面向城市更新的全市域建筑體量快速獲取實踐

宋奇鴻，程相兵

（1.廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東 廣州 510060）

改革開放以來，經(jīng)過近40年的快速城市化建設(shè)，我國各主要城市的規(guī)模越來越大，傳統(tǒng)的外延擴張發(fā)展模式已難以為繼，同時城市內(nèi)部大量的存量用地利用效率低下與當(dāng)前的城市發(fā)展?fàn)顟B(tài)不相匹配[1]。2016年國務(wù)院印發(fā)的國發(fā)[2016]8號《國務(wù)院關(guān)于深入推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的若干意見》指出，要加快城鎮(zhèn)棚戶區(qū)、城中村和危房改造，推動棚戶區(qū)改造與名城保護(hù)、城市更新相結(jié)合[2]。可見城市發(fā)展模式已由增量建設(shè)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇媪扛脑?，城市更新改造已成為新的發(fā)展方向[3]。在城市更新改造過程中，區(qū)域建筑體量作為片區(qū)策劃和實施項目的主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其現(xiàn)勢性和準(zhǔn)確性很大程度上決定了容積率、復(fù)建量等主要規(guī)劃指標(biāo)的劃定[4]。本文以廣州國際金融城西區(qū)為例，主要討論了在基于載人直升機和傾斜航攝儀的市域范圍內(nèi)，快速獲取房屋高密區(qū)建筑面積的方法。

1 主要技術(shù)路線

市域范圍大面積的數(shù)據(jù)獲取可通過載人直升機搭載高精度傾斜航攝儀，以傾斜攝影測量的方式建立區(qū)域?qū)嵕叭S模型；再通過軟件實現(xiàn)房屋外輪廓線和層數(shù)的初始提取；然后結(jié)合外業(yè)核查獲取建筑物的二維矢量信息和準(zhǔn)確的建筑層數(shù)；最后通過自動搜索閉合面的方式實現(xiàn)房屋構(gòu)面，并基于建筑基底的空間位置屬性，進(jìn)一步實現(xiàn)相關(guān)房屋面之間的樓幢關(guān)聯(lián)，從而計算得到各房屋的單體面積和匯總區(qū)域建筑體量。主要技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 建筑體量快速獲取的技術(shù)路線圖

2 市域范圍的傾斜攝影測量

項目實踐攝影測量的總面積為138 km2，設(shè)計航線為70 km，預(yù)計航時約為5 h，計劃按6架次進(jìn)行飛行，飛行高度為250 m。項目實踐采用貝爾206直升機，搭載四維遠(yuǎn)見SWDC-5傾斜航攝儀，檢定期內(nèi)面陣像素為5億（1億×5），航向重疊度為85%，旁向重疊度為70%～75%，旋偏角控制在8°以下，通過1個垂直拍攝和前后左右4個40～45°傾角拍攝得到多視角影像、建筑物墻體真實紋理，航攝地面分辨率優(yōu)于0.05 m，如圖2所示。

圖2 全市域范圍傾斜攝影測量設(shè)計

3 建筑體量獲取

本文以廣州國際金融城西區(qū)為研究區(qū)，位于廣州市核心區(qū)域天河區(qū)，北起規(guī)劃花城大道、南臨珠江岸線、東接金融城核心區(qū)、西至珠江新城，總面積為1.2 km2。區(qū)域范圍內(nèi)，現(xiàn)狀以密集城中村村民住宅、舊廠房以及小產(chǎn)權(quán)房為主，另有部分住宅小區(qū)和商務(wù)辦公樓。以市域范圍傾斜攝影測量得到的實景三維模型為基礎(chǔ)，根據(jù)模型和影像的三維地理信息，采用室內(nèi)測圖的方式進(jìn)行高精度地物要素、地形數(shù)據(jù)的矢量采集工作，即首先通過給定建筑物側(cè)面基點自動生成建筑輪廓點（圖3），再通過建筑物樓頂高程和平均層高，實現(xiàn)對房屋外輪廓的繪制和層數(shù)的初始提取，最后結(jié)合外業(yè)核查獲取建筑物二維線劃數(shù)據(jù)。

圖3 通過建筑物側(cè)面基點自動生成輪廓點

為了準(zhǔn)確獲取建筑物外輪廓邊線，點位選擇應(yīng)遵循一定的原則：①通過高低采集判斷墻面是否垂直；②墻面兩端各選取一個點，以保證墻面長度和長度權(quán)值的一致性[5]。

在二維線劃數(shù)據(jù)向地理信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方面，本文基于ArcGIS平臺，開發(fā)房屋屬性提取與關(guān)聯(lián)組件，首先通過自動搜索閉合面得到各房屋的分層構(gòu)面，并在房屋面內(nèi)再次搜索注記中心點；然后自動提取房屋結(jié)構(gòu)和層數(shù)等屬性信息；再結(jié)合房屋面的空間位置屬性關(guān)系，采用人機交互的方式逐棟實現(xiàn)樓幢的地理關(guān)聯(lián)，得到單體建筑信息的有機整體；最后根據(jù)規(guī)劃用地紅線范圍，完成區(qū)域建筑面積的計算與匯總輸出，如圖4所示。

圖4 通過房屋構(gòu)面與樓幢關(guān)聯(lián)獲取建筑面積

4 質(zhì)量控制與精度分析

在建筑體量獲取的過程中，由于房屋分層線的懸掛以及注記中心點位的偏移，可能出現(xiàn)自動搜索構(gòu)面出錯或結(jié)構(gòu)、層數(shù)等信息的提取失敗的情況（圖5），可通過設(shè)置開發(fā)組件進(jìn)行檢查提示，完善質(zhì)量控制過程。

圖5 分層線懸掛導(dǎo)致的自動搜索構(gòu)面出錯

為了檢驗通過傾斜攝影測量方式獲取的市域范圍大面積實景三維模型的質(zhì)量，以及在此基礎(chǔ)上生產(chǎn)得到的二維線劃數(shù)據(jù)和建筑體量的精度，本文抽樣了廣州國際金融城西區(qū)范圍內(nèi)的200棟房屋（含私人住宅和集體物業(yè)），并均勻選取了80個房屋點位和100條邊長間距，分別采用傳統(tǒng)的全站儀導(dǎo)線測量法完成房屋點位檢測，測距儀丈量法完成邊長間距檢測以及人工計算方式完成建筑面積精度檢測。經(jīng)統(tǒng)計，精度指標(biāo)如表1、2所示。

表1 外業(yè)檢測精度統(tǒng)計匯總表

表2建筑面積精度統(tǒng)計匯總表

5 結(jié)語

本文介紹了城市更新改造背景下，全市域范圍內(nèi)的建筑體量快速估算方法。首先通過載人直升機傾斜攝影測量的方式獲取大面積、高精度的實景三維模型，然后測制二維線劃數(shù)據(jù)，再基于房屋空間位置屬性關(guān)系，在ArcGIS平臺中通過人機交互實現(xiàn)房屋自動構(gòu)面和樓幢關(guān)聯(lián)，最后計算和統(tǒng)計規(guī)劃用地范圍的建筑體量。在當(dāng)前全國城市以存量改造為主的發(fā)展模式下，該方法對快速完成城市更新基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查具有較強的參考意義。