率，同時幫助審批部門及時發(fā)現(xiàn)在建項目中的問題。