基于无人机摄影测量的建筑违章信息采集研究

陈万卫

摘  要：传统违章建筑信息采集，主要通過执法人员实地巡逻勘察和群众举报发现，时效性差。该文提出采用现代遥感影像和三维模型数据对违章建筑探索提高效率，缩短时间减少人工投入，提供违章建筑信息及证据，为消除台账做准备。高清遥感影像空间分辨率高，能满足基础测绘的精度要求、地面建设用地易辨识，通过两期遥感影像数据对比，直观看出建设用地变化，筛选出违章建筑，计算违章建筑面积。结果表明，无人机获取倾斜模型在取证阶段，对遮挡少的违章建筑取证效果好，并提高了数据准确度。

关键词：无人机  倾斜摄影测量  违章建筑  数据库

中图分类号：P258                            文献标识码：A文章编号：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

无人机航测能够高效快速获取高分辨率航空影像及倾斜摄影测量数据。由于其具有反应灵敏、高效率、定位准确、拍照清晰、作业成本低、运用范围广的特点，可在违章建筑探测外业调查取证中发挥重要作用[1]。

违章建筑探测是内、外业一体的测量调查工作，测绘内业与外业需紧密配合，包括资料收集、权利人调查、土地规划、建筑物拆除反馈销账等内容，将实景三维技术应用于违章建筑探测中，能够解决项目问题，已成为测绘行业应用的发展趋势和主流。

倾斜摄影涉及的关键技术主要包括影像预处理、多视影像联合平差、多视影像密集匹配、数字表面模型生成和真正射影像纠正等。

1  获取违章建筑流程

无人机倾斜三维模型参与违章建筑的获取方法分为相关资料收集、建筑判别和生成违章建筑数据库处理3个步骤，具体如图1所示。

1.1 资料收集

在传统土地登记信息、房产登记信息、土地详细规划资料的基础上，增加收集当下测区范围内无人机二三维影像图。通过具有时效性且为电子矢量版的合法建筑物相关信息与纸质资料配合可以获取更多有用的信息，帮助审核判断，减少工作量加快工作效率[2]。

1.2 建筑判别

数字表面模型（DSM）与数字正射影像图（DOM）相结合，并加载房地一体不动产权籍测绘数据、宅基地审批数据、城镇规划数据、房屋测算数据等图层，将影像内的建筑物格网化分片管理，判别建筑物是否合法[3]。

在影像上可直接发现不在合法用地范围内的违章建筑，对数据进行分析提取违章建筑，同时对合法建筑进行检查标注，避免建筑物多次判别。这种类似于人工巡视发现违章建筑的方法，在内业完成违章建筑物的矢量数据采集（包含平面、高程），同时在三维影像上可以截取违章建筑取证图片，减少实地核查取证工作。配合相关确权资料确定违法建筑权利责任人，为后续违章建筑拆除工作，提供便利。在提取违章建筑阶段，可添加其属性信息，如权利责任人、面积、违章建筑类型、建筑材料等;对不确定建筑是否为违章建筑进行标记记录，根据已有资料判断是否在资料产证上有缺失，是否进行后续证据收集和取证。

1.3 生成违章建筑数据库

根据违章建筑物分布情况、属性特征、现在状态信息，在已有图斑基础上，建立违章建筑属性结构描述表。违章建筑数据应用于其他数据分析软件，对数据库使违章建筑便于管理，使得每个变化的图斑都可查可管，并可与之前数据对比分析违章建筑类型、分布特征变化，对今后制定整治方案提供侧重点要求[4]。

与传统违章建筑探测作业方式比较，二维和三维影像联动在资料收集、建筑判别阶段就对建筑是否合法做出判断，并直接实现调查取证，减少外业勘察测绘工作，大大缩短处理时间，提高违章建筑的判断准确度。

违章建筑信息数据库包含无人机倾斜摄影测量二三维影像数据、违章建筑取证截取信息图片、违章建筑图斑属性数据。

2  三维采集违章建筑信息

2.1 采集软件

EPS 三维测图系统提供基于正射影像（DOM）、实景三维模型（osgb）、点云数据（机载Lidar、车载、地面激光扫描、无人机等）二三维采集编辑工具，可实现基于正射影像DOM和实景表面模型的垂直摄影三维测图;基于倾斜摄影生成的实景三维模型的倾斜摄影三维测图;基于各种机载Lidar、车载、地面激光扫描、无人机等点云数据的点云三维测图以及基于倾斜摄影生成的实景三维模型的虚拟现实立体测图，系统支持大数据浏览以及高效采编库一体化的三维测图，直接对接不动产、地理国情等专业应用解决方案[5]。

