基于無人機(jī)攝影測(cè)量的建筑違章信息采集研究

陳萬衛(wèi)

摘? 要：傳統(tǒng)違章建筑信息采集，主要通過執(zhí)法人員實(shí)地巡邏勘察和群眾舉報(bào)發(fā)現(xiàn)，時(shí)效性差。該文提出采用現(xiàn)代遙感影像和三維模型數(shù)據(jù)對(duì)違章建筑探索提高效率，縮短時(shí)間減少人工投入，提供違章建筑信息及證據(jù)，為消除臺(tái)賬做準(zhǔn)備。高清遙感影像空間分辨率高，能滿足基礎(chǔ)測(cè)繪的精度要求、地面建設(shè)用地易辨識(shí)，通過兩期遙感影像數(shù)據(jù)對(duì)比，直觀看出建設(shè)用地變化，篩選出違章建筑，計(jì)算違章建筑面積。結(jié)果表明，無人機(jī)獲取傾斜模型在取證階段，對(duì)遮擋少的違章建筑取證效果好，并提高了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)? 傾斜攝影測(cè)量? 違章建筑? 數(shù)據(jù)庫(kù)

中圖分類號(hào)：P258? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）04（b）-0095-03

Research on Construction Violation Information Collection Based on UAV Photogrammetry

CHEN Wanwei

（Guangdong Institute of Land and Resources Surveying and Mapping， Guangzhou， Guangdong Province， 510300? China）

Abstract： Traditional illegal building information collection， mainly through the law enforcement personnel on-the-spot patrol investigation and the masses report， is not timely. This paper proposes to use modern remote sensing image and 3D model data to explore illegal buildings， improve efficiency， shorten time， reduce labor input， provide information and evidence of illegal buildings， and prepare for the elimination of accounts. The high-definition remote sensing image has high spatial resolution， which can meet the accuracy requirements of basic surveying and mapping， and the ground construction land is easy to identify. Through the comparison of two phases of remote sensing image data， the change of construction land can be seen directly， the illegal buildings can be screened out， and the illegal building area can be calculated. The results show that in the forensics stage， UAV acquisition tilt model has good forensics effect on the illegal buildings with less occlusion， and improves the data accuracy.

Key Words： UAV; Tilt photogrammetry; Illegal building; Database

無人機(jī)航測(cè)能夠高效快速獲取高分辨率航空影像及傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)。由于其具有反應(yīng)靈敏、高效率、定位準(zhǔn)確、拍照清晰、作業(yè)成本低、運(yùn)用范圍廣的特點(diǎn)，可在違章建筑探測(cè)外業(yè)調(diào)查取證中發(fā)揮重要作用[1]。

違章建筑探測(cè)是內(nèi)、外業(yè)一體的測(cè)量調(diào)查工作，測(cè)繪內(nèi)業(yè)與外業(yè)需緊密配合，包括資料收集、權(quán)利人調(diào)查、土地規(guī)劃、建筑物拆除反饋銷賬等內(nèi)容，將實(shí)景三維技術(shù)應(yīng)用于違章建筑探測(cè)中，能夠解決項(xiàng)目問題，已成為測(cè)繪行業(yè)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)和主流。

傾斜攝影涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括影像預(yù)處理、多視影像聯(lián)合平差、多視影像密集匹配、數(shù)字表面模型生成和真正射影像糾正等。

1? 獲取違章建筑流程

無人機(jī)傾斜三維模型參與違章建筑的獲取方法分為相關(guān)資料收集、建筑判別和生成違章建筑數(shù)據(jù)庫(kù)處理3個(gè)步驟，具體如圖1所示。

1.1 資料收集

在傳統(tǒng)土地登記信息、房產(chǎn)登記信息、土地詳細(xì)規(guī)劃資料的基礎(chǔ)上，增加收集當(dāng)下測(cè)區(qū)范圍內(nèi)無人機(jī)二三維影像圖。通過具有時(shí)效性且為電子矢量版的合法建筑物相關(guān)信息與紙質(zhì)資料配合可以獲取更多有用的信息，幫助審核判斷，減少工作量加快工作效率[2]。

