基于無人機低空遙感與GIS平臺的農房建設監測

徐震 林小明

摘要：運用無人機低空遙感技術對村莊農房定期航測，運用最大似然法對數字正射影像（DOM）監督分類，識別提取農房建設點。同時利用GIS開發監測平臺，比對建設點的實景三維模型與農房建設數據庫并鑒別建設性質，識別未批先建、少批多建、隨意建等違法類型，便于對合法建設點的監督和對違建點的拆違處理，實現農房建設監測的現代、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.

關鍵詞：農房建設;無人機;低空遙感;傾斜攝影;GIS 監測

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

中圖分類號：P237 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）07-0151-03

0 ?引言

黨的十九大報告提出實施“鄉村振興”戰略，“三農”問題是全黨工作重中之重，必須堅持農業農村優先發展，按照產業興旺、生態宜居、鄉風文明、治理有效、生活富裕的總要求，建立健全城鄉融合發展體制機制和政策體系，加快推進農業農村現代化。

近年來，隨著農村經濟的快速發展和城鎮化建設的不斷推進，農房建設與更新面廣量大，但農房建設雜亂無序問題日趨嚴重，嚴重制約鄉村的健康發展[1]。違法占用土地、違反規劃建設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、高效地監測農房建設已是目前農村可持續發展過程中亟待解決的問題。運用無人機低空遙感技術快速獲取和鑒別農房建設點，同時運用GIS平臺實現農房建設監測的現代化、信息化管理[2，3]，著力構建“發現、鑒別、查處、跟蹤監督、存檔”為一體的建設監測體系。

1 ?農房建設監測現狀

目前，常用的建筑物建設監測方法主要有衛星遙感監測、無人機航攝監測和人工巡查。衛星遙感影像的客觀性、準確性和高時效性在城市高頻變化監測中發揮重要輔助作用，但其數據獲取較為昂貴、更新周期較長、缺乏良好的機動性，不適用于農房布局較為分散、有林木遮擋的鄉村地區。人工巡查雖然準確度最高，但其巡查需耗費大量人力、物力和財力且效率低，同樣不適用于地廣人稀的鄉村地區。隨著近年來無人機技術的快速發展，無人機具有性價比高、對氣候依賴小、分辨率高、機動靈活等優勢，廣泛運于各類動態監測中[4]。

2 ?無人機低空遙感與GIS的監測方法

2.1 低空遙感與GIS簡介

低空遙感主要以無人機為飛行平臺，運用飛行平臺上搭載的遙感設備對地面目標進行遠程感知。無人機航測時傾斜攝影設備同時從垂直、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模型，實現距離、高度、面積和體積的量算。

GIS是計算機科學、地理學、測量學和地圖學等多門學科的交叉學科[5]，運用GIS作為監測平臺實現圖形、模型和文字屬性的交互式查詢、分析與管理，提升監測效率，推進農房建設監測現代化、信息化進程。

2.2 監測框架

利用無人機定期航測村莊農房，采集遙感數據，生產DOM和實景三維模型成果。然后對DOM成果進行監督分類、比對并提取農房建設點，同時利用GIS監測平臺，比對建設點的實景三維模型與農房建設數據庫并鑒別農房建設，對農房建設點進行跟蹤和監督，實現農房建設的現代化、信息化監測與管理。如圖1為監測框架示意圖。

2.3 無人機工作流程——前處理

無人機工作流程主要包括以下幾個方面：相關設備準備、技術方案設計、現場勘查與像控點布置、航線規劃與參數設置、無人機航測采集數據、數據處理與解算、DOM與實景三維模型成果導出。

2.3.1 DOM生產

DOM生產采用Agisoft Photoscan軟件，完成對影像的數字糾正、鑲嵌，快速生成DOM。

2.3.2 三維實景建模

三維實景建模采用目前比較成熟的Smart3D Capture軟件，對影像和POS數據自動匹配空三、構建TIN模型、真實紋理映射等過程完成實景三維模型的建立。

2.4 GIS平臺管理——后處理

依據監測框架需要，完善GIS監測平臺的后處理流程和設計農房建設GIS監測平臺架構。GIS監測平臺包含四大邏輯層：用戶層、業務層與數據庫層，分別實現用戶層面的信息交互、業務層面的數據處理和數據庫層面的數據管理。如圖2為GIS監測平臺的后處理流程圖。

