無人機技術在建筑區變化監測中的應用

武漢市洪山高中 龍靜怡

湖北省航測遙感院 劉 鵬

1 引言

農村建筑區過去一般沿著河流道路呈帶狀分布，隨著美麗鄉村建設的推進，農村宅基地建設正向小城鎮化或集約化方向發展，這符合城市化發展的要求。如何對廣大的農村建筑區的發展進行廉價而有效的監測和引導，是擺在相關政府部門面前的一個問題。利用何種方式為政府決策提供有效數據支撐，是本文探討的課題。

2 建筑區變化監測的方法

2.1 監測的途徑

建筑區監測的途徑有以下幾種：利用人工進行調查和測量；利用航空影像或衛星影像進行監測；利用最新的地形圖進行監測；利用無人機航攝結合地理國情調查成果進行監測。

2.2 優勢比較

利用人工進行調查和測量，成本高、效率低；利用航空影像或衛星影像進行監測，成本高，周期長。利用最新的地形圖進行監測時效性差，如果專門為監測進行地形圖測繪，相較前者成本更高。利用無人機航攝結合地理國情調查成果進行監測，時效性、效率及成本的優勢明顯。2014年全國開展了地理國情普查，2016年、2017年進行了基礎地理國情監測，這些數據為監測提供了基礎數據，利用無人機獲取監測區的最新影像，具有作業方式靈活、快捷，效率高(一架次40或80平方公里)，數據易解譯，便于攜帶，成本低、易維護，智能化程度高等特點。

3 無人機選型

3.1 民用無人機種類及特點

民用無人機按平臺分類，主要有固定翼無人機、無人直升機和多旋翼無人機三種，用于攝影測量各自特點如下：

固定翼無人機飛行速度快，在相同飛行環境下，航線穩定性較好；無人直升機靈活性強，可原地垂直起飛、懸停，但航線穩定性差；多旋翼無人機起降方式和靈活性介于固定翼和直升機之間，優勢是價格便宜，操作簡單，但其航線穩定性也差。

3.2 無人機選型

監測類民用無人機常使用固定翼無人機或多旋翼無人機。鑒于精準定位、降低成本、一圖多用的設想，無人機獲取的影像除了生產正射影像外，還要求能滿足地形圖測繪的要求，這對航線的穩定性提出更高要求。因此固定翼無人機為最優選擇。

4 無人機技術監測宅基地變化的策略設計

利用固定翼無人機對監測區進行低空攝影→通過空三加密、正射影像處理得到監測區正射影像→自動（或人工）解譯→套合基礎性地理國情監測地表覆蓋數據，進行建筑增量識別→生成監測成果報告。

5 在某縣美麗鄉村建設宅基地監測的應用案例

5.1 利用固定翼無人機獲取某縣影像

5．1．1 無人機型號與參數

選用固定翼無人機KC2000進行監測區影像獲取。KC2000技術參數見表1。

表1

5．1．2 航攝參數設置

相機類型：Canon EOS 5DS，鏡頭焦距為35.0mm，像幅大小：36mm*24mm。航向重疊：78.1%；旁向重疊：49%；地面分辨率：0.0794米；成圖比例尺為：1:1000；基準面高程：30米；相對航高：670.67米；航線間距：351.81米。

圖1

5.2 航攝任務及范圍

本次航攝任務為某縣開發區，面積約60平方公里，航攝范圍見圖2，設計地面分辨率優于0.1米，能滿足1：1000地形圖測繪的要求。

圖2

5.3 航線設計

圖3

5.4 建筑區解譯與變化監測

建筑區解譯有兩種方式：一種是自動解譯；另一種是人工解譯。自動解譯優點是速度快，缺點是分類不夠精確，特別是高精度影像的居民地，分類精度不高。本項目中主要利用人工解譯方法進行房屋及宅基地解譯。

人工解譯的具體方法為：對不同期影像進行疊加，分析變化區域，通過人工方式，采集新增或消失的房屋建筑區。解譯的變化區域監測成果提交給相關部門，進行跟蹤處理及相關分析，為政府決策提供可靠依據。

5.5 變化監測成果

圖4為2017年3月獲取的監測區影像數據，圖5為通過人工解譯表達的建筑或建筑區。圖6是2017年8月獲取的監測區影像數據，建筑或建筑區正在發生著顯著的變化。

圖7為該開發區人工解譯表達的建筑或建筑區。可看出隨著美麗鄉村建設的要求，農村宅基地建設改變了過去沿著河流道路呈帶狀分布的特點，正向小城鎮化或集約化方向發展。

圖4

圖5

圖6

圖7

6 結論和討論

基于無人機的建筑區變化監測，具有時效性強，監測區域規劃機動、靈活，成本低等優勢，在美麗鄉村建設、建筑區變化，以及基礎性地理省情、市情、縣情監測等長期性、周期性的監測中，無人機可以得到廣泛應用。同時通過收集衛星影像、航空影像、各種比例尺地形圖數據以及專題數據，建立監測數據庫，能更加有效的提供更全面、更新，時效性、規律性更強的數據，從而為政府決策提供數據支持。

[1]王軍鋒．無人機機載SAR在地理國情監測中的應用研究[J]．測繪與空間地理信息,2016,5．

[2]王文龍,低空航攝系統開展地理國情外業調查研究[J]．地理空間信息,2017(10)．

[3]王子卿．無人機遙感監測系統的應用概況[J]．農業與技術,2016(2)∶235．

[4]易明華,徐玉玲．基于無人機低空航攝系統的應急測繪研究[J]．江西測繪,2014(1)．