数字近景摄影在建筑物变形测量中的应用
数字近景摄影在建筑物变形测量中的应用
林贵之
（扬州市测绘研究院有限公司 江苏扬州 225000）
【摘要】现如今数字近景测量技术运用的越来越多，特别是在
建筑物变形测量中运用的更为广泛，尤其是近些年来我们对古代的
文物遗产的保护越来越重视。所以数字近景摄影技术，在建筑物变
形测量中是必不可少的。
【关键词】数字近景摄影；变形测量；应用背景
如今，随着我们科学技术的发展，各种数码相机，摄像机层出
不穷，数字近景摄影技术也得到了飞速的发展，与此同时，数字近
景技术也逐步的步入了辉煌的时期。摄影测量是一门通过分析记录
在胶片或电子载体上的影像，来确定被测物体的位置、大小和形状
的科学。它包括很多分支学科，如航空摄影测量、航天摄影测量和
近景摄影测量等。而数字近景摄影测量是指以数字相机为图像采集
传感器，并对所摄图像进行数字处理的近景摄影测量。数码相机的
出现和不断发展，极大地推动了数字近景摄影测量的发展。数字近
景摄影系统一般分为单台像机的脱机测量系统、多台像机的联机测
量系统。建筑物的变形测量则是对设置在变形体上的观测点进行周
期性重复观测，求得观测点各周期相对于首期的点位或高程的变化
量。所以我们本文谈到的数字近景摄影在建筑物变形测量中的应用
就是利用数字近景摄影技术对建筑物变形体进行周期的重复的观测
得出一些准确的数据，以便我们对建筑物的了解与认识。
1. 数字近景摄影在建筑物变形测量中的应用背景
1.1 应用领域的广泛性
随着计算机技术和数据处理技术的发展，现代近景摄影测量技
术已广泛应用于各类建筑工程、机械制造、城市区域规划、医学、
生物、古建筑与古文物研究、考古等部门。原则上，凡是可获得其
影像的各类目标，都可以使用近景摄影测量的相关技术以某种精度
测定和研究它的形状、大小以及运动参数等。
目前，数字近景摄影测量已经广泛应用于建筑物测绘领域。例
如李严等使用数字近景摄影测量技术对天津紫竹林教堂进行内外整
体测绘，获得了建筑物的立面、平面图。
1.2 数字近景摄影技术在建筑物变形测量中应用的优势
1.2.1 使用数码相机进行近景摄影获得的建筑物表面纹理，可
以用于构建城市三维景观模型，是进行城市发展规划、城市景观建
筑评估、建筑设计、文物保护的重要工具。
1，2.2 通过结合近景摄影测量方法探讨不规则镜面物体三维
建模的关键技术。利用近景摄影测量技术还能够观测建筑变形，具
有效率高、质量好等显著优点。还可以使用近景摄影测量的技术拍
摄运动图像，应用于建筑物爆破过程中对碎块运动状态的分析，测
量出各力学参数，包括位移、速度、加速度、动能、势能等
1.2.3 近景摄影系统与其它类系统一样具有精度高、非接触测
量和便携等特点。此外，还具有其它系统所无法比拟的优点：测量
现场工作量小、快速、高效和不易受温度变化、振动等外界因素的
干扰。
1.2.4 非接触观测（特别适用于危险建筑物、建筑物不可到达
部位）
1.2.5 影像上的信息丰富客观而且可长期保存，有利于进行变
形的对比和分析。
1.2.6 可以测定任意点的变形，提供完全和瞬时的三维空间信
息。
1.3 建筑物变形测量的需要
建筑物变形监测就是指“监测建筑物在建造过程中或建成后有
无沉降、水平位移、倾斜和裂缝等变形，以及相应的变形程度，并
争取对变形的原因作出科学解释。
2. 数字近景摄影测量具体的应用方法
目前，有许多近景摄影测量系统可根据不同用途和实际情况供
用户选择。每一种近景摄影测量系统都包含数据获取、数据处理、
成果输出的软件和设备。最简单的数据获取设备可以是一台数码照
相机，用于获取物体影像数据。
2.1 我们就以某家属楼的变形监测为例，该家属楼高约40 米，
有电梯、走廊、墙体和凹槽，构成了前后四个层次的立体结构。对