1.2 建筑判別

數(shù)字表面模型（DSM）與數(shù)字正射影像圖（DOM）相結(jié)合，并加載房地一體不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)繪數(shù)據(jù)、宅基地審批數(shù)據(jù)、城鎮(zhèn)規(guī)劃數(shù)據(jù)、房屋測(cè)算數(shù)據(jù)等圖層，將影像內(nèi)的建筑物格網(wǎng)化分片管理，判別建筑物是否合法[3]。

在影像上可直接發(fā)現(xiàn)不在合法用地范圍內(nèi)的違章建筑，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析提取違章建筑，同時(shí)對(duì)合法建筑進(jìn)行檢查標(biāo)注，避免建筑物多次判別。這種類似于人工巡視發(fā)現(xiàn)違章建筑的方法，在內(nèi)業(yè)完成違章建筑物的矢量數(shù)據(jù)采集（包含平面、高程），同時(shí)在三維影像上可以截取違章建筑取證圖片，減少實(shí)地核查取證工作。配合相關(guān)確權(quán)資料確定違法建筑權(quán)利責(zé)任人，為后續(xù)違章建筑拆除工作，提供便利。在提取違章建筑階段，可添加其屬性信息，如權(quán)利責(zé)任人、面積、違章建筑類型、建筑材料等;對(duì)不確定建筑是否為違章建筑進(jìn)行標(biāo)記記錄，根據(jù)已有資料判斷是否在資料產(chǎn)證上有缺失，是否進(jìn)行后續(xù)證據(jù)收集和取證。

1.3 生成違章建筑數(shù)據(jù)庫(kù)

根據(jù)違章建筑物分布情況、屬性特征、現(xiàn)在狀態(tài)信息，在已有圖斑基礎(chǔ)上，建立違章建筑屬性結(jié)構(gòu)描述表。違章建筑數(shù)據(jù)應(yīng)用于其他數(shù)據(jù)分析軟件，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)使違章建筑便于管理，使得每個(gè)變化的圖斑都可查可管，并可與之前數(shù)據(jù)對(duì)比分析違章建筑類型、分布特征變化，對(duì)今后制定整治方案提供側(cè)重點(diǎn)要求[4]。

與傳統(tǒng)違章建筑探測(cè)作業(yè)方式比較，二維和三維影像聯(lián)動(dòng)在資料收集、建筑判別階段就對(duì)建筑是否合法做出判斷，并直接實(shí)現(xiàn)調(diào)查取證，減少外業(yè)勘察測(cè)繪工作，大大縮短處理時(shí)間，提高違章建筑的判斷準(zhǔn)確度。

違章建筑信息數(shù)據(jù)庫(kù)包含無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量二三維影像數(shù)據(jù)、違章建筑取證截取信息圖片、違章建筑圖斑屬性數(shù)據(jù)。

2? 三維采集違章建筑信息

2.1 采集軟件

EPS 三維測(cè)圖系統(tǒng)提供基于正射影像（DOM）、實(shí)景三維模型（osgb）、點(diǎn)云數(shù)據(jù)（機(jī)載Lidar、車載、地面激光掃描、無人機(jī)等）二三維采集編輯工具，可實(shí)現(xiàn)基于正射影像DOM和實(shí)景表面模型的垂直攝影三維測(cè)圖;基于傾斜攝影生成的實(shí)景三維模型的傾斜攝影三維測(cè)圖;基于各種機(jī)載Lidar、車載、地面激光掃描、無人機(jī)等點(diǎn)云數(shù)據(jù)的點(diǎn)云三維測(cè)圖以及基于傾斜攝影生成的實(shí)景三維模型的虛擬現(xiàn)實(shí)立體測(cè)圖，系統(tǒng)支持大數(shù)據(jù)瀏覽以及高效采編庫(kù)一體化的三維測(cè)圖，直接對(duì)接不動(dòng)產(chǎn)、地理國(guó)情等專業(yè)應(yīng)用解決方案[5]。

2.2 采集違章建筑物的優(yōu)勢(shì)

