基于無人機(jī)低空遙感與GIS平臺(tái)的農(nóng)房建設(shè)監(jiān)測(cè)

徐震 林小明

摘要：運(yùn)用無人機(jī)低空遙感技術(shù)對(duì)村莊農(nóng)房定期航測(cè)，運(yùn)用最大似然法對(duì)數(shù)字正射影像（DOM）監(jiān)督分類，識(shí)別提取農(nóng)房建設(shè)點(diǎn)。同時(shí)利用GIS開發(fā)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，比對(duì)建設(shè)點(diǎn)的實(shí)景三維模型與農(nóng)房建設(shè)數(shù)據(jù)庫并鑒別建設(shè)性質(zhì)，識(shí)別未批先建、少批多建、隨意建等違法類型，便于對(duì)合法建設(shè)點(diǎn)的監(jiān)督和對(duì)違建點(diǎn)的拆違處理，實(shí)現(xiàn)農(nóng)房建設(shè)監(jiān)測(cè)的現(xiàn)代、信息化管理。

Abstract： ?In this paper， we use the low-altitude remote sensing technology of UAV to conduct regular aerial surveys on rural houses， and use the maximum likelihood method to supervise and classify the Digital Orthophoto Map （DOM） to identify and extract the rural house construction points. At the same time， the monitoring platform of GIS is used to compare the real-life 3D model of the construction site with the rural house database and identify the nature of the construction， and identify illegal types such as unapproved construction， less batch and more construction， and random construction， so as to facilitate the supervision of legal construction sites. The dismantling and disregard of the illegal construction sites will realize the modern and information management of the monitoring rural house construction.

關(guān)鍵詞：農(nóng)房建設(shè);無人機(jī);低空遙感;傾斜攝影;GIS 監(jiān)測(cè)

Key words： rural house construction;Unmanned Aerial Vehicle;low-altitude remote sensing;oblique photography;GIS monitor

中圖分類號(hào)：P237 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）07-0151-03

0 ?引言

黨的十九大報(bào)告提出實(shí)施“鄉(xiāng)村振興”戰(zhàn)略，“三農(nóng)”問題是全黨工作重中之重，必須堅(jiān)持農(nóng)業(yè)農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展，按照產(chǎn)業(yè)興旺、生態(tài)宜居、鄉(xiāng)風(fēng)文明、治理有效、生活富裕的總要求，建立健全城鄉(xiāng)融合發(fā)展體制機(jī)制和政策體系，加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化。

近年來，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進(jìn)，農(nóng)房建設(shè)與更新面廣量大，但農(nóng)房建設(shè)雜亂無序問題日趨嚴(yán)重，嚴(yán)重制約鄉(xiāng)村的健康發(fā)展[1]。違法占用土地、違反規(guī)劃建設(shè)等行為侵犯了國家的利益，給國家造成不可估量的資源損失，如何科學(xué)、高效地監(jiān)測(cè)農(nóng)房建設(shè)已是目前農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展過程中亟待解決的問題。運(yùn)用無人機(jī)低空遙感技術(shù)快速獲取和鑒別農(nóng)房建設(shè)點(diǎn)，同時(shí)運(yùn)用GIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)房建設(shè)監(jiān)測(cè)的現(xiàn)代化、信息化管理[2，3]，著力構(gòu)建“發(fā)現(xiàn)、鑒別、查處、跟蹤監(jiān)督、存檔”為一體的建設(shè)監(jiān)測(cè)體系。

1 ?農(nóng)房建設(shè)監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

目前，常用的建筑物建設(shè)監(jiān)測(cè)方法主要有衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)、無人機(jī)航攝監(jiān)測(cè)和人工巡查。衛(wèi)星遙感影像的客觀性、準(zhǔn)確性和高時(shí)效性在城市高頻變化監(jiān)測(cè)中發(fā)揮重要輔助作用，但其數(shù)據(jù)獲取較為昂貴、更新周期較長、缺乏良好的機(jī)動(dòng)性，不適用于農(nóng)房布局較為分散、有林木遮擋的鄉(xiāng)村地區(qū)。人工巡查雖然準(zhǔn)確度最高，但其巡查需耗費(fèi)大量人力、物力和財(cái)力且效率低，同樣不適用于地廣人稀的鄉(xiāng)村地區(qū)。隨著近年來無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，無人機(jī)具有性價(jià)比高、對(duì)氣候依賴小、分辨率高、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)勢(shì)，廣泛運(yùn)于各類動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中[4]。

