城市規(guī)劃執(zhí)法實時監(jiān)控可量測系統(tǒng)

李琪

(武漢市勘測設(shè)計研究院，湖北武漢 430022)

城市規(guī)劃執(zhí)法實時監(jiān)控可量測系統(tǒng)

李琪?

(武漢市勘測設(shè)計研究院，湖北武漢 430022)

隨著社會的高速發(fā)展，城市違法建設(shè)呈現(xiàn)出隱蔽性強(qiáng)、發(fā)現(xiàn)后不易拆除的特點，迫切需要新手段和新措施。近景攝影測量技術(shù)的發(fā)展為規(guī)劃執(zhí)法實時監(jiān)控提供了有力支撐。本系統(tǒng)是GIS、視頻監(jiān)控、近景攝影測量等技術(shù)在規(guī)劃執(zhí)法領(lǐng)域的應(yīng)用。系統(tǒng)是利用GIS技術(shù)整合基礎(chǔ)地理信息、審批數(shù)據(jù)等信息，利用視頻監(jiān)控技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)搭建的實時監(jiān)控平臺。實現(xiàn)規(guī)劃執(zhí)法的手段先進(jìn)、管理科學(xué)、實時監(jiān)控、違法預(yù)警。實踐證明，新技術(shù)和新成果的應(yīng)用創(chuàng)新了規(guī)劃執(zhí)法工作方式，提高了執(zhí)法效率。

近景攝影測量；視頻監(jiān)控；實時量測；遠(yuǎn)程控制

1 引 言

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，規(guī)劃工作面臨著新的挑戰(zhàn)。各種利益、矛盾的多樣化，違法建筑的激增，違法建設(shè)呈現(xiàn)出隱蔽性強(qiáng)、發(fā)現(xiàn)后不易拆除等特點，導(dǎo)致了城市規(guī)劃執(zhí)法的難度越來越大。當(dāng)前在實施規(guī)劃執(zhí)法中出現(xiàn)的問題很多，如常規(guī)的現(xiàn)場巡查存在取證難、取證周期長和執(zhí)法被動，違法的難以確認(rèn)性，利益的驅(qū)動，管理機(jī)制的不順，執(zhí)法隊伍的素質(zhì)不齊造成的執(zhí)法難等現(xiàn)象。對此必須多方綜合，創(chuàng)新思路，如加大宣傳力度，加快規(guī)劃編制，加強(qiáng)拆違力度，規(guī)范部門工作，完善監(jiān)管機(jī)制，加強(qiáng)溝通，提高素質(zhì)等。為了妥善處理好執(zhí)法出現(xiàn)的問題，確保有效的實施規(guī)劃執(zhí)法，因此規(guī)劃批后管理執(zhí)法工作迫切需要新手段和新措施。

隨著攝影測量技術(shù)特別是地面近景攝影測量技術(shù)的發(fā)展，使得普通數(shù)碼照相機(jī)代替專業(yè)傳感器進(jìn)行數(shù)字近景攝影測量已經(jīng)變得可行、實用。相對于傳統(tǒng)的近景攝影測量，低廉的普通數(shù)碼相機(jī)大大降低了測量的成本，而高精度的相機(jī)標(biāo)定技術(shù)也保證了近景攝影測量的精度。這些技術(shù)的發(fā)展為“城市規(guī)劃執(zhí)法實時監(jiān)控可量測系統(tǒng)”提供了有力的技術(shù)支撐。

2 系統(tǒng)架構(gòu)及其特點

根據(jù)本系統(tǒng)的特點，接合用戶對實際應(yīng)用的需求，設(shè)計城市規(guī)劃執(zhí)法實時監(jiān)控可量測系統(tǒng)的總體框架。按照C/S結(jié)構(gòu)的分層設(shè)計模式，該框架具體可以劃分為三個層次，即基礎(chǔ)架構(gòu)層、數(shù)據(jù)服務(wù)層和應(yīng)用服務(wù)層，如圖1所示。

2.1 基礎(chǔ)架構(gòu)層

基礎(chǔ)架構(gòu)層是城市規(guī)劃執(zhí)法實時監(jiān)控可量測系統(tǒng)部署和運行的基礎(chǔ)，包括主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、監(jiān)控設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備等。

2.2 數(shù)據(jù)服務(wù)層

包括地圖數(shù)據(jù)服務(wù)、建設(shè)工程業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)服務(wù)和監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)服務(wù)。

2.3 應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層是系統(tǒng)的核心部分，可分為建設(shè)工程集成管理、監(jiān)控視頻管理、立體量測、違章預(yù)警等。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

