城市规划执法实时监控可量测系统

李琪

(武汉市勘测设计研究院，湖北武汉 430022)

城市规划执法实时监控可量测系统

李琪∗

(武汉市勘测设计研究院，湖北武汉 430022)

随着社会的高速发展，城市违法建设呈现出隐蔽性强、发现后不易拆除的特点，迫切需要新手段和新措施。近景摄影测量技术的发展为规划执法实时监控提供了有力支撑。本系统是GIS、视频监控、近景摄影测量等技术在规划执法领域的应用。系统是利用GIS技术整合基础地理信息、审批数据等信息，利用视频监控技术和网络传输技术搭建的实时监控平台。实现规划执法的手段先进、管理科学、实时监控、违法预警。实践证明，新技术和新成果的应用创新了规划执法工作方式，提高了执法效率。

近景摄影测量；视频监控；实时量测；远程控制

1 引 言

随着城市建设的发展，规划工作面临着新的挑战。各种利益、矛盾的多样化，违法建筑的激增，违法建设呈现出隐蔽性强、发现后不易拆除等特点，导致了城市规划执法的难度越来越大。当前在实施规划执法中出现的问题很多，如常规的现场巡查存在取证难、取证周期长和执法被动，违法的难以确认性，利益的驱动，管理机制的不顺，执法队伍的素质不齐造成的执法难等现象。对此必须多方综合，创新思路，如加大宣传力度，加快规划编制，加强拆违力度，规范部门工作，完善监管机制，加强沟通，提高素质等。为了妥善处理好执法出现的问题，确保有效的实施规划执法，因此规划批后管理执法工作迫切需要新手段和新措施。

随着摄影测量技术特别是地面近景摄影测量技术的发展，使得普通数码照相机代替专业传感器进行数字近景摄影测量已经变得可行、实用。相对于传统的近景摄影测量，低廉的普通数码相机大大降低了测量的成本，而高精度的相机标定技术也保证了近景摄影测量的精度。这些技术的发展为“城市规划执法实时监控可量测系统”提供了有力的技术支撑。

2 系统架构及其特点

根据本系统的特点，接合用户对实际应用的需求，设计城市规划执法实时监控可量测系统的总体框架。按照C/S结构的分层设计模式，该框架具体可以划分为三个层次，即基础架构层、数据服务层和应用服务层，如图1所示。

2.1 基础架构层

基础架构层是城市规划执法实时监控可量测系统部署和运行的基础，包括主机、网络、操作系统、应用服务器和数据库服务器、监控设备、网络传输设备等。

2.2 数据服务层

包括地图数据服务、建设工程业务数据服务和监控视频数据服务。

2.3 应用服务层

应用服务层是系统的核心部分，可分为建设工程集成管理、监控视频管理、立体量测、违章预警等。

3 系统关键技术

“城市规划执法实时监控可量测系统”利用高科技和新手段建立了“天上看、网上查、短信预警”的实时监控体系，实现规划执法工作的“管理手段现代化、执法对象可视化、监督管理常态化、违法处置程序化、处置结果公开化”。

3.1 利用定参数近景摄影测量实现对建设项目实时非接触测量

传统的建设项目放线、灰线检测、验线、规划验收等环节都需要专业的测绘人员带测量仪器到施工现场进行测量，利用这种定期到现场测量的技术手段来监控建设项目是否存在违法行为。这种工作方式虽然能够精确地监控建设项目，但是存在两个方面的限制:一是专业的测量工作需要到施工现场进行；二是只能在建设项目的重点施工阶段开展。

近景摄影测量技术的发展，实现了利用普通数码相机对测量对象进行快速非接触测量的应用。但还需要到测量对象现场进行拍照，再利用程序解算定向参数等复杂过程来完成量测。

图1 城市规划执法实时监控可量测系统架构

本系统在利用近景摄影测量技术的基础上，提出利用定参数近景摄影测量技术来实现对建设项目实时非接触测量。具体做法:一是在建设项目施工现场周边布设两台量测用数码相机，通过USB到以太网设备服务器UBOX 2100的使用，解决非量测数码相机的远程控制和照片回传，实现在室内实时获取建设项目施工现场的量测用立体像对；二是固定数码相机的参数和数码相机间相对位置，实现数码相机相对定向参数固化，并在摄影范围内测量一定数量的像控点，使数码相机的绝对定向参数固化，最终形成定参数近景摄影测量技术路线。

3.2 利用GIS实现批后建设项目全过程跟踪管理

传统的建设项目管理分为规划审批、放线、灰线检测、验线、底层和标准层建设、规划验收等环节，同时辅以定期巡查控管。每个管理环节所收集或产生的建设项目信息和资料分别归属各自环节的数据库或档案，只有少部分图纸和表格资料作为建设项目档案资料在各个管理环节中流转，无法实现批后建设项目全面、连续的信息管理。