2 ?無人機(jī)低空遙感與GIS的監(jiān)測(cè)方法

2.1 低空遙感與GIS簡介

低空遙感主要以無人機(jī)為飛行平臺(tái)，運(yùn)用飛行平臺(tái)上搭載的遙感設(shè)備對(duì)地面目標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)程感知。無人機(jī)航測(cè)時(shí)傾斜攝影設(shè)備同時(shí)從垂直、傾斜等角度采集影像，獲取地面物體的三維信息，可重建地面物體的三維真實(shí)模型，實(shí)現(xiàn)距離、高度、面積和體積的量算。

GIS是計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、測(cè)量學(xué)和地圖學(xué)等多門學(xué)科的交叉學(xué)科[5]，運(yùn)用GIS作為監(jiān)測(cè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)圖形、模型和文字屬性的交互式查詢、分析與管理，提升監(jiān)測(cè)效率，推進(jìn)農(nóng)房建設(shè)監(jiān)測(cè)現(xiàn)代化、信息化進(jìn)程。

2.2 監(jiān)測(cè)框架

利用無人機(jī)定期航測(cè)村莊農(nóng)房，采集遙感數(shù)據(jù)，生產(chǎn)DOM和實(shí)景三維模型成果。然后對(duì)DOM成果進(jìn)行監(jiān)督分類、比對(duì)并提取農(nóng)房建設(shè)點(diǎn)，同時(shí)利用GIS監(jiān)測(cè)平臺(tái)，比對(duì)建設(shè)點(diǎn)的實(shí)景三維模型與農(nóng)房建設(shè)數(shù)據(jù)庫并鑒別農(nóng)房建設(shè)，對(duì)農(nóng)房建設(shè)點(diǎn)進(jìn)行跟蹤和監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)農(nóng)房建設(shè)的現(xiàn)代化、信息化監(jiān)測(cè)與管理。如圖1為監(jiān)測(cè)框架示意圖。

2.3 無人機(jī)工作流程——前處理

無人機(jī)工作流程主要包括以下幾個(gè)方面：相關(guān)設(shè)備準(zhǔn)備、技術(shù)方案設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)勘查與像控點(diǎn)布置、航線規(guī)劃與參數(shù)設(shè)置、無人機(jī)航測(cè)采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理與解算、DOM與實(shí)景三維模型成果導(dǎo)出。

2.3.1 DOM生產(chǎn)

DOM生產(chǎn)采用Agisoft Photoscan軟件，完成對(duì)影像的數(shù)字糾正、鑲嵌，快速生成DOM。

2.3.2 三維實(shí)景建模

三維實(shí)景建模采用目前比較成熟的Smart3D Capture軟件，對(duì)影像和POS數(shù)據(jù)自動(dòng)匹配空三、構(gòu)建TIN模型、真實(shí)紋理映射等過程完成實(shí)景三維模型的建立。

2.4 GIS平臺(tái)管理——后處理

依據(jù)監(jiān)測(cè)框架需要，完善GIS監(jiān)測(cè)平臺(tái)的后處理流程和設(shè)計(jì)農(nóng)房建設(shè)GIS監(jiān)測(cè)平臺(tái)架構(gòu)。GIS監(jiān)測(cè)平臺(tái)包含四大邏輯層：用戶層、業(yè)務(wù)層與數(shù)據(jù)庫層，分別實(shí)現(xiàn)用戶層面的信息交互、業(yè)務(wù)層面的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)庫層面的數(shù)據(jù)管理。如圖2為GIS監(jiān)測(cè)平臺(tái)的后處理流程圖。

3 ?農(nóng)房建設(shè)監(jiān)測(cè)

3.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)以寶應(yīng)縣楊蔣村為例，楊蔣村位于寶應(yīng)縣小官莊鎮(zhèn)西北，區(qū)域面積5.5km2，耕地面積4350畝，水面200畝?，F(xiàn)有13個(gè)村民小組，總戶數(shù)909戶，總?cè)丝?220人，其中勞動(dòng)力1680人。2015年，居民人均可支配收入18500元，實(shí)現(xiàn)村集體經(jīng)營性收入28萬元。楊蔣村于2016年在揚(yáng)州市國土資源局的幫扶下啟動(dòng)了“田園鄉(xiāng)村”綜合體規(guī)劃項(xiàng)目，逐步推進(jìn)鄉(xiāng)村振興。