“城市規(guī)劃執(zhí)法實時監(jiān)控可量測系統(tǒng)”利用高科技和新手段建立了“天上看、網(wǎng)上查、短信預(yù)警”的實時監(jiān)控體系，實現(xiàn)規(guī)劃執(zhí)法工作的“管理手段現(xiàn)代化、執(zhí)法對象可視化、監(jiān)督管理常態(tài)化、違法處置程序化、處置結(jié)果公開化”。

3.1 利用定參數(shù)近景攝影測量實現(xiàn)對建設(shè)項目實時非接觸測量

傳統(tǒng)的建設(shè)項目放線、灰線檢測、驗線、規(guī)劃驗收等環(huán)節(jié)都需要專業(yè)的測繪人員帶測量儀器到施工現(xiàn)場進(jìn)行測量，利用這種定期到現(xiàn)場測量的技術(shù)手段來監(jiān)控建設(shè)項目是否存在違法行為。這種工作方式雖然能夠精確地監(jiān)控建設(shè)項目，但是存在兩個方面的限制:一是專業(yè)的測量工作需要到施工現(xiàn)場進(jìn)行；二是只能在建設(shè)項目的重點施工階段開展。

近景攝影測量技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)了利用普通數(shù)碼相機(jī)對測量對象進(jìn)行快速非接觸測量的應(yīng)用。但還需要到測量對象現(xiàn)場進(jìn)行拍照，再利用程序解算定向參數(shù)等復(fù)雜過程來完成量測。

圖1 城市規(guī)劃執(zhí)法實時監(jiān)控可量測系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)在利用近景攝影測量技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出利用定參數(shù)近景攝影測量技術(shù)來實現(xiàn)對建設(shè)項目實時非接觸測量。具體做法:一是在建設(shè)項目施工現(xiàn)場周邊布設(shè)兩臺量測用數(shù)碼相機(jī)，通過USB到以太網(wǎng)設(shè)備服務(wù)器UBOX 2100的使用，解決非量測數(shù)碼相機(jī)的遠(yuǎn)程控制和照片回傳，實現(xiàn)在室內(nèi)實時獲取建設(shè)項目施工現(xiàn)場的量測用立體像對；二是固定數(shù)碼相機(jī)的參數(shù)和數(shù)碼相機(jī)間相對位置，實現(xiàn)數(shù)碼相機(jī)相對定向參數(shù)固化，并在攝影范圍內(nèi)測量一定數(shù)量的像控點，使數(shù)碼相機(jī)的絕對定向參數(shù)固化，最終形成定參數(shù)近景攝影測量技術(shù)路線。

3.2 利用GIS實現(xiàn)批后建設(shè)項目全過程跟蹤管理

傳統(tǒng)的建設(shè)項目管理分為規(guī)劃審批、放線、灰線檢測、驗線、底層和標(biāo)準(zhǔn)層建設(shè)、規(guī)劃驗收等環(huán)節(jié)，同時輔以定期巡查控管。每個管理環(huán)節(jié)所收集或產(chǎn)生的建設(shè)項目信息和資料分別歸屬各自環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)庫或檔案，只有少部分圖紙和表格資料作為建設(shè)項目檔案資料在各個管理環(huán)節(jié)中流轉(zhuǎn)，無法實現(xiàn)批后建設(shè)項目全面、連續(xù)的信息管理。

本系統(tǒng)利用GIS技術(shù)在系統(tǒng)軟件中，以建設(shè)項目空間數(shù)據(jù)為紐帶，將建設(shè)項目的規(guī)劃審批、放線、灰線檢測直至規(guī)劃驗收各個環(huán)節(jié)的信息和資料進(jìn)行集成管理，此外，本系統(tǒng)還將批后管理過程中產(chǎn)生的建設(shè)項目巡查控管記錄、視頻監(jiān)控的畫面或錄像、立體量測和比對分析結(jié)果存儲到系統(tǒng)軟件中。

執(zhí)法人員使用系統(tǒng)軟件能夠快速方便地調(diào)閱建設(shè)項目在規(guī)劃管理各個階段的文本、數(shù)據(jù)、圖像、視頻和圖形等各種類型的信息，真正實現(xiàn)了批后建設(shè)項目的全過程跟蹤管理。