面50 米有栋高约30 米的办公楼，可以在办公楼顶设置拍摄站，观
测家属楼。为精确测量变形，，作为后续影像量测计算的依据（控
制点、检查点、待定点）。在该楼立面上布设有间隔为1.5 ～ 2.5 米
的标志点若干个，并对其进行有规律地编号。这些控制点都是以直
径6cm 的圆铝片作为标志，印成黑色后贴在家属楼外墙上，金属
片正中心贴上有反光片以便于用全站仪测其坐标。控制点布设不宜
安排在一个平面上或近似平面上，试验中控制点布设在凹槽、墙体
和电梯的外墙上，既不在一个平面或斜面上，也没有几个点在直线
上。
近景摄影测量获取立体像对有两种基本的摄影方式：
正直摄影方式和交向摄影两种基本方式。用非量测相机摄影时，
不像量测相机那样用定向角来控制正直、等偏等方摄影方式，但要
基本保持所摄对象的两张片子对称，摄影比例尺基本一致。获取影
像之后，开始进行影像处理和三维坐标提取。首先在影像处理之前，
运用畸变改正软件，用事先通过检校获取的相机参数对所获取的影
像进行畸变改正，最大程度的减弱镜头畸变对影像的影响。像对经
过畸变差改正后输出影像，以四个角点作为其框标值。
接着，在空三软件中，自动完成像片的内定向。内定向自动定
向完成之后，空三软件根据生成的金字塔影像，在相邻像片之间对
同名点进行搜索、匹配，最后构建自由网。一般情况下，对于表面
平坦、纹理丰富的地物，自动相对定向都能完成。一般情况下，交
会角在5°～ 10°时，相对之间的匹配会很容易，但是在近景摄影
测量中，为了获取更大的重叠，交会角会在10°以上，这样给匹
配就带来了困难。在此次的相对定向中，采用人工加点的方式进行，
共找到同名点38 个。完成相对定向之后，进行像对的绝对定向，
采用四个实测控制点外加一个空三加密出的一个控制点进行像对的
绝对定向。
2.2 我们以古建筑的监测维护、恢复重建为例
现在我们对古建筑保护和维护是极为重视的，因此近景摄影测
量在古建筑保护中应用的也极其广泛。
我国古代的建筑师极其精细和复杂的，一个墙壁的表面都是由
各种复杂的图像、颜料等构成。对于已经损坏的一些建筑，我们可
以利用近景摄影技术对其进行三维模型的重建，经过一系列的加工
最终得出我们想要的东西。
3. 数字近景摄影测量在建筑物变形测量中应用的发展前途
3.1 从以上例子看来，我们发现近景摄影测量是能够达到相当
的精确度的。而且可以减少人力物力的投入，减少工作量。特别是
使用近景摄影测量能够实现多个观测点同时测定，从而克服在建
筑物变形测量中使用传统测量手段的弊端。加上GPS 技术的应用，
我们建筑物变形测量的技术必定会走向更加成熟的阶段。
3.2 从现如今社会的技术发展来看，我们的社会日新月异，我
们的数码摄影摄像技术也飞速的发展着专业非量测相机的出现拓宽
了近景摄影测量在工程上的应用范围，同时也带动了其他相关技术
的发展，比如相机的检校方法、数字图像的匹配和其他相关技术。
摄影、摄像师的技术也在不断的学习和借鉴中不断的提高，因
此近景摄影技术在变形测量中的使用会越来越广泛的。
目前应用于生产的摄影测量工作站，虽然有处理近景的模块，
但是主要还是适合航空、航天影像的处理开发出专业的近景摄影测
量数据的软件，必将继续推动近景摄影测量在工程上更广泛的应用。
4. 结语
数字近景摄影在建筑物变形测量中的应用越来越加广泛，也越
来越加的成熟。当然也有不足之处，但是数字近景摄影与GPS 技术，
再加上我们传统的测量技术，我们的建筑物变形测量数据一定会越
来越准确，对我们维护建筑物，恢复古建筑有着重要而卓越的贡献。
参考文献
[1] 张慧鑫. 基于普通数码相机的近景摄影测量方法与精度的
试验研究[J]. 北京测绘，2009
[2] 周克勤. 近景摄影测量技术在数字城市中的应用[J]. 北
京测绘2009
[3] 李非栗. 基于普通数码相机的近景摄影测量方法与精度的
