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城市更新中的房屋数据快速统计技术

2019/11/29 阅读:

[摘要]在城市更新(“三旧”改造)基础数据调查当中,存在处理房屋调查数据外内业工作内容多、工作量大困难问题。在本文中,提出了采用无人机倾斜摄影测量技术与利用数据转换系统FME进行模板建立技术外内业结合快速统计房屋数据方案。项目研究测试结果表明,采用无人机倾斜摄影测量技术与利用数据转换系统FME进行模板建立技术外内业结合,能够实现快速统计房屋数据,从而提高工作效率,缩短工期,节约成本。使城市更新(“三旧”改造)这项利民的工程得以顺利实施。

[关键词]无人机;房屋数据统计;FME;CAD小插件;城市更新

引言

城市更新(“三旧”改造)基础数据是编制城市更新(“三旧”改造)片区策划方案和项目实施方案的依据。[1]房屋的外业调查数据是城市更新(“三旧”改造)基础数据调查当中八大类数据是消耗最多时间的。为了获取改造范围内的所有房屋建筑量数据,需要同时开展漫长的房屋外业测量工作和繁琐的内业数据处理统计工作。而广州市郊区的村民住宅,基本上都是有围墙。如仅仅用人工作业模式完成城市更新(“三旧”改造)房屋数据调查工作,这样的外业劳动存在强度大、工序复杂、耗工费时、成本高等问题。因为房屋入户测量需要村民配合,如果出现村民拒测、华侨房屋等因素。会对整个项目工期、成本带来影响也对后期的房屋数据质检工作也带来了更多困难,而无人机倾斜测量技术正好解决了这些外业难题[2]。在城市更新(“三旧”改造)内业数据处理工作中,使用南方Cass软件成图,绘图员多数使用程序开发的测算面积的插件进行面积统计。测算面积的插件只能处理单个属性图形,不能批量计算房屋图形的建筑面积,如想提高工作效率就必须投入更多的人员及设备。城市更新(“三旧”改造)基础数据调查项目的工期比较短,基本是3个月内需要完成所有成果,所以提高房屋数据的生产效率,才能使项目得到顺利推进完成。FME(FeatureManipulateEngine,简称FME)是加拿大SafeSoftware公司开发的软件产品。也就是可用于读写存储和转换各种空间数据[3]。FME支持多种数据格式之间的灵活转换,工作制定简便、数据转换可视化、可批量处理、工作空间和模板可重复使用等优点,被广泛应用于数据格式转换、数据质量检查等领域[4]。本文以广州市番禺区福涌片区策划项目为例,利用无人机与FME软件外内业结合快速自动化对房屋进行编号、统计房屋建筑面积。

1无人机倾斜摄影测量的原理和技术

倾斜摄影技术,是在同一台无人机上面装载5台数码相机为影像传感接收器,同时从垂直、倾斜等不同角度去采集影像的数据信息[5],这样得到地面上的地物信息将会更加完整准确,再配合专业数据处理软件(ContextCaptureCenter软件)进行数据处理[6],并输出DSM、DOM以及3D模型等相关数据。获得三维数据可以真实的反映地物的本来面貌,客观的再现了地物的外观、结构以及高度等属性是城市更新工作上的高新技术方法[7],如图1所示。为了使相同名称点之间得到准确的匹配结果,我们采用多视影像联合平差的方法,充分考虑正射影像和倾斜影像之间的遮挡和几何变形关系,再将它融合进pos数据,以及匹配金字塔数据,将相同名称点的平面坐标投射到影像当中进行匹配,最后采用自由网光束法,对相关数据进行平差。与此同时,为了进一步提升该方法的精确性,在各种相关数据之间建立起多视影像自动检测校验区域网平差的误差方程,并且进行同步联调测算。多视影像匹配方法能精确得到各建筑物3D信息的关键,不仅仅对冗余信息进行充分考虑,同时,也在于迅速得到在多影像上的基于相同名称点的平面坐标。通过对倾斜摄影的密集匹配,并得到高密度以及高精度的云数据点,来建立精准的3D模型。目前,最相对成熟并且使用率较高的有多基元多影像、基于物方的多视立体以及最小二乘影像三种匹配算法。

2实验数据获取

本次试验项目位于福涌村。城市更新(“三旧”改造)基础数据调查面积1.6km2,房屋密集,地形要素主要为居民区、水系、道路等。通过现场采集数据,并获取测区的高清影像,将影像数据导入建模软件进行解算,然后结合pos信息空三处理,生成点云,点云构成格网,格网结合影像生成赋有纹理的3D模型,再通过DP-Modeler软件绘制1:500数字化地形图[8],最后利用地形图里面的面状房屋图层统计房屋数据,为城市更新(“三旧”改造)基础数据调查工作提供准确数据。

