无人机倾斜摄影技术下的城市违建督察中举证

母懋麒

（四川省煤田测绘工程院，四川 成都 610000）

传统的违建查处方法手段特殊，因为违建具有隐蔽性，同时执法人员在执法过程中总会出现各种阻碍执法的行为，导致城市违建取证困难重重。由于不能及时予以制止，导致安全问题频频发生。科学技术的发展提升了调查取证的效率。无人机倾斜摄影技术的使用，可以清楚的获悉违建建筑的三维实景摄像，通过对建筑物摄影图片进行整合和分析，精准判断其是否为违建，并且将违建的位置、面积和结构等信息显示出来。

1 无人机倾斜摄影技术

1.1 无人机遥感技术

三维建模中采用摄影测量技术是最为常见的方法，摄影测量具有相对精准的特点，通过对信息数据进行分析可以实现较好的建模效果[1]。但是在摄影测量的时候，往往会因为飞机和卫星的传感器与地面呈垂直状态，会被摄影的空间和航高所约束，在获取顶部纹理信息和建筑物高度信息的时候，难以符合数字城市建模三维数据要求。

数据信息采集的基本方案设计大约包括5个步骤，分别是无人机准备阶段、采集数据信息的阶段、数据信息处理阶段、数据信息分析阶段以及提交数据成果阶段。在准备工作中，需要做好对相关资料的储备以及对所使用的测量设备进行校准，保证设备捕获的信息数据具有较高的精准度。数据处理阶段也可以将其详细地划分成4个步骤，分别是获取的数据信息进行导入，对空三加密，另外还需要同时重建模型，将最终处理的结果输送出来。

1.2 倾斜摄影技术

无人机倾斜技术的研究发展加快了人们研究和认识自然的过程，结合自然物体与人们的认识，为人类带来新的感知。近些年来，国际测绘领域兴起了倾斜摄影技术，并成为一项高新技术，避免了传统的垂直角度拍摄的弊端。通过将多台传感器搭载到同一个飞行器上，实现多个角度影像的采集。倾斜摄影技术的引入使人们可以更加精准、清晰地对复杂的场景进行全面感知。借助高效的采集数据设备实现对物体的数据信息采集，为测绘的精准度以及数据信息的真实性提供保障。倾斜摄影中并没有完全核心的部分，在收发数据信息的时候，通过无人机实现。融合信息技术、分析技术与倾斜摄影技术可以形成无人机高效传导技术，通过这项技术能够实现收集移动物体的温度、速度和方向等信息[1]。

2 基于无人机倾斜摄影技术的违建监测取证系统

无人机城市建筑监测系统的核心环节是利用倾斜摄影技术展开测量活动，飞行平台依赖六旋翼无人机，传感器选择五镜头摄像机，该款摄像机能够在无人机飞行过的区域动态地获取位置和姿态等多种信息，之后工作人员对收集捕捉的数据信息进行处理，构件出建筑实景三维立体模型。

2.1 无人机倾斜摄影技术平台设计

在低空领域采用无人机摄影需要保证无人飞行器具备良好的稳定性和良好的场地起降能力[2]。经过综合分析考量，无人机平台设计采用六旋翼无人机较为合适，该款无人机拥有稳定的性能和良好的工作效率，六旋翼无人机所具有的飞控系统能够在第一时间对建筑物的姿态和位置进行拍摄记录。综合来看，六旋翼无人机拥有极佳的可靠性，简单的操作让该款无人机备受青睐，同时对于起飞场地和着陆场地的要求也较低。通过与测量城市低领域航空的基本要求相结合，六旋翼无人机飞行器的性能基本上满足以下8个指标。1）具有超过2 kg的人物载重量。2）飞行器的上升距离超过800 m。3）飞行器的控制半径要超过800 m。4）飞行器的悬停高度要满足水平方向±2m，垂直方向±1m。5）飞行器包括手控飞行和自主飞行2种飞行方式。6）飞行器能够在温度为-10℃～+40℃的环境下使用。7）飞行器能够抵抗5级以上的风力影响。8）续航时间超过30 min。

2.2 无人机倾斜摄影技术监测基础设施

2.2.1 无人机倾斜摄影技术传感器设计

为了科学合理地建立起违建建筑物的三维模型，低空航空摄影传感器需要从多个方向获取目标地建筑物的实际影像信息数据，获取信息的方向包括建筑物4个侧面方向以及顶部方向。为了提升传感器获取的建筑物信息的可使用性，最好的方法是将摄影设备的倾斜角度设置为45°。根据行业所指定的《低空数字航空摄影规范》（CH/Z/3003—2010），摄影的时候采用低航空摄影技术，能够使获取的图像的清晰度更高，保证图像层次分明，色差适中，影像资料没有缺陷，色彩柔和。基于这些要求，在无人机倾斜摄影系统中使用的传感器为质量较轻的航空器外挂摄影吊坠云台，为了确保系统稳定，在一开始便将相机与其设计为一体，将倾斜角度设计为最小，相机的质量要控制在2 kg以下。相机的像素数没有超过2 000万，像元的物理尺寸应该保持在2.4 μm甚至以上[2]。

