無人機(jī)違法建筑排查報(bào)告快速制作研究

張俊前，王文進(jìn)

(1.重慶市勘測(cè)院，重慶　401121；　2.重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院，重慶　400072)

1　引　言

隨著城鎮(zhèn)建設(shè)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平不斷提高，城鎮(zhèn)建筑如雨后春筍般紛紛拔地而起。與此同時(shí)，部分人為一己私利，擴(kuò)展私人空間，擅自修建違法建筑，侵占公共權(quán)益，嚴(yán)重破壞了城市規(guī)劃和景觀，存在一定安全隱患，又助長(zhǎng)社會(huì)不良風(fēng)氣，影響社會(huì)公平正義，極易引發(fā)社會(huì)矛盾。《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》(中發(fā)〔2016〕6號(hào))要求，“用5年左右時(shí)間，全面清查并處理建成區(qū)違法建設(shè)，堅(jiān)決遏制新增違法建設(shè)”。

當(dāng)前，違法建筑排查工作主要有人工排查和遙感解譯排查兩種方式。人工排查方式依靠執(zhí)法人員逐一排查，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且存在排查范圍有限、排查時(shí)效性有限、排查角度有限(只能地面和入戶排查)、取證困難等不足。遙感影像解譯排查方式受影像數(shù)據(jù)源影響，排查效果也不如人意，時(shí)效性不強(qiáng)，精度不高，不能發(fā)現(xiàn)在建筑物側(cè)面區(qū)域的違建(如陽(yáng)臺(tái)、挑空房屋等)。

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)能獲取到豐富的建筑物頂面及側(cè)面的高分辨率紋理，能夠真實(shí)地反映地物情況，生成真實(shí)可量測(cè)的三維模型，準(zhǔn)確獲取違法建筑的位置信息及相關(guān)量測(cè)信息，為開展違法建筑整治帶來了新的思路，但是也存在一些問題，比如：實(shí)景三維模型數(shù)據(jù)量大，且需要專業(yè)軟件進(jìn)行瀏覽；違法建筑查處工作人員使用起來較為不便。

本文根據(jù)實(shí)景三維模型數(shù)據(jù)特點(diǎn)和用戶所需數(shù)據(jù)要求，研究違法建筑入庫(kù)數(shù)據(jù)技術(shù)，擬實(shí)現(xiàn)違法建筑數(shù)字化、圖形化管理，設(shè)計(jì)違法建筑排查報(bào)告模板，為違法建筑整治工作提供客觀證據(jù)，并以重慶某小區(qū)為實(shí)例，通過無人機(jī)傾斜攝影和三維建模后生成違法建筑信息報(bào)表，驗(yàn)證該方法的實(shí)用性和有效性。

2　違法建筑排查報(bào)告快速制作

2.1　技術(shù)路線

利用實(shí)景三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行違法建筑查處整治具有現(xiàn)勢(shì)性好，分辨率高、側(cè)面紋理豐富，可多角度、多尺度瀏覽和量測(cè)等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，但應(yīng)用上還存在一些困難。為方便違法建筑查處工作人員使用，工作中常常需用圖表的形式記錄表達(dá)違法建筑信息及證據(jù)。

本文擬基于實(shí)景三維模型數(shù)據(jù)，制作真正射影像，以真正射影像為底圖、以實(shí)景三維模型為排查解譯平臺(tái)進(jìn)行違法建筑排查，制作違法建筑入庫(kù)數(shù)據(jù)，根據(jù)違法建筑整治工作需要設(shè)計(jì)違法建筑排查報(bào)告，定制報(bào)告模板，并進(jìn)行程序研發(fā)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)違法建筑排查報(bào)告快速制作。技術(shù)路線如圖1所示。

圖1　技術(shù)路線

2.2　數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段，主要是獲取任務(wù)區(qū)內(nèi)的實(shí)景三維模型、影像底圖、竣工測(cè)量資料及其他相關(guān)資料。

(1)地形圖數(shù)據(jù)收集整理

收集整理范圍內(nèi)的1∶500地形圖，根據(jù)項(xiàng)目需求，提取地形圖中居民地、交通、工礦和水系等圖層，數(shù)據(jù)格式可統(tǒng)一處理為dwg格式。