3.3 解決了量測數(shù)碼相機(jī)的遠(yuǎn)程控制和網(wǎng)絡(luò)傳輸

目前利用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行近景攝影測量一般都是利用USB數(shù)據(jù)線連接電腦和數(shù)碼相機(jī)完成控制指令和拍攝圖像的傳輸。本系統(tǒng)將進(jìn)行近景攝影測量的數(shù)碼相機(jī)安裝在建設(shè)項目施工現(xiàn)場，而數(shù)碼相機(jī)的拍照控制、照片回傳和立體量測等操作必須在任意網(wǎng)絡(luò)結(jié)點的客戶端上完成，這就要求本系統(tǒng)解決數(shù)碼相機(jī)遠(yuǎn)程控制和網(wǎng)絡(luò)傳輸問題。

在研制過程中為了解決量測數(shù)碼相機(jī)的遠(yuǎn)程控制和網(wǎng)絡(luò)傳輸，需要克服三個技術(shù)問題:

一是解決數(shù)碼相機(jī)數(shù)據(jù)接口和傳輸網(wǎng)絡(luò)接口的銜接。目前數(shù)碼相機(jī)通常只有USB數(shù)據(jù)接口，無法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)交換。為此，本系統(tǒng)在研制過程中引入美國LANTRONIX公司的USB到以太網(wǎng)設(shè)備服務(wù)器UBOX 2100，該設(shè)備解決了USB技術(shù)的距離限制，可以通過網(wǎng)絡(luò)存取并連接USB周邊設(shè)備。實際應(yīng)用中，將數(shù)碼相機(jī)通過USB接口連接到UBOX 2100，再將UBOX 2100接入互聯(lián)網(wǎng)，這樣程序只需指定UBOX的網(wǎng)絡(luò)IP地址和設(shè)備號，就能夠通過網(wǎng)絡(luò)上的計算機(jī)訪問數(shù)碼相機(jī)。

二是選擇合適網(wǎng)絡(luò)協(xié)議解決傳輸數(shù)據(jù)的完整性。建設(shè)項目施工現(xiàn)場的數(shù)碼相機(jī)拍照后需要將所拍攝的照片文件回傳到客戶端程序所在的計算機(jī)，而且照片文件的完整性是進(jìn)行立體量測的前提，因此網(wǎng)絡(luò)傳輸中的傳輸信道和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的選擇是關(guān)鍵。網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的選擇主要在網(wǎng)絡(luò)參考模型的傳輸層，傳輸層的任務(wù)是根據(jù)子網(wǎng)的特征最佳地利用網(wǎng)絡(luò)資源，并以可靠和經(jīng)濟(jì)的方式為兩端主機(jī)建立傳輸連接，以透明的方式傳送報文，在這一層中Windows操作系統(tǒng)主要使用TCP/IP協(xié)議。TCP協(xié)議是面向連接的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，而UDP協(xié)議是無連接的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。本系統(tǒng)選擇利用TCP傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送接收。

三是保證數(shù)碼相機(jī)照片回傳的實時性。為了滿足立體量測的精度要求，本系統(tǒng)將量測數(shù)碼相機(jī)的照片質(zhì)量設(shè)置為1500萬像素，圖像分辨率為4 752×3 168，一張照片的文件大小為6 MB左右。在實際的立體量測操作中，需要在有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬條件下快速將兩張照片回傳到客戶端程序所在計算機(jī)。為此本系統(tǒng)在利用TCP傳輸協(xié)議的基礎(chǔ)上，利用UBOX 2100開發(fā)了基于TCP/IP的傳輸功能，實現(xiàn)了在一定帶寬下的數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量，保證了回傳到客戶端程序所在計算機(jī)的照片實時性和完整性。

4 系統(tǒng)主要功能實現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)運行流程

(1)收集整理批后建設(shè)項目的各項空間和非空間信息，建立城市規(guī)劃執(zhí)法實時監(jiān)控可量測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)批后建設(shè)項目的可視化管理；

(2)在批后建設(shè)項目的施工現(xiàn)場架設(shè)視頻監(jiān)控和攝影測量設(shè)備，并搭建數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場視頻監(jiān)控設(shè)備拍攝的監(jiān)控視頻流實時回傳到控制中心；

(3)用戶通過城市規(guī)劃執(zhí)法實時監(jiān)控可量測系統(tǒng)調(diào)用顯示批后建設(shè)項目施工現(xiàn)場的監(jiān)控畫面，并對施工現(xiàn)場的監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，以發(fā)現(xiàn)違章行為；

(4)用戶通過城市規(guī)劃執(zhí)法實時監(jiān)控可量測系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制批后建設(shè)項目施工現(xiàn)場的攝影量測設(shè)備，獲取現(xiàn)場立體相對，并在系統(tǒng)軟件上通過人機(jī)交互操作完成立體量測；

