摄影测量在城市规划与建设中的应用

摘要：全数字摄影测量对整个摄影测量的教学、科研、生产都产生了极其深远的影响。全数字摄影测量系统的不断完善与普及,在城市测绘中发挥了巨大作用,已成为数字城市建设中获取基础空间信息的理想平台。

关键词：摄影测量；城市规划；建设

中图分类号： TU984文献标识码：A 文章编号：

引言

近年来,随着我国经济的高速发展,城市的面貌也发生着日新月异的变化,这为数字城市基本信息的更新提出了更高的要求。而航天技术、遥感技术以及现代测绘处理技术的发展,为数字城市地理空间信息的实时更新创造了条件,随着IKONOS、QUICKBIRD、ORBVIEW等高分辨率卫星的升空和遥感数据的应用,遥感数据的测绘更新处理技术的不断完善,实现数字城市地理空间信息的实时或准实时更新将成为可能,也必将进一步推动基于数字城市的城市规划的发展。

一、数字城市与现代测绘

数字城市有广义和狭义两种概念,广义的数字城市就是城市的信息化即通过建设宽带多媒体信息网络、地理信息系统(GIS)等基础设施平台,整合城市信息资源,实现国民经济信息化,建立电子政府、电子商务企业,通过发展信息家电、远程教育、网上医疗,建立信息化社区。狭义的数字城市是指利用数字地球理论,基于3S(GIS、GPS、RS)等关键技术,建设服务于城市规划建设、管理,服务于政府、企业、公众,服务于人口、资源、环境、经济社会可持续发展的地理空间信息基础设施和管理信息系统。数字城市既可大力推进城市空间信息基础设施和基于这些基础设施的信息资源的整合及利用体系的建立,又可推进城市各部门、企业和公众广泛应用3S空间信息技术,实现信息资源的充分共享,从而更好地服务于城市经济建设和可持续协调发展。

二、测量在城市规划中的主要内容

城市测绘的主要内容城市、地籍以及房产测绘是城市建设中具有交叉的三大块，城市测绘数据主要是反映城市地表的经济、社会诸多要素的特征、形态、位置、大小、分布、类别、名称以及其它的重要信息。城市测绘资料直观反映城市的面貌，城市规划都需要城市测绘提供基础资料，测绘资料的完整性和准确性接影响和决定城市规划的制定和城市建设的实施。城市测绘内容包括：城市现状大比例尺地形图测绘、城市平面、高程控制网测量、地下管线的测量、建筑用地界线拔定、建筑物的施工放样、竣工测量、城市规划道路定线、大型建筑物的沉降测量等。

三、摄影测量在城市测绘中的应用

1、4D产品生产

（1）作业过程

①扫描航片

采用美国Vx5000专用影像扫描仪扫描航摄底片,扫描分辨率为0.025mm,地面分辨率为0.15m,影像数据存储为TIFF格式。

②自动空中三角测量

自动空中三角测量包括自动内定向、自动相对定向和转点、半自动量测控制点、区域空中三角测量整体平差、区域空中三角测量整体平差、自动建立区域立体模型及参数。

③生成核线影像

在定义的作业区域内,按同名核线将影像的灰度予以重新排列,形成按核线方向排列的立体影像。

④影像匹配

在自动匹配之前,可先进行预处理,在立体模型中量测一部分特征点、特征线及特征面,作为自动影像匹配控制。在数字摄影测量中以影像匹配代替传统的人工观测来达到自动确定同名像点的目的。

当自动匹配完成后,显示立体模型的视差断面或等视差曲线,采用交互式点、线、面方式的立体编辑,这是VirtuoZo数字摄影测量系统中需要人工干预最多的地方,其成果质量高低的关键也在此处。

⑥生成各像对DEM系统根据影像匹配的视差数据

定向结果参数及用于建立DEM的参数等,自动建立规则格网数字高程模型DEM。

⑦图幅DEM拼接

DEM数据全部生成后,建立作业图幅模型,系统根据该模型参数,调用DEM进行拼接,然后根据给定的图幅范围裁切拼好的DEM,从而得到作业图幅DEM。利用图幅DEM进行数字微分纠正生成正射影像。

⑧全要素地物采集及外业调绘

该采集在VirtuoZo软件的IGS地物测绘模块中采集,通过数字立体影像,人工交互式地分类测绘各种地物要素,生成数字矢量图。对内业采集数据进行全面实地检查,对变化较大的地形、地物进行修测,对内业无法判测和个别遗漏的地形要素和地物进行补测,高程采用全野外采集。

根据外业调绘成果对采集的地形原图中地物地貌表示不合理之处进行必要的处理,相邻图幅的接边处理,以及道路、河流、街道等名称的注记。

⑩检查验收及成果提交

按规范要求对产品检查验收,提交成果。

（2）成图精度

通过实地检测,1B1000地形图的各种精度指标均满足规范要求。

2、城市建模与虚拟景观建立

城市建模与虚拟景观是构建数字城市的重要组成部分。对于城市规划、房地产开发、交通管理、消防调度、洪涝灾害的直观评估以及大中小城市的深度开发建设,具有较大的潜力和广阔的应用前景。

