母懋麒

（四川省煤田測繪工程院，四川 成都 610000）

傳統(tǒng)的違建查處方法手段特殊，因為違建具有隱蔽性，同時執(zhí)法人員在執(zhí)法過程中總會出現(xiàn)各種阻礙執(zhí)法的行為，導(dǎo)致城市違建取證困難重重。由于不能及時予以制止，導(dǎo)致安全問題頻頻發(fā)生。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提升了調(diào)查取證的效率。無人機傾斜攝影技術(shù)的使用，可以清楚的獲悉違建建筑的三維實景攝像，通過對建筑物攝影圖片進行整合和分析，精準(zhǔn)判斷其是否為違建，并且將違建的位置、面積和結(jié)構(gòu)等信息顯示出來。

1 無人機傾斜攝影技術(shù)

1.1 無人機遙感技術(shù)

三維建模中采用攝影測量技術(shù)是最為常見的方法，攝影測量具有相對精準(zhǔn)的特點，通過對信息數(shù)據(jù)進行分析可以實現(xiàn)較好的建模效果[1]。但是在攝影測量的時候，往往會因為飛機和衛(wèi)星的傳感器與地面呈垂直狀態(tài)，會被攝影的空間和航高所約束，在獲取頂部紋理信息和建筑物高度信息的時候，難以符合數(shù)字城市建模三維數(shù)據(jù)要求。

數(shù)據(jù)信息采集的基本方案設(shè)計大約包括5個步驟，分別是無人機準(zhǔn)備階段、采集數(shù)據(jù)信息的階段、數(shù)據(jù)信息處理階段、數(shù)據(jù)信息分析階段以及提交數(shù)據(jù)成果階段。在準(zhǔn)備工作中，需要做好對相關(guān)資料的儲備以及對所使用的測量設(shè)備進行校準(zhǔn)，保證設(shè)備捕獲的信息數(shù)據(jù)具有較高的精準(zhǔn)度。數(shù)據(jù)處理階段也可以將其詳細地劃分成4個步驟，分別是獲取的數(shù)據(jù)信息進行導(dǎo)入，對空三加密，另外還需要同時重建模型，將最終處理的結(jié)果輸送出來。

1.2 傾斜攝影技術(shù)

無人機傾斜技術(shù)的研究發(fā)展加快了人們研究和認識自然的過程，結(jié)合自然物體與人們的認識，為人類帶來新的感知。近些年來，國際測繪領(lǐng)域興起了傾斜攝影技術(shù)，并成為一項高新技術(shù)，避免了傳統(tǒng)的垂直角度拍攝的弊端。通過將多臺傳感器搭載到同一個飛行器上，實現(xiàn)多個角度影像的采集。傾斜攝影技術(shù)的引入使人們可以更加精準(zhǔn)、清晰地對復(fù)雜的場景進行全面感知。借助高效的采集數(shù)據(jù)設(shè)備實現(xiàn)對物體的數(shù)據(jù)信息采集，為測繪的精準(zhǔn)度以及數(shù)據(jù)信息的真實性提供保障。傾斜攝影中并沒有完全核心的部分，在收發(fā)數(shù)據(jù)信息的時候，通過無人機實現(xiàn)。融合信息技術(shù)、分析技術(shù)與傾斜攝影技術(shù)可以形成無人機高效傳導(dǎo)技術(shù)，通過這項技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)收集移動物體的溫度、速度和方向等信息[1]。

2 基于無人機傾斜攝影技術(shù)的違建監(jiān)測取證系統(tǒng)

無人機城市建筑監(jiān)測系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)是利用傾斜攝影技術(shù)展開測量活動，飛行平臺依賴六旋翼無人機，傳感器選擇五鏡頭攝像機，該款攝像機能夠在無人機飛行過的區(qū)域動態(tài)地獲取位置和姿態(tài)等多種信息，之后工作人員對收集捕捉的數(shù)據(jù)信息進行處理，構(gòu)件出建筑實景三維立體模型。