3 ?農房建設監測

3.1 研究區概況

研究區以寶應縣楊蔣村為例，楊蔣村位于寶應縣小官莊鎮西北，區域面積5.5km2，耕地面積4350畝，水面200畝。現有13個村民小組，總戶數909戶，總人口3220人，其中勞動力1680人。2015年，居民人均可支配收入18500元，實現村集體經營性收入28萬元。楊蔣村于2016年在揚州市國土資源局的幫扶下啟動了“田園鄉村”綜合體規劃項目，逐步推進鄉村振興。

3.2 圖斑變化提取

運用最大似然法對正射影像（DOM）進行監督分類，提取農房圖斑。將農房圖斑與前一時段的農房圖斑進行對比分析，提取農房建設點，制作農房建設點分布圖。如圖3為農房提取結果，如圖4為農房建設點分布圖。

3.3 三維實景鑒別

農房建設點包括了合法與非法的建設點，需要根據實際情況對其篩選與分類，對合法的建設點進行監督;對非法的建設點進行深入核查與取證，為下一步的拆違做好基礎工作。如圖5為農房篩選鑒別邏輯圖。

將農房建設點的三維模型與GIS平臺的農房建設數據庫（農房建設規劃數據庫、農房土地利用數據庫、農房建設審批數據庫等）匹配，賦予三維模型建筑單體相關屬性信息，根據建設現狀與屬性信息比對，對建設點篩選分類后存入數據庫。如圖6為建設點實景三維模型，如圖7為建設點農房信息展示界面。

3.4 全程跟蹤監督

監管人員實地調查農房違建點并下達違建拆除通知和處罰通知，完善違章建設數據庫信息，做好拆違準備工作。

定期使用無人機航測拆違點，跟蹤農房拆違進度;同時對合法建設的農房進行監督，及時發現并制止違建行為，營造良好的農房建設環境，助力農房建設健康發展。

3.5 成果歸檔入庫

為了便于數據高效共享與多元化利用，將定期航測的農房數據存入相應的數據庫中，并定期對數據進行整理和統計，為部門決策提供參考。

4 ?小結與展望

無人機技術解決了農房建設信息采集困難的問題，無人機的高分辨率和高時效性彌補了傳統影像技術的不足，實現農房建設信息采集的常態化與高效化。同時，通過傾斜攝影技術構建農房三維模型，全面形象化展現農房的建設現狀，為快速化、準確化界別農房的建設提供技術支持，簡化監管人員現場核查的繁瑣流程，提升工作效率。運用GIS平臺實現了農房建設數據的高效處理與科學管理，同時便于數據的分類存儲、查閱、交換與共享。此外，實景三維模型可為村莊規劃、村莊環境整治、土地確權、村莊格局研究、古建保護等提供數據支持，逐步推進“智慧鄉村”建設。

作為近年來發展起來的一項高新測繪技術，仍有些方面存在不足：例如農房分布比較密集以及樹木遮擋等問題導致農房影像信息缺失，影響三維建模成果質量，需要人工進行修補，無疑增加了監測工作的任務量，但隨著測繪技術的不斷發展，這些問題將會得到改善，更好地為鄉村建設服務。

參考文獻：

[1]吳桂蓮，楊子江，李峻峰.農村城鎮化建設過程中農房建設的可持續發展[J].安徽農業科學，2009，37（14）：6682-6684+6688.

[2]Yanglina， Chitianhe， Pengling， et al. Research of illegal building monitoring system construction with 3S integration technology[C]. International Conference on Information Science and Engineering， 2011： 3908-3911.

[3]王永喬.基于“3S”技術的違法建筑及設施影像監測信息系統設計與實現[J]. 測繪與空間地理信息，2011，34（03）：71-73，77，80.

[4]朱建偉，袁國輝.基于傾斜攝影測量技術的無人機城市建筑監測系統在違建查找中的應用[J].工程勘察，2017，45（07）：59-62.

[5]周敘.GIS技術在舊城改造中的應用[J].測繪通報，2008（06）：58-60.