（1）作业过程

①地形地貌重建

根据已生成的DEM、DOM,进行地形地貌重建。通过程序直接对DEM和DOM进行叠加处理,生成城市的三维地形模型。

②常规特征地面房屋重建

利用VirtuoZoNT或CyberCity程序,直接从航片上提取此建筑的三维坐标,构建城市建筑物立体模型框架结构。

③自动提取和粘贴纹理

软件可以自动从航摄影像上提取原始纹理,并自动粘贴于构建的建筑物框架顶面和墙面。

④模型拼接

在三维环境中检查三维地形地貌的地理编码及数据精度将CyberCity生成的常规房屋模型准确的按地理位置集成到三维地形地貌上。

⑤所有模型数据建库及管理

进行相应的属性录入,从而进行真正的三维GIS建库及管理。

⑥地面摄取真实纹理

由于自动提取的纹理在展现效果上不是太理想,因此组织人员拍摄沿街所有建筑的侧面纹理,并将建筑物墙面纹理逐个的填充于相应的模型力面上,以达到真实反映城市的目的。

⑦制作动态飞行的播放文件。

⑧提供成果

播放文件(AVI或MPG格式);城市三维模型数据(3DV格式)。

3、城市用地测量全数字摄影测量在城市大面积征用土地的勘查应用

①扫描航片

采用美国Vx5000专用影像扫描仪扫描航摄底片,扫描分辨率为0.025mm。

②实地土地征用线,权属界线调绘

采用航测放大像片进行全野外权属界线及土地利用现状调绘。

③像片控制点测量

采用RTK测定各像控点的平面位置及高程。

④界址坐标测量

采用RTK测定各界址点的平面坐标。

⑤自动空中三角测量

自动空中三角测量包括自动内定向、自动相对定向和转点、半自动量测控制点、区域空中三角测量整体平差、区域空中三角测量整体平差、自动建立区域立体模型及参数。

⑥生成核线影像

在定义的作产、河流、湖泊、大气、土壤及生物等多方面信息,实时添加最新灾害、环境等图形图像和多媒体信息,使全社会能方便地共享这些地理空间数据。

四、摄影测量在城市规划和建设的应用

1、城市基本地形图更新

城市规划的基本条件就是大比例尺地形图,原来的传统的线划地图不仅建立周期长,更新困难,而且比较抽象,已经从原始信息中筛去了很多环境成分;由卫星提供的遥感信息虽然内容丰富,可自动分析出工业区、居民地、商业区、河流、农田等地类,能统计出各类土地面积和比例数据,精确度很高,但仍缺乏时效性和直观性;现代的4D产品包括数字线划地图(DLG)、数字高程模型(DEM)、数字栅格地图(DRG)、数字正射影像图(DOM)是新一代测绘产品的标志,有着现势性强、更新速度快、信息含量丰富等优点,将转变传统地图的观念,加快数据更新,丰富表现手段,也是对传统测绘方法的现代化改造。

2、现状调查与数据管理

城市规划的初始阶段就是现状调查,原始的调绘方法往往要耗费大量的人力、物力、财力,又难以做到实时、准确。运用RS技术可以迅速进行城市地形地貌、湖泊水系、绿化植被、景观资源、交通状况、土地利用、建筑分布的调查;运用GIS技术则能将海量的基础信息和专业信息进行数据建库,实现空间信息和属性信息的一体化管理与可视化表现,提供方便的信息查询和统计工具,克服CAD辅助制图的局限性。

3、利用多个时期的航空遥感影像图进行城市用地变迁动态研究

结合数理统计方法进行城市重心移动、离散度、紧凑度和放射状指数等形态测度评价,利用叠加分析、缓冲区分析、拓扑分析等工具进行商业服务设施和中小学的服务范围分析、交通可达性评价和建设条件适宜性评价以及环境综合评价,这有助于总结城市发展规律,发现存在的问题,增加空间分析的深刻性。交通调查与模拟分析:利用GIS进行城市交通小区出行分布的数据建库,可以对现状路网密度出行距离和时间、交通可达性、公交服务半径进行合理性评价,结合专业软件能进行城市交通的规划预测、出行分布和流量分配,开展交通环境容量影响评价。利用遥感数据进行道路勘测设计,可以快速完成对路线所经区域的地形、地貌、河流、建筑以及交通网系的概要判读。利用虚拟现实技术和影像数据库、矢量图形库、数字高程模型技术可以进行道路方案的仿真表现和环境模拟,实现全方位立体化、多层次的规划和评价新模式。规划管理:传统的规划管理沿用纸质资料,所需信息、资料繁多,报批周期长,人力、物力、时间成本高,对城市建设的前期影响较大;基础信息和规划信息的集成建库将使规划设计与规划管理更紧密地结合起来,可以在GIS平台上开展电子报批和网上报批,缩短报批时间,提高效率,提高指标核算的科学性,避免地区规划的前后矛盾。

4、执法监察

城市规划的批后管理一直处于摸索和滞后状态,城市经济的发展,需要强有力的规划管理,但规划执法监察的传统管理手段和技术无法同步,管理范围广、建设情况复杂、人员素质低等因素影响了执法力度,阻碍了城市规划的顺利实施,影响城市的发展;3S技术的集成促进了土地利用动态监测和规划执法检查,可以利用遥感卫星数据与历史数据进行复合分析,主动发现土地利用的变化靶区,用差分GPS技术精确测量土地利用的变化数据,再根据现场勘察资料,利用GIS技术进行准确详查,增加了监测的主动性、及时性和客观性。

结束语

随着科技的发展，越来越多的新技术被应用于城市规划等建设中，其中测绘技术是至关重要的，这就要求技术人员通过理论与实践相结合，不断摸索，提高测绘的准确度和精度，从而确保城市规划建设质量。

参考文献

[1] 赵西安.浅谈数字建筑仿真技术专业方向建设[J]. 测绘通报. 2007(02)

[2] 殷年.航空影像处理与应用[J]. 安徽建筑. 2006(05)