本系统利用GIS技术在系统软件中，以建设项目空间数据为纽带，将建设项目的规划审批、放线、灰线检测直至规划验收各个环节的信息和资料进行集成管理，此外，本系统还将批后管理过程中产生的建设项目巡查控管记录、视频监控的画面或录像、立体量测和比对分析结果存储到系统软件中。

执法人员使用系统软件能够快速方便地调阅建设项目在规划管理各个阶段的文本、数据、图像、视频和图形等各种类型的信息，真正实现了批后建设项目的全过程跟踪管理。

3.3 解决了量测数码相机的远程控制和网络传输

目前利用数码相机进行近景摄影测量一般都是利用USB数据线连接电脑和数码相机完成控制指令和拍摄图像的传输。本系统将进行近景摄影测量的数码相机安装在建设项目施工现场，而数码相机的拍照控制、照片回传和立体量测等操作必须在任意网络结点的客户端上完成，这就要求本系统解决数码相机远程控制和网络传输问题。

在研制过程中为了解决量测数码相机的远程控制和网络传输，需要克服三个技术问题:

一是解决数码相机数据接口和传输网络接口的衔接。目前数码相机通常只有USB数据接口，无法进行网络连接和数据交换。为此，本系统在研制过程中引入美国LANTRONIX公司的USB到以太网设备服务器UBOX 2100，该设备解决了USB技术的距离限制，可以通过网络存取并连接USB周边设备。实际应用中，将数码相机通过USB接口连接到UBOX 2100，再将UBOX 2100接入互联网，这样程序只需指定UBOX的网络IP地址和设备号，就能够通过网络上的计算机访问数码相机。

二是选择合适网络协议解决传输数据的完整性。建设项目施工现场的数码相机拍照后需要将所拍摄的照片文件回传到客户端程序所在的计算机，而且照片文件的完整性是进行立体量测的前提，因此网络传输中的传输信道和网络协议的选择是关键。网络传输协议的选择主要在网络参考模型的传输层，传输层的任务是根据子网的特征最佳地利用网络资源，并以可靠和经济的方式为两端主机建立传输连接，以透明的方式传送报文，在这一层中Windows操作系统主要使用TCP/IP协议。TCP协议是面向连接的网络协议，而UDP协议是无连接的网络协议。本系统选择利用TCP传输协议进行数据的传送接收。

三是保证数码相机照片回传的实时性。为了满足立体量测的精度要求，本系统将量测数码相机的照片质量设置为1500万像素，图像分辨率为4 752×3 168，一张照片的文件大小为6 MB左右。在实际的立体量测操作中，需要在有限的网络带宽条件下快速将两张照片回传到客户端程序所在计算机。为此本系统在利用TCP传输协议的基础上，利用UBOX 2100开发了基于TCP/IP的传输功能，实现了在一定带宽下的数据实时传输的速度和质量，保证了回传到客户端程序所在计算机的照片实时性和完整性。

4 系统主要功能实现

4.1 系统运行流程

(1)收集整理批后建设项目的各项空间和非空间信息，建立城市规划执法实时监控可量测系统数据库，实现批后建设项目的可视化管理；

(2)在批后建设项目的施工现场架设视频监控和摄影测量设备，并搭建数据传输网络，将现场视频监控设备拍摄的监控视频流实时回传到控制中心；

(3)用户通过城市规划执法实时监控可量测系统调用显示批后建设项目施工现场的监控画面，并对施工现场的监控设备进行远程控制，以发现违章行为；

(4)用户通过城市规划执法实时监控可量测系统远程控制批后建设项目施工现场的摄影量测设备，获取现场立体相对，并在系统软件上通过人机交互操作完成立体量测；

(5)用户通过城市规划执法实时监控可量测系统调阅批后建设项目的各种资料，与立体量测的结果进行比对，以发现违章行为；

(6)用户通过城市规划执法实时监控可量测系统将发现的违章行为通过SMS方式发送到相关工作人员手机，达到违章预警的应用。

4.2 GIS功能

实现了GIS系统普遍包含的基本功能，如放大、缩小、漫游等，图2为GIS操作界面。

图2 GIS操作界面

4.3 视频监控功能

视频监控模块主要实现视频服务器对监控摄像机发送视频浏览、远程拍照、焦距调整等命令，实现云台对监控摄像机拍摄方向的远程控制。图3为一视频监控界面。

图3 视频监控界面

4.4 立体量测功能

立体量测模块主要实现两个非量测相机的远程拍照控制，并回传相片至本地。给用户提供相片浏览和实时选点量测工具，完成工地现场的实时量测应用。该模块主要分为两个部分:非量测相机控制和立体量测解算。

非量测相机控制主要利用从佳能官方网站上授权下载的支持EOS 500D相机的EDSDK2.6 SDK开发包进行程序开发，该SDK包于2009年4月发布，同时还需要利用Lantronix UBOX 2100设备进行本机和相机的远程网络连接。

立体量测解算主要利用自主研发的近景摄影测量模块，该模块通过两个非量测相机远程获取具有重叠区域的立体影像，利用摄影测量技术恢复立体影像在拍摄时的空间位置和姿态，再通过半自动或者人工方式进行立体测量，获取影像重叠区域内任意点位的空间坐标。图4为立体量测的像对界面。

