無人機傾斜攝影技術下的城市違建督察中舉證

母懋麒

（四川省煤田測繪工程院，四川 成都 610000）

傳統的違建查處方法手段特殊，因為違建具有隱蔽性，同時執法人員在執法過程中總會出現各種阻礙執法的行為，導致城市違建取證困難重重。由于不能及時予以制止，導致安全問題頻頻發生。科學技術的發展提升了調查取證的效率。無人機傾斜攝影技術的使用，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，精準判斷其是否為違建，并且將違建的位置、面積和結構等信息顯示出來。

1 無人機傾斜攝影技術

1.1 無人機遙感技術

三維建模中采用攝影測量技術是最為常見的方法，攝影測量具有相對精準的特點，通過對信息數據進行分析可以實現較好的建模效果[1]。但是在攝影測量的時候，往往會因為飛機和衛星的傳感器與地面呈垂直狀態，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，難以符合數字城市建模三維數據要求。

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

1.2 傾斜攝影技術

無人機傾斜技術的研究發展加快了人們研究和認識自然的過程，結合自然物體與人們的認識，為人類帶來新的感知。近些年來，國際測繪領域興起了傾斜攝影技術，并成為一項高新技術，避免了傳統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，實現多個角度影像的采集。傾斜攝影技術的引入使人們可以更加精準、清晰地對復雜的場景進行全面感知。借助高效的采集數據設備實現對物體的數據信息采集，為測繪的精準度以及數據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，在收發數據信息的時候，通過無人機實現。融合信息技術、分析技術與傾斜攝影技術可以形成無人機高效傳導技術，通過這項技術能夠實現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的違建監測取證系統

無人機城市建筑監測系統的核心環節是利用傾斜攝影技術展開測量活動，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域動態地獲取位置和姿態等多種信息，之后工作人員對收集捕捉的數據信息進行處理，構件出建筑實景三維立體模型。

2.1 無人機傾斜攝影技術平臺設計

在低空領域采用無人機攝影需要保證無人飛行器具備良好的穩定性和良好的場地起降能力[2]。經過綜合分析考量，無人機平臺設計采用六旋翼無人機較為合適，該款無人機擁有穩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能夠在第一時間對建筑物的姿態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域航空的基本要求相結合，六旋翼無人機飛行器的性能基本上滿足以下8個指標。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℃的環境下使用。7）飛行器能夠抵抗5級以上的風力影響。8）續航時間超過30 min。

2.2 無人機傾斜攝影技術監測基礎設施

2.2.1 無人機傾斜攝影技術傳感器設計

為了科學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地建筑物的實際影像信息數據，獲取信息的方向包括建筑物4個側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備的傾斜角度設置為45°。根據行業所指定的《低空數字航空攝影規范》（CH/Z/3003—2010），攝影的時候采用低航空攝影技術，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。基于這些要求，在無人機傾斜攝影系統中使用的傳感器為質量較輕的航空器外掛攝影吊墜云臺，為了確保系統穩定，在一開始便將相機與其設計為一體，將傾斜角度設計為最小，相機的質量要控制在2 kg以下。相機的像素數沒有超過2 000萬，像元的物理尺寸應該保持在2.4 μm甚至以上[2]。

2.2.2 無人機傾斜攝影技術數據處理系統

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，整個運行過程全自動開展，僅以連續的二維影像就能夠將最為原始的像素分辨率實景模型還原出來。對于拍攝照片也具有較少的限制要求，同時在處理信息數據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，數據處理系統能夠在數分鐘或者是數小時內完成對所有原始數據的接收工作，同時可以直接對接收的數據進行還原操作，使其成為具有連續性的真實三維模型，無論是大型數據還是小型數據，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數據分析系統

數據分析系統的基礎是正射影像圖、點云數據、實景三維數據，數據分析系統與房屋和地籍等空間數據相結合，對其展開綜合分析，通過對變化情況的監測、地籍情況的核查、房屋建筑情況的監測、分析整理數據等4個模塊，實現對建筑物信息的構建，核對建筑工程是否為違章建筑，如圖2所示。

通過利用上述系統結構，其在抓拍城市違建工作中發揮積極作用。該項目通過將傳統的建模技術與無人機傾斜攝影測量技術相結合，及時捕獲違規建筑物的高清序列影像，解決了實景模型細節補充以及精細建模等多種問題，對采集數據的手段進行了豐富，與當前數據信息采集的精準度要求相吻合。

圖1 業內數據處理流程圖

3 無人機傾斜攝影技術變化監測方法

3.1 利用數字正射影像圖監測

數字正射影像圖的基礎技術是遙感影像或者是航攝像片，掃描數據信息以后，獲得影像數據的時間，利用微分糾正、輻射糾正以及鑲嵌等方式進行數據信息處理，影像數據形成是需要根據原有的圖像所涉及的范圍進行裁剪的，通過線畫、符號、內外圖廓將地形要素的相關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據庫。數字正射影像圖監測具有豐富的信息和較高的精準度，除此之外，其逼真直觀的特點和強現實性也使得正射影像圖監測成為可以提供良好數據和更新的手段。

圖2 系統結構圖

3.2 利用數字表面模型監測

數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，形成數字地形模型。數字表面模型監測能夠將地面起伏狀況更為真實的表達出來，逐漸被應用在更加廣闊的領域。通過該項技術，可以使無人機在飛行的時候避開障礙物，低空飛行。

3.3 外業核查與實地補充舉證監測

航攝傾斜攝影技術可以為后期構建以圖像為基礎的自動化模型提供條件，該項技術相比于傳統的航空攝影技術，具有以下3個優點。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度較高的導航衛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，可以有效避免傳統的測量方式復雜的后期操作，這種測量方法可以實現較少的人工干預，提高自動化程度，可以最大限度地提高三維模型的生產效率。2） 傾斜攝影測量技術將傳統的測距技術和航空攝影技術進行整合，通過及時獲取建筑物影像并且及時得到結果，從而滿足人的視覺系統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合，獲取地面建筑的相關信息數據，讓結果與人類的感知相吻合。3）采用傾斜攝影技術，能夠實現直接測量單張相片，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監測一塊面積為2 km2的建筑用地，對監測的建筑用地進行建模和數據處理，利用數據分析系統快速確定了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，獲取航空影像，在短時間內獲取數據信息，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，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測的過程中，總共測量了516個監測點，392個高程精度監測點。監測DLG成果平面統計表，見表1和表2。

表1 DLG平面精度統計表

表2 高程精度統計表（m）

4 結語

借助無人機傾斜攝影測量技術作為基礎監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據采集和建庫，同時根據數據差異在短時間內對疑似違章建筑進行處理分析，為城市執法人員開展清障工作提供便利。