2.2.2 无人机倾斜摄影技术数据处理系统

法国Acute3D公司研究出一套基于软件，命名为Smart3D Capture，这套软件是以图形运算模块的快速三维场景运作作为基础，整个运行过程全自动开展，仅以连续的二维影像就能够将最为原始的像素分辨率实景模型还原出来。对于拍摄照片也具有较少的限制要求，同时在处理信息数据的时候具有较高的效率和较高的伸缩性。如果没有其他需求，数据处理系统能够在数分钟或者是数小时内完成对所有原始数据的接收工作，同时可以直接对接收的数据进行还原操作，使其成为具有连续性的真实三维模型，无论是大型数据还是小型数据，全部可以对其进行还原，得到与真实情况最为接近的模型，如图1所示。

2.2.3 无人机倾斜摄影技术数据分析系统

数据分析系统的基础是正射影像图、点云数据、实景三维数据，数据分析系统与房屋和地籍等空间数据相结合，对其展开综合分析，通过对变化情况的监测、地籍情况的核查、房屋建筑情况的监测、分析整理数据等4个模块，实现对建筑物信息的构建，核对建筑工程是否为违章建筑，如图2所示。

通过利用上述系统结构，其在抓拍城市违建工作中发挥积极作用。该项目通过将传统的建模技术与无人机倾斜摄影测量技术相结合，及时捕获违规建筑物的高清序列影像，解决了实景模型细节补充以及精细建模等多种问题，对采集数据的手段进行了丰富，与当前数据信息采集的精准度要求相吻合。

图1 业内数据处理流程图

3 无人机倾斜摄影技术变化监测方法

3.1 利用数字正射影像图监测

数字正射影像图的基础技术是遥感影像或者是航摄像片，扫描数据信息以后，获得影像数据的时间，利用微分纠正、辐射纠正以及镶嵌等方式进行数据信息处理，影像数据形成是需要根据原有的图像所涉及的范围进行裁剪的，通过线画、符号、内外图廓将地形要素的相关信息添加到影像平面上，从而形成借助栅格形式进行信息储存的影像数据库。数字正射影像图监测具有丰富的信息和较高的精准度，除此之外，其逼真直观的特点和强现实性也使得正射影像图监测成为可以提供良好数据和更新的手段。

图2 系统结构图

3.2 利用数字表面模型监测

数字表面模型是模拟地物表面，通过对房屋的表面以及植被表面等信息进行处理加工，形成数字地形模型。数字表面模型监测能够将地面起伏状况更为真实的表达出来，逐渐被应用在更加广阔的领域。通过该项技术，可以使无人机在飞行的时候避开障碍物，低空飞行。

3.3 外业核查与实地补充举证监测

航摄倾斜摄影技术可以为后期构建以图像为基础的自动化模型提供条件，该项技术相比于传统的航空摄影技术，具有以下3个优点。1）可以将多个感光器件安装在同一个飞行平台上，并且将感光器件调整不同的角度，扩大感光范围，传感器的布置选择倾斜角度和垂直角度2个方向，以此来更为全面地获得立体图像信息，与机器本身所携带的精准度较高的导航卫星接收器以及测量惯性的部件互相配合，在计算航摄仪器所拍摄的绝对位置时，可以运用地理参考直接获取，可以有效避免传统的测量方式复杂的后期操作，这种测量方法可以实现较少的人工干预，提高自动化程度，可以最大限度地提高三维模型的生产效率。2） 倾斜摄影测量技术将传统的测距技术和航空摄影技术进行整合，通过及时获取建筑物影像并且及时得到结果，从而满足人的视觉系统对于周围客观世界的直观认识。通过将垂直角度拍摄的照片和倾斜角度拍摄的照片相结合，获取地面建筑的相关信息数据，让结果与人类的感知相吻合。3）采用倾斜摄影技术，能够实现直接测量单张相片，可以提供多种直接测量手段，比如高度测量、距离测量、面积测量和体积测量。

在某省某村庄使用该系统监测一块面积为2 km2的建筑用地，对监测的建筑用地进行建模和数据处理，利用数据分析系统快速确定了23块土地，对大约为2 400 m2的疑似为违章建筑的位置信息和建筑物信息进行明确，使得原先需要为期一周的工作时间缩短到3 d。

通过使用无人机倾斜摄影测量技术，获取航空影像，在短时间内获取数据信息，在对拍摄的多幅影像进行处理时，要建立起实景三维模型，通过使用该项技术，能够在很大程度上减少人工的投入，提升城市违建检查的效率。在对该建筑物进行监测的过程中，总共测量了516个监测点，392个高程精度监测点。监测DLG成果平面统计表，见表1和表2。

表1 DLG平面精度统计表

表2 高程精度统计表（m）

4 结语

借助无人机倾斜摄影测量技术作为基础监测城市违建具有可行性，通过对违章建筑进行实时实景的三维数据采集和建库，同时根据数据差异在短时间内对疑似违章建筑进行处理分析，为城市执法人员开展清障工作提供便利。