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        無人機遙感影像在城市“兩違”動態(tài)監(jiān)測中的應用

        2021-12-28 10:38:34羅飛
        重慶建筑 2021年12期
        關(guān)鍵詞:底圖圖斑福州市

        羅飛

        (福州市勘測院,福建福州 350003)

        0 引言

        隨著我國城市化進程的快速推進,城市發(fā)展日新月異,違法用地、違法建設的“兩違”行為也伴隨而生?!皟蛇`”建筑和城市規(guī)劃格格不入,還往往因突擊而建存在嚴重安全隱患,無疑是城市發(fā)展過程中的一大問題?!皟蛇`”建筑成為了城市發(fā)展的一道難題,阻礙了城市的良性發(fā)展,“兩違”建設監(jiān)測則是控制“兩違”行為的有效手段。傳統(tǒng)監(jiān)測方法依賴于人工實地巡查,存在滯后、覆蓋不全面的問題,因此需要利用數(shù)字化手段,及時、高頻發(fā)現(xiàn)城市中的“兩違”建設問題,快速獲取“兩違”建筑位置和面積等方面信息,從而達到早發(fā)現(xiàn)、早制止、早查處的目的。

        高分辨率遙感技術(shù)具有高空間分辨率、全天候及全方位等技術(shù)特點[1],適合大范圍、遠距離等各種變化的監(jiān)測分析,可為“兩違”執(zhí)法工作提供實時詳盡的高分辨工作底圖。傳統(tǒng)的數(shù)碼航攝是獲取高分辨率遙感影像的有效途徑,但存在數(shù)據(jù)獲取費用高、周期長、缺乏機動靈活性等問題,無法適用于短期、高頻的動態(tài)監(jiān)測。

        近年來,無人機低空航空攝影發(fā)展迅猛,以其快速響應、作業(yè)成本低、天氣場地要求不高、機動性強等優(yōu)勢,彌補了傳統(tǒng)航攝方式效率低、獲取周期長等不足,可實現(xiàn)快速靈活獲取高分辨率影像數(shù)據(jù)并生成實時測繪地理信息[2-4],及時提供可靠、實時、直觀的二維或三維影像圖,十分適合用于城市地表變化尤其是“兩違”建設的動態(tài)監(jiān)測。

        本文以福州市高新區(qū)開展的“兩違”動態(tài)監(jiān)測為例,闡述通過無人機獲取多時相高分辨率遙感影像,并對其加以遙感處理分析,采取網(wǎng)格化人工目視解譯,對高新區(qū)“兩違”變化進行多時相、高頻動態(tài)監(jiān)測,可突破“違”局。

        1 高新區(qū)“兩違”動態(tài)監(jiān)測應用

        1.1 案例概況

        福州市高新區(qū)總面積約193km2,“兩違”監(jiān)測區(qū)域主要包括建成區(qū)及平原地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)村莊,涉及航拍面積約80km2,每個季度采用無人機航拍一次。

        1.2 無人機平臺

        本項目采用的大疆Phantom 4 RTK無人機是一款小型四旋翼高精度航測無人機,其具備厘米級高精度RTK導航定位系統(tǒng)和高性能成像系統(tǒng),能大幅度減少傳統(tǒng)航測中所需的地面控制點,簡化作業(yè)流程(表1)。Phantom 4 RTK無人機系統(tǒng)具有機身尺寸小、重量輕、操作性強等特點,其垂直起降方式受空域限制小,同時它還具有視覺避障、智能返航等功能,多個作業(yè)小組可同時作業(yè),可提升航測效率與精度,降低作業(yè)難度和成本。無人機搭配型號為FC6310R的高精度數(shù)碼航攝儀,該航攝儀具有影像高清、畸變小、高分辨率和均質(zhì)的鏡頭系統(tǒng)等特點,同時相機帶有陀螺平臺的鏡頭座架,飛行控制系統(tǒng)能夠自動保持相機在工作中的正確姿態(tài),實時控制航攝飛行質(zhì)量。

        表1 無人機參數(shù)

        1.3 “兩違”圖斑提取與分析

        (1)原始影像獲取

        根據(jù)航攝范圍及實際地形地貌采用大疆的飛控進行航飛設計,航向重疊度為80%,旁向重疊度為70%。選擇較好的航飛天氣實施航攝,飛行高度控制在300m,獲取地面分辨率優(yōu)于0.2m的數(shù)碼航攝影像,具體拍攝時間為3月底、6月底、9月底、12月底(圖1)。

