無人機違法建筑排查報告快速制作研究

張俊前，王文進

(1.重慶市勘測院，重慶　401121；　2.重慶建筑工程職業(yè)學院，重慶　400072)

1　引　言

隨著城鎮(zhèn)建設快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平不斷提高，城鎮(zhèn)建筑如雨后春筍般紛紛拔地而起。與此同時，部分人為一己私利，擴展私人空間，擅自修建違法建筑，侵占公共權益，嚴重破壞了城市規(guī)劃和景觀，存在一定安全隱患，又助長社會不良風氣，影響社會公平正義，極易引發(fā)社會矛盾。《中共中央國務院關于進一步加強城市規(guī)劃建設管理工作的若干意見》(中發(fā)〔2016〕6號)要求，“用5年左右時間，全面清查并處理建成區(qū)違法建設，堅決遏制新增違法建設”。

當前，違法建筑排查工作主要有人工排查和遙感解譯排查兩種方式。人工排查方式依靠執(zhí)法人員逐一排查，費時費力，且存在排查范圍有限、排查時效性有限、排查角度有限(只能地面和入戶排查)、取證困難等不足。遙感影像解譯排查方式受影像數(shù)據(jù)源影響，排查效果也不如人意，時效性不強，精度不高，不能發(fā)現(xiàn)在建筑物側面區(qū)域的違建(如陽臺、挑空房屋等)。

無人機傾斜攝影技術能獲取到豐富的建筑物頂面及側面的高分辨率紋理，能夠真實地反映地物情況，生成真實可量測的三維模型，準確獲取違法建筑的位置信息及相關量測信息，為開展違法建筑整治帶來了新的思路，但是也存在一些問題，比如：實景三維模型數(shù)據(jù)量大，且需要專業(yè)軟件進行瀏覽；違法建筑查處工作人員使用起來較為不便。

本文根據(jù)實景三維模型數(shù)據(jù)特點和用戶所需數(shù)據(jù)要求，研究違法建筑入庫數(shù)據(jù)技術，擬實現(xiàn)違法建筑數(shù)字化、圖形化管理，設計違法建筑排查報告模板，為違法建筑整治工作提供客觀證據(jù)，并以重慶某小區(qū)為實例，通過無人機傾斜攝影和三維建模后生成違法建筑信息報表，驗證該方法的實用性和有效性。

2　違法建筑排查報告快速制作

2.1　技術路線

利用實景三維模型數(shù)據(jù)進行違法建筑查處整治具有現(xiàn)勢性好，分辨率高、側面紋理豐富，可多角度、多尺度瀏覽和量測等優(yōu)勢特點，但應用上還存在一些困難。為方便違法建筑查處工作人員使用，工作中常常需用圖表的形式記錄表達違法建筑信息及證據(jù)。

本文擬基于實景三維模型數(shù)據(jù)，制作真正射影像，以真正射影像為底圖、以實景三維模型為排查解譯平臺進行違法建筑排查，制作違法建筑入庫數(shù)據(jù)，根據(jù)違法建筑整治工作需要設計違法建筑排查報告，定制報告模板，并進行程序研發(fā)設計，實現(xiàn)違法建筑排查報告快速制作。技術路線如圖1所示。

圖1　技術路線

2.2　數(shù)據(jù)準備

數(shù)據(jù)準備階段，主要是獲取任務區(qū)內的實景三維模型、影像底圖、竣工測量資料及其他相關資料。

(1)地形圖數(shù)據(jù)收集整理

收集整理范圍內的1∶500地形圖，根據(jù)項目需求，提取地形圖中居民地、交通、工礦和水系等圖層，數(shù)據(jù)格式可統(tǒng)一處理為dwg格式。

(2)竣工測量資料收集整理

收集整理范圍內的竣工測量資料，工程成果大部分為dwg格式，也有edb格式數(shù)據(jù)，可統(tǒng)一整理為dwg格式。

(3)實景三維模型制作

基于Smart 3D軟件制作任務區(qū)實景三維模型，一般為s3c格式。

(4)真正射影像制作

基于Smart 3D和實景三維模型制作任務區(qū)真正射影像，一般為tif格式。

2.3　違法建筑解譯排查

以實景三維模型為排查解譯平臺，以真正射影像為作業(yè)底圖，結合地形圖、竣工測量等相關資料違法建筑排查，如圖2所示。

根據(jù)違法建筑識別的難易程度，可以大致將違法建筑分為明顯違建和隱蔽違建。明顯違建是指顏色、結構比較突兀、與周圍建筑風格不搭，明顯能看出來是屬于后期人為搭建的違法建筑，如樓頂搭建的藍色頂棚，空地處搭建的藍色板房等。對于這類違建，基于真正射影像就能很快識別出來。

圖2　竣工地形圖疊加影像底圖

隱蔽違建指顏色、結構與周圍建筑一致、難于區(qū)分的違法建筑。對于這類違建，將規(guī)劃竣工測量資料與影像底圖進行套合，結合實景三維模型逐層進行分析，實景三維模型上建筑形狀、結構、層數(shù)、面積與規(guī)劃竣工資料不符的，都是違法建筑。