2.2 采集违章建筑物的优势

实验以一小区为例，位于广州市某小区，此小区内违章建筑分布在小区地面和小区楼房屋顶，且分布在小区地面的违章建筑都为独立违章建筑，屋顶的违章建筑为关联违章建筑，违章建筑屋顶材料都为彩钢棚，在楼房建筑中可明显辨识。此测区选用大疆精灵 4P对村庄进行航摄，影像分辨率为0.018 m，此小区共有违章建筑17处，地面独立违章建筑9处，房顶违章建筑8处。

在违章建筑提取中，三维提取违章建筑的优势具体如下。

（1）在使用EPS软件中，可叠加相关能判别建筑物信息的数据资料，方便读取判断。该章节方法采集违章建筑物信息包含二维数据信息（如位置、面积）、三维影像数据信息（如体积），对违章建筑辅助信息（违章建筑物类型、建筑材料、建筑物权利责任人等）进行统计归类，便于后续拆除工作[6]。

（2）在二维影像上采集建筑物占地面积受房檐影响大，而在三维影像上进行违章建筑采集可在房檐下进行绘制，面积影响小（见图2）。

（3）对于该小区违章建筑取证环节，楼顶违章建筑的取证相对较为容易，而地面违章建筑由于高楼遮挡取证相对困难（见图3），而村庄内无高楼影响地面违章建筑取证效果更佳。

随机选取含村庄一定范围，保证村庄与小区的违章建筑物数量相近，检验违章建筑物取证的合格率。根据表1中数据可以看出，在违章建筑取证方面，楼房小区内屋顶违章建筑取证结果相对较好，地面违章建筑取证结果相对较弱。

小区住宅建筑物为7层，无人机航拍对地面建筑拍摄特征照片不明显，三维影像失真较多;而在村庄，建筑最多为3层，单层层高3 m，最多为3层，最高达10 m;且3层建筑较少，多数为单层建筑，建筑物遮挡较少，航拍照片更加清晰。村落地面违章建筑，虽取证结果合格度较高，但村落房屋距离较近，违章建筑也会被房屋遮挡影响取证。

在小区内，采用此方法获取的违章建筑形状准确度在99.85%，位置准确度在100%，综合准确度 99.92%。形状准确度比二维影像提取违章建筑中高 7%，由二三维联动提取违章建筑物矢量数据误差较小，三维数据参与采集提高了数据的准确度。

3  结语

该文介绍无人机倾斜摄影测量在航飞中的要求，在仪器飞行前，获取影像分辨率的要求，影响提取违章建筑影像分辨率的航飞时间要求、无人机为获取满足分辨率要求的各项参数设置，以及为保证航飞正常进行起飞前检查、航空摄影和起飞后检查点。无人机航飞获取航飞照片，经过专业软件进行运算处理，输出精度满足要求的二维和三维影像数据。结合无人机的数据与现有规划数据和权籍数据现配合，在EPS软件上可直接获取违章建筑。最终发现无人机获取倾斜模型在取证阶段，对遮挡少的违章建筑取证效果好，并提高了数据准确度。

参考文献

[1] 丁波.消费级无人机倾斜摄影空中三角測量及三维模型精度分析[D].北京建筑大学，2020.

[2] 曹强.无人机倾斜摄影测量在农村不动产登记中的作业方法[J].北京测绘，2021，35（3）：326-330.

[3] 杜芙蓉.基于无人机倾斜摄影测量的违章建筑探测技术研究[D].西安科技大学，2020.

[4] 韩晋榕.无人机低空摄影测量在城市测绘保障中的应用前景[J].华北自然资源，2021（2）：62-63.

[5] 吴熠文.基于无人机倾斜摄影测量的建（构）筑物三维形貌测量技术[D].湖南大学，2019.

[6] 刘旭.无人机倾斜摄影测量在农村不动产权籍调查中的应用[J].测绘与空间地理信息，2021，44（1）：200-203.