(5)用戶通過城市規(guī)劃執(zhí)法實時監(jiān)控可量測系統(tǒng)調(diào)閱批后建設(shè)項目的各種資料，與立體量測的結(jié)果進(jìn)行比對，以發(fā)現(xiàn)違章行為；

(6)用戶通過城市規(guī)劃執(zhí)法實時監(jiān)控可量測系統(tǒng)將發(fā)現(xiàn)的違章行為通過SMS方式發(fā)送到相關(guān)工作人員手機(jī)，達(dá)到違章預(yù)警的應(yīng)用。

4.2 GIS功能

實現(xiàn)了GIS系統(tǒng)普遍包含的基本功能，如放大、縮小、漫游等，圖2為GIS操作界面。

圖2 GIS操作界面

4.3 視頻監(jiān)控功能

視頻監(jiān)控模塊主要實現(xiàn)視頻服務(wù)器對監(jiān)控攝像機(jī)發(fā)送視頻瀏覽、遠(yuǎn)程拍照、焦距調(diào)整等命令，實現(xiàn)云臺對監(jiān)控攝像機(jī)拍攝方向的遠(yuǎn)程控制。圖3為一視頻監(jiān)控界面。

圖3 視頻監(jiān)控界面

4.4 立體量測功能

立體量測模塊主要實現(xiàn)兩個非量測相機(jī)的遠(yuǎn)程拍照控制，并回傳相片至本地。給用戶提供相片瀏覽和實時選點量測工具，完成工地現(xiàn)場的實時量測應(yīng)用。該模塊主要分為兩個部分:非量測相機(jī)控制和立體量測解算。

非量測相機(jī)控制主要利用從佳能官方網(wǎng)站上授權(quán)下載的支持EOS 500D相機(jī)的EDSDK2.6 SDK開發(fā)包進(jìn)行程序開發(fā)，該SDK包于2009年4月發(fā)布，同時還需要利用Lantronix UBOX 2100設(shè)備進(jìn)行本機(jī)和相機(jī)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)連接。

立體量測解算主要利用自主研發(fā)的近景攝影測量模塊，該模塊通過兩個非量測相機(jī)遠(yuǎn)程獲取具有重疊區(qū)域的立體影像，利用攝影測量技術(shù)恢復(fù)立體影像在拍攝時的空間位置和姿態(tài)，再通過半自動或者人工方式進(jìn)行立體測量，獲取影像重疊區(qū)域內(nèi)任意點位的空間坐標(biāo)。圖4為立體量測的像對界面。

圖4 立體量測界面

4.5 精度分析

為了驗證本系統(tǒng)技術(shù)方案的實際應(yīng)用效果和量測精度，選擇位于武漢市某一在建綜合樓作為實驗場，架設(shè)硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，利用所開發(fā)的城市規(guī)劃執(zhí)法實時監(jiān)控可量測系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)解算和立體量測，同時利用傳統(tǒng)測量手段到項目現(xiàn)場進(jìn)行實地量測。經(jīng)過對比分析，得到本系統(tǒng)量測對比分析，如表1和表2所示。

距離精度分析表(單位/m) 表1

高程精度分析表(單位/m) 表2

上述精度分析中的距離量測和高程量測與實測數(shù)據(jù)的誤差滿足本系統(tǒng)初始的設(shè)計和應(yīng)用的要求。

5 結(jié) 論

近年來，規(guī)劃管理部門在規(guī)劃批后管理方面不斷強(qiáng)化制度建設(shè)，抓源頭治理和巡查控管，通過加強(qiáng)放線、灰線檢測、驗線、底層和標(biāo)準(zhǔn)層建設(shè)、規(guī)劃驗收等重要節(jié)點的管理，使違法建設(shè)得到了有效控制。但是，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，建設(shè)項目的日益增多，執(zhí)法工作量的加大與執(zhí)法人員配備不足的矛盾日益突出，常規(guī)的現(xiàn)場巡查等批后管理手段遠(yuǎn)不能滿足執(zhí)法工作的需要，迫切需要上新手段和新措施，違法建設(shè)也呈現(xiàn)出隱蔽性強(qiáng)，不易發(fā)現(xiàn)、發(fā)現(xiàn)后不易拆除的特點。針對規(guī)劃執(zhí)法工作客觀存在的執(zhí)法人員不足，取證難和取證周期長、執(zhí)法被動等實際情況，“城市規(guī)劃執(zhí)法實時監(jiān)控可量測系統(tǒng)”利用高科技和新手段建立了“天上看、網(wǎng)上查、短信預(yù)警”的實時監(jiān)控體系，實現(xiàn)規(guī)劃執(zhí)法工作的“管理手段現(xiàn)代化、執(zhí)法對象可視化、監(jiān)督管理常態(tài)化、違法處置程序化、處置結(jié)果公開化”。