3基于3D模型生成建筑矢量线划图的方法

使用DP-Modeler软件打开3D影像模型文件,选择最合适的正射影像,把界面切换到顶视图模式,使用矢量测图管理器的绘图功能,就可以把房子的轮廓从房子正射角度绘制出来。如果需要绘制的房屋有屋檐,从正射影像的视角无法准确的勾勒房屋轮廓,这个时候应该把视角切换到倾斜图像的角度,同时使用相关功能模块根据倾斜图像校正屋檐,校正后的房角点才能与房屋的房角点准确位置对准,这样才可以更真实可靠的反应地面建筑物的实际轮廓。基于倾斜摄影实景模型进行1∶500数字化地形图内业生产[9],应遵循“先整体后局部”的作业原则,以从实景模型中提取的地物边界和建筑物轮廓数据为基础,配合人工识别,从多维度逐步解决点、线、面地物不全的情况,在矢量图的生产过程中实现2D平面图和3D模型分屏显示,矢量、模型、影像等多种格式的数据同步联动更新,点、线、面都可以编辑,达到2D及3D显示、符号、编辑一体化,实现1∶500数字化地形图的室内生产。如图2、图3所示。

4FME的数据统计技术流程

结合城市更新(“三旧”改造)数据调查工作对房屋数据的分析统计和基本要求,综合房产附图及地形图的表示方法。楼梯、飘、阳、结构、层数等要素它可以充分反映房屋的实际结构。在此制图规则基础上,使用FME软件编制数据处理,数据编制处理思路是利用同一面内的注记点与面状房屋的空间关系进行关联挂接,面根据点注记的内容计算各单项面积,并与过预处理过的辅助线将面连串,辅助线会生成唯一的房屋ID编号,这样就能可以批量地准确输出房屋ID编号以及统计房屋的建筑面积、建基面积、建筑层数及建筑结构等数据。整套数据统计流程如图4所示。

5实验及结果分析

5.1数据预处理

在利用FME软件进行统计房屋数据之前,必须根据对应的参数规则对图形进行检查及进行预处理。例如:检查房屋面及房屋附属面是否闭合、注记是否缺失、注记是否在面内、拓扑问题等,并对同一栋独立房屋的所有面用多段线连接(一条线则为一个房屋编号)。在图件检查完毕并进行修改正确之后,再使用编制相应的数据处理模板,读取要处理的图形,在短时间内能得到房屋数据统计结果。原数据如图5所示。

5.2结果分析

本次用Dwg文件作为实验数据,数据导出为Excel表文件以及对应的Dwg房屋编号图层。输出房屋明细表如表1所示。使用FME建立的模板输出成果后,利用测算小插件对成果进行检验,结果如表2所示。从表2可以看出,FME统计的结果与测算小插件几乎相同。但两者之间仍然存在细微的差异,这是由两者使用的不同面积计算模型引起的。总的来说,FME输出的成果是符合面积测算规范要求的[10]。

6结束语

通过广州市番禺区福涌村片区策划进行试验,我们可以看到无人机倾斜测量技术以及FME软件处理数据的便捷与准确。满足广州市城市更新(“三旧”改造)基础调查数据标准,而且弥补了传统人工测绘模式的不足。目前在城市更新(“三旧”改造)工作中,房屋数据处理大多使用CAD小插件和ArcGIS等软件,操作繁琐,耗时耗力,不能有效提高工作效率,FME作为数据处理工具中的后起之秀,凭借着它在数据转换领域的通用性,它将成为各应用软件之间共享地理空间的数据桥梁。值得城市更新(“三旧”改造)从业者学习掌握并在工作中充分运用。相信以后更多的项目会应用这种高新技术方法,降低成本从而提高工作效率。

参考文献

[1]广州市人民政府法制办公室,广州市城市更新局.广州市城市更新政策释义[M].广东广州:中国建筑工业出版社,2016.

[2]令狐进,郑跃骏,岳仁宾.倾斜摄影在建筑密集区1∶500现状测量中的应用研究[J].北京测绘,2017(S1):178-180.

[3]陶德明.FME在城市基础空间数据转化中的应用[J].福建建筑,2006(5):179-180.

[4]栗敏光,陶舒.FME道路实体连通性检测算法[J].测绘科学,2017,42(9):121-125.

[5]陈琦,陈航.无人机倾斜摄影测量技术在城市更新基础数据调查工作中的应用研究[J].智能城市,2018,4(11):12-13.

[6]李伟哲.基于ContextCapture实景建模及应用[J].西北水电,2018(3):27-31.

[7]黄立友.空地一体化测绘在城市更新中的应用[J].北京测绘,2018,32(5):562-567.

[8]张立军.浅谈北京规划市区1∶500地形图数字化测绘[J].北京测绘,2012(6):95-98.

[9]潘成军.基于倾斜摄影模型的1∶500地形图要素提取及精度分析[J].测绘通报,2017(S2):62-66.

[10]广州市住房和城乡建设委员会.房屋面积测算规范:DB4401/T5-2018[S].广东广州:广州市质量技术监督局,2018.

作者:陈森 孙佳龙 单位:广州市城市更新规划研究院

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