        圖1 無人機數(shù)碼航攝DOM樣圖

        (2)工作底圖生產(chǎn)

        控制測量:充分利用已有的控制資料,對不足的區(qū)域采用FZCORS進行外業(yè)像控測量。

        POS數(shù)據(jù)處理:對外業(yè)航拍得到的相片和POS數(shù)據(jù)進行預處理,通過DJI Terra軟件將其進行數(shù)據(jù)融合,并通過控制點對數(shù)據(jù)進行校正,生成帶位置與姿態(tài)信息的影像和后續(xù)處理工程文件。

        正射影像生產(chǎn):采用POS數(shù)據(jù)、相機文件、控制資料輔助空中三角測量解算方式,使用DJI Terra專業(yè)航攝處理軟件,生產(chǎn)高新區(qū)高精度二維正射影像。

        (3)疑似“兩違”圖斑提取

        采用前后相鄰的兩期工作底圖,先利用人工智能算法自動檢測初始圖斑,然后利用影像的紋理信息進行網(wǎng)格化(1km×1km)人工目視解譯獲得篩選錯檢及漏檢圖斑,提取“兩違”圖斑的面積、位置、違建類型等信息,最后經(jīng)綜合處理形成“兩違”疑似圖斑結(jié)果并輸出各村鎮(zhèn)“兩違”專題圖表供實地核查(圖2、圖3、圖4)。高新區(qū)疑似“兩違”圖斑分為四類,包括新增民房、新增棚房、拆除房屋和硬化地表(如駕校新增硬化地,農(nóng)田變?yōu)閴災?、固化地等),最小上圖面積為20m2。

        圖2 自動變化檢測

        圖3 疑似“兩違”圖斑

        圖4 2017—2019年“兩違”圖斑分布圖

        1.4 “兩違”圖斑信息化管理

        (1)數(shù)據(jù)庫建設

        基于ArcGIS空間數(shù)據(jù)庫技術(shù),構(gòu)建福州市高新區(qū)“兩違”遙感監(jiān)測疑似圖斑數(shù)據(jù)庫,主要包含基礎地理數(shù)據(jù)庫和“兩違”疑似圖斑庫兩個子庫?;A地理數(shù)據(jù)庫用于存儲各種類型工作底圖及行政界線數(shù)據(jù),“兩違”疑似圖斑庫記錄圖斑的空間位置、建設狀態(tài)、管控狀態(tài)、審批狀態(tài)、占地面積等信息。

        (2)建設“兩違”地理信息平臺

        基于ArcGIS一整套解決方案把原有的獨立分散的數(shù)據(jù)整合在一起,建立“兩違”數(shù)據(jù)庫,并通過WebGIS技術(shù)把數(shù)據(jù)發(fā)布到服務器上建立“一張圖”系統(tǒng)(圖5、圖6),用戶可以方便地通過瀏覽器訪問本系統(tǒng),達到數(shù)據(jù)統(tǒng)一發(fā)布的效果,統(tǒng)一管理多用戶同時使其可訪問最新最全的“兩違”數(shù)據(jù);通過地圖展示比對模塊,用戶可以清晰明了地查看到不同區(qū)域、不同年份、不同季度疑似“兩違”建筑圖斑數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊清晰展示出不同階段、不同村鎮(zhèn)的“兩違”統(tǒng)計數(shù)據(jù),可為決策部門提供更加精準的決策數(shù)據(jù)。

        圖5 登陸界面

        圖6 “兩違”圖斑管理

        2 結(jié)論

        福州市高新區(qū)“兩違”項目監(jiān)測從2017年5月至今共開展16期,共計發(fā)現(xiàn)變化圖斑約2800個(含審批建設項目變化圖斑)。經(jīng)區(qū)執(zhí)法部門現(xiàn)場逐一核對,確認違章建筑準確率達到98.6%,為高新區(qū)“兩違”建筑拆除提供了精準數(shù)據(jù)。在這場零容忍“兩違”整治行動中,無人機航空攝影技術(shù)應用于“兩違”工作的有效性、便捷性得到了很好驗證,在監(jiān)測中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。通過無人機高頻次、多時相航攝與底圖生產(chǎn),“兩違”圖斑網(wǎng)格化解譯提取并建立數(shù)據(jù)庫和管理平臺,實現(xiàn)了“兩違”圖斑監(jiān)測、管理全周期控制,為早發(fā)現(xiàn)、早制止、早查處“兩違”行為提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。該方法具有良好的可操作性、科學性,可為相關(guān)工作的開展提供一定參考。

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