3.2 圖斑變化提取

運(yùn)用最大似然法對(duì)正射影像（DOM）進(jìn)行監(jiān)督分類，提取農(nóng)房圖斑。將農(nóng)房圖斑與前一時(shí)段的農(nóng)房圖斑進(jìn)行對(duì)比分析，提取農(nóng)房建設(shè)點(diǎn)，制作農(nóng)房建設(shè)點(diǎn)分布圖。如圖3為農(nóng)房提取結(jié)果，如圖4為農(nóng)房建設(shè)點(diǎn)分布圖。

3.3 三維實(shí)景鑒別

農(nóng)房建設(shè)點(diǎn)包括了合法與非法的建設(shè)點(diǎn)，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其篩選與分類，對(duì)合法的建設(shè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)督;對(duì)非法的建設(shè)點(diǎn)進(jìn)行深入核查與取證，為下一步的拆違做好基礎(chǔ)工作。如圖5為農(nóng)房篩選鑒別邏輯圖。

將農(nóng)房建設(shè)點(diǎn)的三維模型與GIS平臺(tái)的農(nóng)房建設(shè)數(shù)據(jù)庫（農(nóng)房建設(shè)規(guī)劃數(shù)據(jù)庫、農(nóng)房土地利用數(shù)據(jù)庫、農(nóng)房建設(shè)審批數(shù)據(jù)庫等）匹配，賦予三維模型建筑單體相關(guān)屬性信息，根據(jù)建設(shè)現(xiàn)狀與屬性信息比對(duì)，對(duì)建設(shè)點(diǎn)篩選分類后存入數(shù)據(jù)庫。如圖6為建設(shè)點(diǎn)實(shí)景三維模型，如圖7為建設(shè)點(diǎn)農(nóng)房信息展示界面。

3.4 全程跟蹤監(jiān)督

監(jiān)管人員實(shí)地調(diào)查農(nóng)房違建點(diǎn)并下達(dá)違建拆除通知和處罰通知，完善違章建設(shè)數(shù)據(jù)庫信息，做好拆違準(zhǔn)備工作。

定期使用無人機(jī)航測(cè)拆違點(diǎn)，跟蹤農(nóng)房拆違進(jìn)度;同時(shí)對(duì)合法建設(shè)的農(nóng)房進(jìn)行監(jiān)督，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并制止違建行為，營造良好的農(nóng)房建設(shè)環(huán)境，助力農(nóng)房建設(shè)健康發(fā)展。

3.5 成果歸檔入庫

為了便于數(shù)據(jù)高效共享與多元化利用，將定期航測(cè)的農(nóng)房數(shù)據(jù)存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，并定期對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)，為部門決策提供參考。

4 ?小結(jié)與展望

無人機(jī)技術(shù)解決了農(nóng)房建設(shè)信息采集困難的問題，無人機(jī)的高分辨率和高時(shí)效性彌補(bǔ)了傳統(tǒng)影像技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)農(nóng)房建設(shè)信息采集的常態(tài)化與高效化。同時(shí)，通過傾斜攝影技術(shù)構(gòu)建農(nóng)房三維模型，全面形象化展現(xiàn)農(nóng)房的建設(shè)現(xiàn)狀，為快速化、準(zhǔn)確化界別農(nóng)房的建設(shè)提供技術(shù)支持，簡化監(jiān)管人員現(xiàn)場(chǎng)核查的繁瑣流程，提升工作效率。運(yùn)用GIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了農(nóng)房建設(shè)數(shù)據(jù)的高效處理與科學(xué)管理，同時(shí)便于數(shù)據(jù)的分類存儲(chǔ)、查閱、交換與共享。此外，實(shí)景三維模型可為村莊規(guī)劃、村莊環(huán)境整治、土地確權(quán)、村莊格局研究、古建保護(hù)等提供數(shù)據(jù)支持，逐步推進(jìn)“智慧鄉(xiāng)村”建設(shè)。

作為近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)高新測(cè)繪技術(shù)，仍有些方面存在不足：例如農(nóng)房分布比較密集以及樹木遮擋等問題導(dǎo)致農(nóng)房影像信息缺失，影響三維建模成果質(zhì)量，需要人工進(jìn)行修補(bǔ)，無疑增加了監(jiān)測(cè)工作的任務(wù)量，但隨著測(cè)繪技術(shù)的不斷發(fā)展，這些問題將會(huì)得到改善，更好地為鄉(xiāng)村建設(shè)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

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