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.廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060）

改革開放以來，經過近40年的快速城市化建設，我國各主要城市的規模越來越大，傳統的外延擴張發展模式已難以為繼，同時城市內部大量的存量用地利用效率低下與當前的城市發展狀態不相匹配[1]。2016年國務院印發的國發[2016]8號《國務院關于深入推進新型城鎮化建設的若干意見》指出，要加快城鎮棚戶區、城中村和危房改造，推動棚戶區改造與名城保護、城市更新相結合[2]。可見城市發展模式已由增量建設逐漸轉變為存量改造，城市更新改造已成為新的發展方向[3]。在城市更新改造過程中，區域建筑體量作為片區策劃和實施項目的主要基礎數據，其現勢性和準確性很大程度上決定了容積率、復建量等主要規劃指標的劃定[4]。本文以廣州國際金融城西區為例，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，快速獲取房屋高密區建筑面積的方法。

1 主要技術路線

市域范圍大面積的數據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域實景三維模型；再通過軟件實現房屋外輪廓線和層數的初始提取；然后結合外業核查獲取建筑物的二維矢量信息和準確的建筑層數；最后通過自動搜索閉合面的方式實現房屋構面，并基于建筑基底的空間位置屬性，進一步實現相關房屋面之間的樓幢關聯，從而計算得到各房屋的單體面積和匯總區域建筑體量。主要技術路線如圖1所示。

圖1 建筑體量快速獲取的技術路線圖

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，設計航線為70 km，預計航時約為5 h，計劃按6架次進行飛行，飛行高度為250 m。項目實踐采用貝爾206直升機，搭載四維遠見SWDC-5傾斜航攝儀，檢定期內面陣像素為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，航攝地面分辨率優于0.05 m，如圖2所示。

圖2 全市域范圍傾斜攝影測量設計

3 建筑體量獲取

本文以廣州國際金融城西區為研究區，位于廣州市核心區域天河區，北起規劃花城大道、南臨珠江岸線、東接金融城核心區、西至珠江新城，總面積為1.2 km2。區域范圍內，現狀以密集城中村村民住宅、舊廠房以及小產權房為主，另有部分住宅小區和商務辦公樓。以市域范圍傾斜攝影測量得到的實景三維模型為基礎，根據模型和影像的三維地理信息，采用室內測圖的方式進行高精度地物要素、地形數據的矢量采集工作，即首先通過給定建筑物側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，實現對房屋外輪廓的繪制和層數的初始提取，最后結合外業核查獲取建筑物二維線劃數據。

圖3 通過建筑物側面基點自動生成輪廓點

為了準確獲取建筑物外輪廓邊線，點位選擇應遵循一定的原則：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值的一致性[5]。

在二維線劃數據向地理信息數據轉換方面，本文基于ArcGIS平臺，開發房屋屬性提取與關聯組件，首先通過自動搜索閉合面得到各房屋的分層構面，并在房屋面內再次搜索注記中心點；然后自動提取房屋結構和層數等屬性信息；再結合房屋面的空間位置屬性關系，采用人機交互的方式逐棟實現樓幢的地理關聯，得到單體建筑信息的有機整體；最后根據規劃用地紅線范圍，完成區域建筑面積的計算與匯總輸出，如圖4所示。

圖4 通過房屋構面與樓幢關聯獲取建筑面積

4 質量控制與精度分析

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，可能出現自動搜索構面出錯或結構、層數等信息的提取失敗的情況（圖5），可通過設置開發組件進行檢查提示，完善質量控制過程。

圖5 分層線懸掛導致的自動搜索構面出錯

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量，以及在此基礎上生產得到的二維線劃數據和建筑體量的精度，本文抽樣了廣州國際金融城西區范圍內的200棟房屋（含私人住宅和集體物業），并均勻選取了80個房屋點位和100條邊長間距，分別采用傳統的全站儀導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。經統計，精度指標如表1、2所示。

表1 外業檢測精度統計匯總表

表2建筑面積精度統計匯總表

5 結語

本文介紹了城市更新改造背景下，全市域范圍內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據，再基于房屋空間位置屬性關系，在ArcGIS平臺中通過人機交互實現房屋自動構面和樓幢關聯，最后計算和統計規劃用地范圍的建筑體量。在當前全國城市以存量改造為主的發展模式下，該方法對快速完成城市更新基礎數據調查具有較強的參考意義。