(2)竣工測(cè)量資料收集整理

收集整理范圍內(nèi)的竣工測(cè)量資料，工程成果大部分為dwg格式，也有edb格式數(shù)據(jù)，可統(tǒng)一整理為dwg格式。

(3)實(shí)景三維模型制作

基于Smart 3D軟件制作任務(wù)區(qū)實(shí)景三維模型，一般為s3c格式。

(4)真正射影像制作

基于Smart 3D和實(shí)景三維模型制作任務(wù)區(qū)真正射影像，一般為tif格式。

2.3　違法建筑解譯排查

以實(shí)景三維模型為排查解譯平臺(tái)，以真正射影像為作業(yè)底圖，結(jié)合地形圖、竣工測(cè)量等相關(guān)資料違法建筑排查，如圖2所示。

根據(jù)違法建筑識(shí)別的難易程度，可以大致將違法建筑分為明顯違建和隱蔽違建。明顯違建是指顏色、結(jié)構(gòu)比較突兀、與周圍建筑風(fēng)格不搭，明顯能看出來是屬于后期人為搭建的違法建筑，如樓頂搭建的藍(lán)色頂棚，空地處搭建的藍(lán)色板房等。對(duì)于這類違建，基于真正射影像就能很快識(shí)別出來。

圖2　竣工地形圖疊加影像底圖

隱蔽違建指顏色、結(jié)構(gòu)與周圍建筑一致、難于區(qū)分的違法建筑。對(duì)于這類違建，將規(guī)劃竣工測(cè)量資料與影像底圖進(jìn)行套合，結(jié)合實(shí)景三維模型逐層進(jìn)行分析，實(shí)景三維模型上建筑形狀、結(jié)構(gòu)、層數(shù)、面積與規(guī)劃竣工資料不符的，都是違法建筑。

根據(jù)違法建筑的圍合情況，可以將違法建筑分為棚和房?jī)纱箢悾鶕?jù)違法建筑的建筑材料與建筑結(jié)構(gòu)，又可以進(jìn)一步細(xì)分：現(xiàn)澆房、彩鋼房、玻璃房、現(xiàn)澆棚、彩鋼棚、玻璃棚、其他輕質(zhì)棚、檐廊、亭子、室外樓梯、室外電梯、雨篷、陽(yáng)臺(tái)、地下室等，如圖3所示。

圖3違法建筑樣例

為方便違法建筑判斷識(shí)別，可建立違法建筑識(shí)別樣本庫(kù)。根據(jù)每一類違法建筑，選擇一個(gè)或多個(gè)典型案例，截取相應(yīng)正射影像和實(shí)地照片，作為違法建筑樣本，對(duì)違法建筑情況進(jìn)行說明，建立違法建筑識(shí)別樣本庫(kù)，不僅讓違法建筑判斷識(shí)別直觀化、圖片化，另一方面也可以作為作業(yè)人員的培訓(xùn)樣例，加快新作業(yè)人員上手，提高生產(chǎn)效率。

2.4　入庫(kù)數(shù)據(jù)制作

為實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)提取違法建筑屬性信息，自動(dòng)制作統(tǒng)計(jì)報(bào)表，需建立一套切實(shí)可行的違法建筑入庫(kù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，制作違法建筑入庫(kù)數(shù)據(jù)。違法建筑入庫(kù)數(shù)據(jù)屬性項(xiàng)如表1所示。入庫(kù)數(shù)據(jù)制作具體思路是：把整理的行政區(qū)劃圖和實(shí)景三維模型套合起來，并將行政區(qū)劃圖對(duì)應(yīng)的屬性字段傳遞到實(shí)景三維模型中去，這樣，實(shí)景三維模型就有了表1中1、2、3、5項(xiàng)屬性；字段4的巡查時(shí)間根據(jù)數(shù)據(jù)獲取時(shí)間按片區(qū)批量填寫；字段6、7、8、9則需要從模型中人工量取和判讀獲得；字段10、11則根據(jù)字段8、9和模型中對(duì)應(yīng)的尺寸信息自動(dòng)計(jì)算；字段12則按片區(qū)批量填寫。