2.1 無人機傾斜攝影技術(shù)平臺設(shè)計

在低空領(lǐng)域采用無人機攝影需要保證無人飛行器具備良好的穩(wěn)定性和良好的場地起降能力[2]。經(jīng)過綜合分析考量，無人機平臺設(shè)計采用六旋翼無人機較為合適，該款無人機擁有穩(wěn)定的性能和良好的工作效率，六旋翼無人機所具有的飛控系統(tǒng)能夠在第一時間對建筑物的姿態(tài)和位置進行拍攝記錄。綜合來看，六旋翼無人機擁有極佳的可靠性，簡單的操作讓該款無人機備受青睞，同時對于起飛場地和著陸場地的要求也較低。通過與測量城市低領(lǐng)域航空的基本要求相結(jié)合，六旋翼無人機飛行器的性能基本上滿足以下8個指標(biāo)。1）具有超過2 kg的人物載重量。2）飛行器的上升距離超過800 m。3）飛行器的控制半徑要超過800 m。4）飛行器的懸停高度要滿足水平方向±2m，垂直方向±1m。5）飛行器包括手控飛行和自主飛行2種飛行方式。6）飛行器能夠在溫度為-10℃～+40℃的環(huán)境下使用。7）飛行器能夠抵抗5級以上的風(fēng)力影響。8）續(xù)航時間超過30 min。

2.2 無人機傾斜攝影技術(shù)監(jiān)測基礎(chǔ)設(shè)施

2.2.1 無人機傾斜攝影技術(shù)傳感器設(shè)計

為了科學(xué)合理地建立起違建建筑物的三維模型，低空航空攝影傳感器需要從多個方向獲取目標(biāo)地建筑物的實際影像信息數(shù)據(jù)，獲取信息的方向包括建筑物4個側(cè)面方向以及頂部方向。為了提升傳感器獲取的建筑物信息的可使用性，最好的方法是將攝影設(shè)備的傾斜角度設(shè)置為45°。根據(jù)行業(yè)所指定的《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》（CH/Z/3003—2010），攝影的時候采用低航空攝影技術(shù)，能夠使獲取的圖像的清晰度更高，保證圖像層次分明，色差適中，影像資料沒有缺陷，色彩柔和?；谶@些要求，在無人機傾斜攝影系統(tǒng)中使用的傳感器為質(zhì)量較輕的航空器外掛攝影吊墜云臺，為了確保系統(tǒng)穩(wěn)定，在一開始便將相機與其設(shè)計為一體，將傾斜角度設(shè)計為最小，相機的質(zhì)量要控制在2 kg以下。相機的像素數(shù)沒有超過2 000萬，像元的物理尺寸應(yīng)該保持在2.4 μm甚至以上[2]。

2.2.2 無人機傾斜攝影技術(shù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

法國Acute3D公司研究出一套基于軟件，命名為Smart3D Capture，這套軟件是以圖形運算模塊的快速三維場景運作作為基礎(chǔ)，整個運行過程全自動開展，僅以連續(xù)的二維影像就能夠?qū)⒆顬樵嫉南袼胤直媛蕦嵕澳Ｐ瓦€原出來。對于拍攝照片也具有較少的限制要求，同時在處理信息數(shù)據(jù)的時候具有較高的效率和較高的伸縮性。如果沒有其他需求，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能夠在數(shù)分鐘或者是數(shù)小時內(nèi)完成對所有原始數(shù)據(jù)的接收工作，同時可以直接對接收的數(shù)據(jù)進行還原操作，使其成為具有連續(xù)性的真實三維模型，無論是大型數(shù)據(jù)還是小型數(shù)據(jù)，全部可以對其進行還原，得到與真實情況最為接近的模型，如圖1所示。

2.2.3 無人機傾斜攝影技術(shù)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)是正射影像圖、點云數(shù)據(jù)、實景三維數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)與房屋和地籍等空間數(shù)據(jù)相結(jié)合，對其展開綜合分析，通過對變化情況的監(jiān)測、地籍情況的核查、房屋建筑情況的監(jiān)測、分析整理數(shù)據(jù)等4個模塊，實現(xiàn)對建筑物信息的構(gòu)建，核對建筑工程是否為違章建筑，如圖2所示。

通過利用上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其在抓拍城市違建工作中發(fā)揮積極作用。該項目通過將傳統(tǒng)的建模技術(shù)與無人機傾斜攝影測量技術(shù)相結(jié)合，及時捕獲違規(guī)建筑物的高清序列影像，解決了實景模型細節(jié)補充以及精細建模等多種問題，對采集數(shù)據(jù)的手段進行了豐富，與當(dāng)前數(shù)據(jù)信息采集的精準(zhǔn)度要求相吻合。