實(shí)驗(yàn)以一小區(qū)為例，位于廣州市某小區(qū)，此小區(qū)內(nèi)違章建筑分布在小區(qū)地面和小區(qū)樓房屋頂，且分布在小區(qū)地面的違章建筑都為獨(dú)立違章建筑，屋頂?shù)倪`章建筑為關(guān)聯(lián)違章建筑，違章建筑屋頂材料都為彩鋼棚，在樓房建筑中可明顯辨識(shí)。此測(cè)區(qū)選用大疆精靈 4P對(duì)村莊進(jìn)行航攝，影像分辨率為0.018 m，此小區(qū)共有違章建筑17處，地面獨(dú)立違章建筑9處，房頂違章建筑8處。

在違章建筑提取中，三維提取違章建筑的優(yōu)勢(shì)具體如下。

（1）在使用EPS軟件中，可疊加相關(guān)能判別建筑物信息的數(shù)據(jù)資料，方便讀取判斷。該章節(jié)方法采集違章建筑物信息包含二維數(shù)據(jù)信息（如位置、面積）、三維影像數(shù)據(jù)信息（如體積），對(duì)違章建筑輔助信息（違章建筑物類型、建筑材料、建筑物權(quán)利責(zé)任人等）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)歸類，便于后續(xù)拆除工作[6]。

（2）在二維影像上采集建筑物占地面積受房檐影響大，而在三維影像上進(jìn)行違章建筑采集可在房檐下進(jìn)行繪制，面積影響?。ㄒ妶D2）。

（3）對(duì)于該小區(qū)違章建筑取證環(huán)節(jié)，樓頂違章建筑的取證相對(duì)較為容易，而地面違章建筑由于高樓遮擋取證相對(duì)困難（見圖3），而村莊內(nèi)無高樓影響地面違章建筑取證效果更佳。

隨機(jī)選取含村莊一定范圍，保證村莊與小區(qū)的違章建筑物數(shù)量相近，檢驗(yàn)違章建筑物取證的合格率。根據(jù)表1中數(shù)據(jù)可以看出，在違章建筑取證方面，樓房小區(qū)內(nèi)屋頂違章建筑取證結(jié)果相對(duì)較好，地面違章建筑取證結(jié)果相對(duì)較弱。

小區(qū)住宅建筑物為7層，無人機(jī)航拍對(duì)地面建筑拍攝特征照片不明顯，三維影像失真較多;而在村莊，建筑最多為3層，單層層高3 m，最多為3層，最高達(dá)10 m;且3層建筑較少，多數(shù)為單層建筑，建筑物遮擋較少，航拍照片更加清晰。村落地面違章建筑，雖取證結(jié)果合格度較高，但村落房屋距離較近，違章建筑也會(huì)被房屋遮擋影響取證。

在小區(qū)內(nèi)，采用此方法獲取的違章建筑形狀準(zhǔn)確度在99.85%，位置準(zhǔn)確度在100%，綜合準(zhǔn)確度 99.92%。形狀準(zhǔn)確度比二維影像提取違章建筑中高 7%，由二三維聯(lián)動(dòng)提取違章建筑物矢量數(shù)據(jù)誤差較小，三維數(shù)據(jù)參與采集提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

3? 結(jié)語

該文介紹無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在航飛中的要求，在儀器飛行前，獲取影像分辨率的要求，影響提取違章建筑影像分辨率的航飛時(shí)間要求、無人機(jī)為獲取滿足分辨率要求的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置，以及為保證航飛正常進(jìn)行起飛前檢查、航空攝影和起飛后檢查點(diǎn)。無人機(jī)航飛獲取航飛照片，經(jīng)過專業(yè)軟件進(jìn)行運(yùn)算處理，輸出精度滿足要求的二維和三維影像數(shù)據(jù)。結(jié)合無人機(jī)的數(shù)據(jù)與現(xiàn)有規(guī)劃數(shù)據(jù)和權(quán)籍?dāng)?shù)據(jù)現(xiàn)配合，在EPS軟件上可直接獲取違章建筑。最終發(fā)現(xiàn)無人機(jī)獲取傾斜模型在取證階段，對(duì)遮擋少的違章建筑取證效果好，并提高了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。

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