違法建筑入庫(kù)數(shù)據(jù)屬性項(xiàng)　　　　　　　　　　表1

2.5　違法建筑排查報(bào)告設(shè)計(jì)與模板定制

違法建筑排查報(bào)告主要包括違法建筑統(tǒng)計(jì)總表和增建建筑面積明細(xì)表。為方便違法建筑整治使用，違法建筑統(tǒng)計(jì)總表記錄了區(qū)域內(nèi)所有違法建筑的序號(hào)、面積和對(duì)應(yīng)明細(xì)表所在頁(yè)碼；增建建筑面積明細(xì)表記錄違法建筑所在小區(qū)、巡查日期、違法建筑序號(hào)、面積、屬性、違法建筑全貌圖(標(biāo)識(shí)違建在小區(qū)內(nèi)位置)和違法建筑側(cè)視圖(違法建筑在照片中的位置)等信息。

違法建筑報(bào)告模板對(duì)報(bào)告的封面及報(bào)告格式、違法建筑統(tǒng)計(jì)總表和增建建筑面積明細(xì)表內(nèi)容進(jìn)行規(guī)范。違法建筑統(tǒng)計(jì)總表記錄區(qū)域內(nèi)所有違法建筑的序號(hào)、面積和對(duì)應(yīng)明細(xì)表所在頁(yè)碼；增建建筑面積明細(xì)表記錄違法建筑所在小區(qū)、排查日期、違法建筑序號(hào)、面積、屬性、違法建筑全貌圖(標(biāo)識(shí)違建在小區(qū)內(nèi)位置)和違法建筑側(cè)視圖(違法建筑在照片中的位置)，簡(jiǎn)明扼要地體現(xiàn)了執(zhí)法人員在違法建筑排查過程中需要的關(guān)鍵信息，同時(shí)也能和詳細(xì)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)對(duì)照，如圖4所示。

圖4違法建筑報(bào)告模板

2.6　程序設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)

統(tǒng)計(jì)總表中需要實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)提取數(shù)據(jù)并填入對(duì)應(yīng)表格、從實(shí)景三維模型中自動(dòng)截圖貼圖。為實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)總表的快速制作，本文基于ArcGIS和.net開發(fā)框架，采用C#語(yǔ)言進(jìn)行功能開發(fā)，主要實(shí)現(xiàn)三大功能：

(1)自動(dòng)提取屬性數(shù)據(jù)。通過設(shè)置違法建筑數(shù)據(jù)路徑、面積保留位數(shù)、面積字段、樓層字段、備注字段、JPG(全貌圖)保存路徑、重采樣比率DPI等屬性，自動(dòng)生成違法建筑統(tǒng)計(jì)總表和增建建筑面積明細(xì)表。

(2)自動(dòng)準(zhǔn)確指示違法建筑位置并截圖。本文基于ArcGIS制圖表達(dá)模塊，采用C#語(yǔ)言進(jìn)行功能開發(fā)，實(shí)現(xiàn)指示箭頭自動(dòng)放置，并根據(jù)圖斑制圖范圍自動(dòng)判斷箭頭是否在范圍內(nèi)，選取合適的指示方向。

(3)根據(jù)屬性數(shù)據(jù)和箭頭指向，自動(dòng)截取模型影像。較人工截圖貼圖，使用該程序效率提升了數(shù)十倍，并保證成果美觀統(tǒng)一。

圖5　違法建筑排查報(bào)告快速制作程序

3　結(jié)　語(yǔ)

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在違法建筑查處中的應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)違法建筑排查方式不能解決的問題。本文研究了違法建筑入庫(kù)數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了違法建筑數(shù)字化、圖形化管理，設(shè)計(jì)了違法建筑排查報(bào)告模板，能夠?yàn)檫`法建筑整治工作提供客觀數(shù)據(jù)和證據(jù)，并基于數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)研發(fā)了快速制作違法建筑排查報(bào)告程序，提升了違法建筑排查效率，切實(shí)有效服務(wù)違法建筑的全面清查和整治工作。