试验研究[J]. 北京测绘，2009
林贵之
（扬州市测绘研究院有限公司 江苏扬州 225000）
【摘要】现如今数字近景测量技术运用的越来越多，特别是在
建筑物变形测量中运用的更为广泛，尤其是近些年来我们对古代的
文物遗产的保护越来越重视。所以数字近景摄影技术，在建筑物变
形测量中是必不可少的。
【关键词】数字近景摄影；变形测量；应用背景
如今，随着我们科学技术的发展，各种数码相机，摄像机层出
不穷，数字近景摄影技术也得到了飞速的发展，与此同时，数字近
景技术也逐步的步入了辉煌的时期。摄影测量是一门通过分析记录
在胶片或电子载体上的影像，来确定被测物体的位置、大小和形状
的科学。它包括很多分支学科，如航空摄影测量、航天摄影测量和
近景摄影测量等。而数字近景摄影测量是指以数字相机为图像采集
传感器，并对所摄图像进行数字处理的近景摄影测量。数码相机的
出现和不断发展，极大地推动了数字近景摄影测量的发展。数字近
景摄影系统一般分为单台像机的脱机测量系统、多台像机的联机测
量系统。建筑物的变形测量则是对设置在变形体上的观测点进行周
期性重复观测，求得观测点各周期相对于首期的点位或高程的变化
量。所以我们本文谈到的数字近景摄影在建筑物变形测量中的应用
就是利用数字近景摄影技术对建筑物变形体进行周期的重复的观测
得出一些准确的数据，以便我们对建筑物的了解与认识。
1. 数字近景摄影在建筑物变形测量中的应用背景
1.1 应用领域的广泛性
随着计算机技术和数据处理技术的发展，现代近景摄影测量技
术已广泛应用于各类建筑工程、机械制造、城市区域规划、医学、
生物、古建筑与古文物研究、考古等部门。原则上，凡是可获得其
影像的各类目标，都可以使用近景摄影测量的相关技术以某种精度
测定和研究它的形状、大小以及运动参数等。
目前，数字近景摄影测量已经广泛应用于建筑物测绘领域。例
如李严等使用数字近景摄影测量技术对天津紫竹林教堂进行内外整
体测绘，获得了建筑物的立面、平面图。
1.2 数字近景摄影技术在建筑物变形测量中应用的优势
1.2.1 使用数码相机进行近景摄影获得的建筑物表面纹理，可
以用于构建城市三维景观模型，是进行城市发展规划、城市景观建
筑评估、建筑设计、文物保护的重要工具。
1，2.2 通过结合近景摄影测量方法探讨不规则镜面物体三维
建模的关键技术。利用近景摄影测量技术还能够观测建筑变形，具
有效率高、质量好等显著优点。还可以使用近景摄影测量的技术拍
摄运动图像，应用于建筑物爆破过程中对碎块运动状态的分析，测
量出各力学参数，包括位移、速度、加速度、动能、势能等
1.2.3 近景摄影系统与其它类系统一样具有精度高、非接触测
量和便携等特点。此外，还具有其它系统所无法比拟的优点：测量
现场工作量小、快速、高效和不易受温度变化、振动等外界因素的
干扰。
1.2.4 非接触观测（特别适用于危险建筑物、建筑物不可到达
部位）
1.2.5 影像上的信息丰富客观而且可长期保存，有利于进行变
形的对比和分析。
1.2.6 可以测定任意点的变形，提供完全和瞬时的三维空间信
息。
1.3 建筑物变形测量的需要
建筑物变形监测就是指“监测建筑物在建造过程中或建成后有
无沉降、水平位移、倾斜和裂缝等变形，以及相应的变形程度，并
争取对变形的原因作出科学解释。
2. 数字近景摄影测量具体的应用方法
目前，有许多近景摄影测量系统可根据不同用途和实际情况供
用户选择。每一种近景摄影测量系统都包含数据获取、数据处理、
成果输出的软件和设备。最简单的数据获取设备可以是一台数码照
相机，用于获取物体影像数据。
2.1 我们就以某家属楼的变形监测为例，该家属楼高约40 米，
有电梯、走廊、墙体和凹槽，构成了前后四个层次的立体结构。对
面50 米有栋高约30 米的办公楼，可以在办公楼顶设置拍摄站，观