圖1 業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)處理流程圖

3 無人機傾斜攝影技術(shù)變化監(jiān)測方法

3.1 利用數(shù)字正射影像圖監(jiān)測

數(shù)字正射影像圖的基礎(chǔ)技術(shù)是遙感影像或者是航攝像片，掃描數(shù)據(jù)信息以后，獲得影像數(shù)據(jù)的時間，利用微分糾正、輻射糾正以及鑲嵌等方式進行數(shù)據(jù)信息處理，影像數(shù)據(jù)形成是需要根據(jù)原有的圖像所涉及的范圍進行裁剪的，通過線畫、符號、內(nèi)外圖廓將地形要素的相關(guān)信息添加到影像平面上，從而形成借助柵格形式進行信息儲存的影像數(shù)據(jù)庫。數(shù)字正射影像圖監(jiān)測具有豐富的信息和較高的精準(zhǔn)度，除此之外，其逼真直觀的特點和強現(xiàn)實性也使得正射影像圖監(jiān)測成為可以提供良好數(shù)據(jù)和更新的手段。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 利用數(shù)字表面模型監(jiān)測

數(shù)字表面模型是模擬地物表面，通過對房屋的表面以及植被表面等信息進行處理加工，形成數(shù)字地形模型。數(shù)字表面模型監(jiān)測能夠?qū)⒌孛嫫鸱鼱顩r更為真實的表達出來，逐漸被應(yīng)用在更加廣闊的領(lǐng)域。通過該項技術(shù)，可以使無人機在飛行的時候避開障礙物，低空飛行。

3.3 外業(yè)核查與實地補充舉證監(jiān)測

航攝傾斜攝影技術(shù)可以為后期構(gòu)建以圖像為基礎(chǔ)的自動化模型提供條件，該項技術(shù)相比于傳統(tǒng)的航空攝影技術(shù)，具有以下3個優(yōu)點。1）可以將多個感光器件安裝在同一個飛行平臺上，并且將感光器件調(diào)整不同的角度，擴大感光范圍，傳感器的布置選擇傾斜角度和垂直角度2個方向，以此來更為全面地獲得立體圖像信息，與機器本身所攜帶的精準(zhǔn)度較高的導(dǎo)航衛(wèi)星接收器以及測量慣性的部件互相配合，在計算航攝儀器所拍攝的絕對位置時，可以運用地理參考直接獲取，可以有效避免傳統(tǒng)的測量方式復(fù)雜的后期操作，這種測量方法可以實現(xiàn)較少的人工干預(yù)，提高自動化程度，可以最大限度地提高三維模型的生產(chǎn)效率。2） 傾斜攝影測量技術(shù)將傳統(tǒng)的測距技術(shù)和航空攝影技術(shù)進行整合，通過及時獲取建筑物影像并且及時得到結(jié)果，從而滿足人的視覺系統(tǒng)對于周圍客觀世界的直觀認識。通過將垂直角度拍攝的照片和傾斜角度拍攝的照片相結(jié)合，獲取地面建筑的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，讓結(jié)果與人類的感知相吻合。3）采用傾斜攝影技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)直接測量單張相片，可以提供多種直接測量手段，比如高度測量、距離測量、面積測量和體積測量。

在某省某村莊使用該系統(tǒng)監(jiān)測一塊面積為2 km2的建筑用地，對監(jiān)測的建筑用地進行建模和數(shù)據(jù)處理，利用數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)快速確定了23塊土地，對大約為2 400 m2的疑似為違章建筑的位置信息和建筑物信息進行明確，使得原先需要為期一周的工作時間縮短到3 d。

通過使用無人機傾斜攝影測量技術(shù)，獲取航空影像，在短時間內(nèi)獲取數(shù)據(jù)信息，在對拍攝的多幅影像進行處理時，要建立起實景三維模型，通過使用該項技術(shù)，能夠在很大程度上減少人工的投入，提升城市違建檢查的效率。在對該建筑物進行監(jiān)測的過程中，總共測量了516個監(jiān)測點，392個高程精度監(jiān)測點。監(jiān)測DLG成果平面統(tǒng)計表，見表1和表2。

表1 DLG平面精度統(tǒng)計表

表2 高程精度統(tǒng)計表（m）

4 結(jié)語

借助無人機傾斜攝影測量技術(shù)作為基礎(chǔ)監(jiān)測城市違建具有可行性，通過對違章建筑進行實時實景的三維數(shù)據(jù)采集和建庫，同時根據(jù)數(shù)據(jù)差異在短時間內(nèi)對疑似違章建筑進行處理分析，為城市執(zhí)法人員開展清障工作提供便利。