與常規(guī)手段相比，“城市規(guī)劃執(zhí)法實時監(jiān)控可量測系統(tǒng)”有以下幾方面的優(yōu)勢和不足。

5.1 優(yōu)勢

(1)科學(xué)性:城市規(guī)劃執(zhí)法實時監(jiān)控可量測系統(tǒng)利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，實現(xiàn)了批后建設(shè)項目管理的“可看、可測量、可預(yù)警”，對批后建設(shè)項目實施不間斷實時精準(zhǔn)監(jiān)控。

(2)時效性:利用城市規(guī)劃執(zhí)法實時監(jiān)控可量測系統(tǒng)，執(zhí)法工作人員能在第一時間掌握全市的規(guī)劃審批資料，做到項目隨時在線查閱，各級領(lǐng)導(dǎo)也能通過該系統(tǒng)隨時查看項目的建設(shè)情況和違法建設(shè)處理情況，大大提高執(zhí)法工作效率。

(3)經(jīng)濟(jì)性:城市規(guī)劃執(zhí)法實時監(jiān)控可量測系統(tǒng)的應(yīng)用可以緩解執(zhí)法人員和車輛嚴(yán)重不足的問題，減少執(zhí)法工作開支。同時，由于該成果的應(yīng)用能及時發(fā)現(xiàn)并制止違法建設(shè)行為，也節(jié)約了大量人力資源和社會財富。

5.2 不足

(1)設(shè)備安裝受環(huán)境限制:被監(jiān)控工地周邊必須有超過其設(shè)計高度的高層建筑，這樣監(jiān)控設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備等前端設(shè)備才能安裝在高層建筑的頂樓，從而保證相機(jī)任何時候都能拍攝到完整的被監(jiān)控工地。

(2)使用人員須經(jīng)過培訓(xùn):由于本系統(tǒng)應(yīng)用了攝影測量原理，使用像對進(jìn)行距離量測時需要人工進(jìn)行建筑物關(guān)鍵同名點的選取，而同名點的選取需要一定的技巧和理論知識，因此必須進(jìn)行前期的培訓(xùn)。

(3)硬件定期維護(hù):由于前端設(shè)備安裝在室外，受到氣候和環(huán)境因素的影響比較大，必須定期對設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)和維護(hù)，才能保證設(shè)備的正常運行。前端設(shè)備包含了監(jiān)控設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、立體量測相機(jī)等。

[1] 李德仁，周月琴，金為銑.攝影測量與遙感概論[M].北京:測繪出版社，2001

[2] 孫家柄，舒寧，關(guān)澤群.遙感原理、方法和應(yīng)用[M].北京:測繪出版社，1997

[3] 建筑工地現(xiàn)場無線視頻監(jiān)控方案，http://www.pjtime. com/2008/12/17777481.shtml，2009.2

[4] 視頻監(jiān)控技術(shù)持續(xù)“進(jìn)步論”，http://www.qianjia.com/html/2009－02/55462.html，2009.4

[5] http://www.whkexun.com/product_view.asp?id＝30，2009. 3

[6] http://www.vicom.com.cn/solution/CDMA1X/CDMAshipin.htm，2009.3

City Planning Implementation Real－time Monitoring and Measured System

Li Qi
(Wuhan Geotechnical Engineering and Surveying Institute，Wuhan 430022，China)

With the rapid development of the city，urban illegal construction presented high performance of concealment，after the found，it is not easy to be demolished.It is urgently need of new method and the new measure.The development of the close－range photogrammetry has provided the powerful support for planning implementation real－time monitoring work.The system is GIS，video surveillance，close range photogrammetry and other technology in the planning implementation innovative application，this system is the use of GIS technology integration fundamental geographic information，planning information and other information，use of video surveillance technology and network transmission technology built real－time monitoring platform.It realized the planning implementation method to be advanced，management science，real－time monitoring，illegal early warning.The practice proved that new technical and the new achievement's application has innovated the planning implementation working，raised the law implementation efficiency.

close－range photogrammetry；video surveillance；real－time measurement；remote control

1672－8262(2011)02－87－05

P234.1

A

2010—08—30

李琪(1979—)，男，工程師，主要從事測繪技術(shù)工作。

精密工程與工業(yè)測量國家測繪局重點實驗室項目(PF2009－4)