根據(jù)違法建筑的圍合情況，可以將違法建筑分為棚和房兩大類，根據(jù)違法建筑的建筑材料與建筑結構，又可以進一步細分：現(xiàn)澆房、彩鋼房、玻璃房、現(xiàn)澆棚、彩鋼棚、玻璃棚、其他輕質棚、檐廊、亭子、室外樓梯、室外電梯、雨篷、陽臺、地下室等，如圖3所示。

圖3違法建筑樣例

為方便違法建筑判斷識別，可建立違法建筑識別樣本庫。根據(jù)每一類違法建筑，選擇一個或多個典型案例，截取相應正射影像和實地照片，作為違法建筑樣本，對違法建筑情況進行說明，建立違法建筑識別樣本庫，不僅讓違法建筑判斷識別直觀化、圖片化，另一方面也可以作為作業(yè)人員的培訓樣例，加快新作業(yè)人員上手，提高生產效率。

2.4　入庫數(shù)據(jù)制作

為實現(xiàn)程序自動提取違法建筑屬性信息，自動制作統(tǒng)計報表，需建立一套切實可行的違法建筑入庫數(shù)據(jù)結構，制作違法建筑入庫數(shù)據(jù)。違法建筑入庫數(shù)據(jù)屬性項如表1所示。入庫數(shù)據(jù)制作具體思路是：把整理的行政區(qū)劃圖和實景三維模型套合起來，并將行政區(qū)劃圖對應的屬性字段傳遞到實景三維模型中去，這樣，實景三維模型就有了表1中1、2、3、5項屬性；字段4的巡查時間根據(jù)數(shù)據(jù)獲取時間按片區(qū)批量填寫；字段6、7、8、9則需要從模型中人工量取和判讀獲得；字段10、11則根據(jù)字段8、9和模型中對應的尺寸信息自動計算；字段12則按片區(qū)批量填寫。

違法建筑入庫數(shù)據(jù)屬性項　　　　　　　　　　表1

2.5　違法建筑排查報告設計與模板定制

違法建筑排查報告主要包括違法建筑統(tǒng)計總表和增建建筑面積明細表。為方便違法建筑整治使用，違法建筑統(tǒng)計總表記錄了區(qū)域內所有違法建筑的序號、面積和對應明細表所在頁碼；增建建筑面積明細表記錄違法建筑所在小區(qū)、巡查日期、違法建筑序號、面積、屬性、違法建筑全貌圖(標識違建在小區(qū)內位置)和違法建筑側視圖(違法建筑在照片中的位置)等信息。

違法建筑報告模板對報告的封面及報告格式、違法建筑統(tǒng)計總表和增建建筑面積明細表內容進行規(guī)范。違法建筑統(tǒng)計總表記錄區(qū)域內所有違法建筑的序號、面積和對應明細表所在頁碼；增建建筑面積明細表記錄違法建筑所在小區(qū)、排查日期、違法建筑序號、面積、屬性、違法建筑全貌圖(標識違建在小區(qū)內位置)和違法建筑側視圖(違法建筑在照片中的位置)，簡明扼要地體現(xiàn)了執(zhí)法人員在違法建筑排查過程中需要的關鍵信息，同時也能和詳細信息進行關聯(lián)對照，如圖4所示。

圖4違法建筑報告模板

2.6　程序設計及功能實現(xiàn)

統(tǒng)計總表中需要實現(xiàn)從數(shù)據(jù)庫中自動提取數(shù)據(jù)并填入對應表格、從實景三維模型中自動截圖貼圖。為實現(xiàn)統(tǒng)計總表的快速制作，本文基于ArcGIS和.net開發(fā)框架，采用C#語言進行功能開發(fā)，主要實現(xiàn)三大功能：

(1)自動提取屬性數(shù)據(jù)。通過設置違法建筑數(shù)據(jù)路徑、面積保留位數(shù)、面積字段、樓層字段、備注字段、JPG(全貌圖)保存路徑、重采樣比率DPI等屬性，自動生成違法建筑統(tǒng)計總表和增建建筑面積明細表。

(2)自動準確指示違法建筑位置并截圖。本文基于ArcGIS制圖表達模塊，采用C#語言進行功能開發(fā)，實現(xiàn)指示箭頭自動放置，并根據(jù)圖斑制圖范圍自動判斷箭頭是否在范圍內，選取合適的指示方向。

(3)根據(jù)屬性數(shù)據(jù)和箭頭指向，自動截取模型影像。較人工截圖貼圖，使用該程序效率提升了數(shù)十倍，并保證成果美觀統(tǒng)一。

圖5　違法建筑排查報告快速制作程序

3　結　語

無人機傾斜攝影技術在違法建筑查處中的應用，解決了傳統(tǒng)違法建筑排查方式不能解決的問題。本文研究了違法建筑入庫數(shù)據(jù)技術，實現(xiàn)了違法建筑數(shù)字化、圖形化管理，設計了違法建筑排查報告模板，能夠為違法建筑整治工作提供客觀數(shù)據(jù)和證據(jù)，并基于數(shù)據(jù)庫技術研發(fā)了快速制作違法建筑排查報告程序，提升了違法建筑排查效率，切實有效服務違法建筑的全面清查和整治工作。