测家属楼。为精确测量变形，，作为后续影像量测计算的依据（控
制点、检查点、待定点）。在该楼立面上布设有间隔为1.5 ～ 2.5 米
的标志点若干个，并对其进行有规律地编号。这些控制点都是以直
径6cm 的圆铝片作为标志，印成黑色后贴在家属楼外墙上，金属
片正中心贴上有反光片以便于用全站仪测其坐标。控制点布设不宜
安排在一个平面上或近似平面上，试验中控制点布设在凹槽、墙体
和电梯的外墙上，既不在一个平面或斜面上，也没有几个点在直线
上。
近景摄影测量获取立体像对有两种基本的摄影方式：
正直摄影方式和交向摄影两种基本方式。用非量测相机摄影时，
不像量测相机那样用定向角来控制正直、等偏等方摄影方式，但要
基本保持所摄对象的两张片子对称，摄影比例尺基本一致。获取影
像之后，开始进行影像处理和三维坐标提取。首先在影像处理之前，
运用畸变改正软件，用事先通过检校获取的相机参数对所获取的影
像进行畸变改正，最大程度的减弱镜头畸变对影像的影响。像对经
过畸变差改正后输出影像，以四个角点作为其框标值。
接着，在空三软件中，自动完成像片的内定向。内定向自动定
向完成之后，空三软件根据生成的金字塔影像，在相邻像片之间对
同名点进行搜索、匹配，最后构建自由网。一般情况下，对于表面
平坦、纹理丰富的地物，自动相对定向都能完成。一般情况下，交
会角在5°～ 10°时，相对之间的匹配会很容易，但是在近景摄影
测量中，为了获取更大的重叠，交会角会在10°以上，这样给匹
配就带来了困难。在此次的相对定向中，采用人工加点的方式进行，
共找到同名点38 个。完成相对定向之后，进行像对的绝对定向，
采用四个实测控制点外加一个空三加密出的一个控制点进行像对的
绝对定向。
2.2 我们以古建筑的监测维护、恢复重建为例
现在我们对古建筑保护和维护是极为重视的，因此近景摄影测
量在古建筑保护中应用的也极其广泛。
我国古代的建筑师极其精细和复杂的，一个墙壁的表面都是由
各种复杂的图像、颜料等构成。对于已经损坏的一些建筑，我们可
以利用近景摄影技术对其进行三维模型的重建，经过一系列的加工
最终得出我们想要的东西。
3. 数字近景摄影测量在建筑物变形测量中应用的发展前途
3.1 从以上例子看来，我们发现近景摄影测量是能够达到相当
的精确度的。而且可以减少人力物力的投入，减少工作量。特别是
使用近景摄影测量能够实现多个观测点同时测定，从而克服在建
筑物变形测量中使用传统测量手段的弊端。加上GPS 技术的应用，
我们建筑物变形测量的技术必定会走向更加成熟的阶段。
3.2 从现如今社会的技术发展来看，我们的社会日新月异，我
们的数码摄影摄像技术也飞速的发展着专业非量测相机的出现拓宽
了近景摄影测量在工程上的应用范围，同时也带动了其他相关技术
的发展，比如相机的检校方法、数字图像的匹配和其他相关技术。
摄影、摄像师的技术也在不断的学习和借鉴中不断的提高，因
此近景摄影技术在变形测量中的使用会越来越广泛的。
目前应用于生产的摄影测量工作站，虽然有处理近景的模块，
但是主要还是适合航空、航天影像的处理开发出专业的近景摄影测
量数据的软件，必将继续推动近景摄影测量在工程上更广泛的应用。
4. 结语
数字近景摄影在建筑物变形测量中的应用越来越加广泛，也越
来越加的成熟。当然也有不足之处，但是数字近景摄影与GPS 技术，
再加上我们传统的测量技术，我们的建筑物变形测量数据一定会越
来越准确，对我们维护建筑物，恢复古建筑有着重要而卓越的贡献。
参考文献
[1] 张慧鑫. 基于普通数码相机的近景摄影测量方法与精度的
试验研究[J]. 北京测绘，2009
[2] 周克勤. 近景摄影测量技术在数字城市中的应用[J]. 北
京测绘2009
[3] 李非栗. 基于普通数码相机的近景摄影测量方法与精度的
试验研究[J]. 北京测绘，2009