图4 立体量测界面

4.5 精度分析

为了验证本系统技术方案的实际应用效果和量测精度，选择位于武汉市某一在建综合楼作为实验场，架设硬件设备和网络环境，利用所开发的城市规划执法实时监控可量测系统进行参数解算和立体量测，同时利用传统测量手段到项目现场进行实地量测。经过对比分析，得到本系统量测对比分析，如表1和表2所示。

距离精度分析表(单位/m) 表1

高程精度分析表(单位/m) 表2

上述精度分析中的距离量测和高程量测与实测数据的误差满足本系统初始的设计和应用的要求。

5 结 论

近年来，规划管理部门在规划批后管理方面不断强化制度建设，抓源头治理和巡查控管，通过加强放线、灰线检测、验线、底层和标准层建设、规划验收等重要节点的管理，使违法建设得到了有效控制。但是，随着城市建设的发展，建设项目的日益增多，执法工作量的加大与执法人员配备不足的矛盾日益突出，常规的现场巡查等批后管理手段远不能满足执法工作的需要，迫切需要上新手段和新措施，违法建设也呈现出隐蔽性强，不易发现、发现后不易拆除的特点。针对规划执法工作客观存在的执法人员不足，取证难和取证周期长、执法被动等实际情况，“城市规划执法实时监控可量测系统”利用高科技和新手段建立了“天上看、网上查、短信预警”的实时监控体系，实现规划执法工作的“管理手段现代化、执法对象可视化、监督管理常态化、违法处置程序化、处置结果公开化”。

与常规手段相比，“城市规划执法实时监控可量测系统”有以下几方面的优势和不足。

5.1 优势

(1)科学性:城市规划执法实时监控可量测系统利用先进科学技术，实现了批后建设项目管理的“可看、可测量、可预警”，对批后建设项目实施不间断实时精准监控。

(2)时效性:利用城市规划执法实时监控可量测系统，执法工作人员能在第一时间掌握全市的规划审批资料，做到项目随时在线查阅，各级领导也能通过该系统随时查看项目的建设情况和违法建设处理情况，大大提高执法工作效率。

(3)经济性:城市规划执法实时监控可量测系统的应用可以缓解执法人员和车辆严重不足的问题，减少执法工作开支。同时，由于该成果的应用能及时发现并制止违法建设行为，也节约了大量人力资源和社会财富。

5.2 不足

(1)设备安装受环境限制:被监控工地周边必须有超过其设计高度的高层建筑，这样监控设备、网络传输设备等前端设备才能安装在高层建筑的顶楼，从而保证相机任何时候都能拍摄到完整的被监控工地。

(2)使用人员须经过培训:由于本系统应用了摄影测量原理，使用像对进行距离量测时需要人工进行建筑物关键同名点的选取，而同名点的选取需要一定的技巧和理论知识，因此必须进行前期的培训。

(3)硬件定期维护:由于前端设备安装在室外，受到气候和环境因素的影响比较大，必须定期对设备进行保养和维护，才能保证设备的正常运行。前端设备包含了监控设备、网络传输设备、立体量测相机等。

[1] 李德仁，周月琴，金为铣.摄影测量与遥感概论[M].北京:测绘出版社，2001

[2] 孙家柄，舒宁，关泽群.遥感原理、方法和应用[M].北京:测绘出版社，1997

[3] 建筑工地现场无线视频监控方案，http://www.pjtime. com/2008/12/17777481.shtml，2009.2

[4] 视频监控技术持续“进步论”，http://www.qianjia.com/html/2009－02/55462.html，2009.4

[5] http://www.whkexun.com/product_view.asp?id＝30，2009. 3

[6] http://www.vicom.com.cn/solution/CDMA1X/CDMAshipin.htm，2009.3

City Planning Implementation Real－time Monitoring and Measured System

Li Qi
(Wuhan Geotechnical Engineering and Surveying Institute，Wuhan 430022，China)

With the rapid development of the city，urban illegal construction presented high performance of concealment，after the found，it is not easy to be demolished.It is urgently need of new method and the new measure.The development of the close－range photogrammetry has provided the powerful support for planning implementation real－time monitoring work.The system is GIS，video surveillance，close range photogrammetry and other technology in the planning implementation innovative application，this system is the use of GIS technology integration fundamental geographic information，planning information and other information，use of video surveillance technology and network transmission technology built real－time monitoring platform.It realized the planning implementation method to be advanced，management science，real－time monitoring，illegal early warning.The practice proved that new technical and the new achievement's application has innovated the planning implementation working，raised the law implementation efficiency.

close－range photogrammetry；video surveillance；real－time measurement；remote control

1672－8262(2011)02－87－05

P234.1

A

2010—08—30

李琪(1979—)，男，工程师，主要从事测绘技术工作。

精密工程与工业测量国家测绘局重点实验室项目(PF2009－4)