無人機與地圖導航在違建偵查整治中的結合應用

李 鋒 施富強， 蔣耀港 廖學燕

1.西南交通大學機械工程學院，四川成都 610031；2.四川省安全科學技術研究院，四川成都 610045

隨著經濟的發展，城市不斷地擴張，城市及其周邊區域的違法建設活動愈發地猖獗。但近年來，隨著無人機影像獲取成本低廉、分辨率高和獲取周期可控等優點。目前，已有學者將無人機影像應用于違法建設的監測領域。曾凡洋等[1]和吳錦凡[2]的研究證實，可利用無人機對違法建設現象突出的區域進行低空攝影，得到高分辨率的正射影像，利用兩期影像對比篩查[3]，輔助相關執法部門整治違法建設行為。但是仍然存在以下問題：（1）文獻中，以年或者月為周期，篩查周期過長。雖然成效顯著，但是會使得區域內的違法建筑數量增多且處于已完工狀態的居多。在進行依法處理時，由于百姓經濟損失大易導致情緒失控與執法人員發生沖突；（2）文獻中，針對實際執法過程中，改建建筑物多在樓頂不易觀察、城鄉道路交通復雜找路難等問題，并未提及相關的實時導航輔助方法。因此，本文根據區域內的違法活動是否猖獗，相應動態地調整偵查的周期。通過無人機與地圖導航相結合的方式，輔助相關執法人員快速且準確地找到疑似違法建筑物。

1 研究方法

1.1 研究步驟

本文的研究步驟主要分為以下4個步驟如圖1所示。

圖1 技術流程圖

1.2 外業數據采集

1.2.1 無人機航測

由于本文研究區域為城鄉結合部區域，屬于人口密集區域。因此，本文以飛馬公司電動固定翼無人機F1000作為研究工具，如圖1所示，搭載索尼α5100數碼相機。

圖2 F1000無人機

在航線設計上，根據飛馬公司提供的無人機管家軟件，進行任務規劃，繪制測繪區域。根據區域地形和測繪參數，自動生成完整的任務航線，如圖3所示。

圖3 航線設計

1.2.2 像控點布設與采集

根據《低空數字航空攝影規范》[4]中的有關規定，像控點的目標影像布設應清晰，利于刺點。同時，根據實際生產經驗，對F1000的大比例測圖控制點布設采用表1所示方案。最后，利用RTK進行像控點測量。

表1 控制點布設

1.3 航測內業數據處理

1.3.1 軟件選擇

由于本項目應用的重點是偵查，所以要求影像處理軟件具有自動化程度高、操作簡便、精度較高等優點，因此綜合考慮之后選擇Pix4D軟件。

1.3.2 正射影像制作

Pix4D軟件生成正射影像大致流程如圖4所示。

圖4 正射影像制作流程

1.4 疑似違建偵查

1.4.1 多期影像篩查

本文首先采用ENVI軟件對多期影像進行地理坐標配準，然后運用影像分析功能對多期影像進行目視解譯完成偵查工作，如圖5所示。

圖5 兩期影像目視解譯

1.4.2 相關信息標記

對偵查到的疑似違法建筑物進行坐標標記并截取相關疑似違法建筑物近遠景的圖片，近景作為執法證據，遠景作為導航時的輔助信息。最后，對所有數據進行整合并存檔。

1.5 導航協助查處違建

1.5.1 上傳導航信息

首先，在導航軟件（電腦端）中導入影像中疑似違建區域的經緯度，同時上傳對應點的近遠景截圖。

1.5.2 與執法部門共享

將導航信息整理完畢后，與相關的執法部門進行共享。相關執法部門利用導航軟件（手機端）快速地導航到違法建筑物所在地，依據相關資料進行核實后對違法建筑物依法處理。

2 研究結果與分析

2.1 研究區域概況

本文以四川省攀枝花市米易縣城及其周邊區域為研究區域。

2.2 研究結果與分析

2.2.1 篩查結果

根據陪同執法人員現場執法，發現現場一般有如下特征物：建材、混凝土攪拌機和挖掘機等特征物，如圖6～8所示。

圖6 建材

圖7 混凝土攪拌機

圖8 挖掘機

根據與執法人員交流，根據疑似違法建筑物的特點可分為三類：（1）新建；（2）擴建；（3）加建，如圖9～11所示。

圖9 新建一周前后對比圖

圖10 改建一周前后對比圖

圖11 加建一周前后對比圖

通過以上信息和市場調研，發現：（1）若在影像中發現有特征物，應注意周邊是否存在未動工或已動工的疑似違法建筑物；（2）彩鋼瓦結構雖然建設速度最快，但成本較低；（3）磚木結構雖然建設速度慢，但成本較高。因此，若偵查周期較長，待磚木結構的違法建筑物修建完成后進行拆除，百姓的經濟損失最為嚴重。從而，易造成與執法人員發生沖突。

2.2.2 導航結果（圖6）

圖12 導航結果

針對相關執法部門，城市區域執法過程中，由于城市區域樓層高而違建多在樓頂不易觀察問題、城市周邊區域道路交通復雜找路難問題，本文采用疑似違建物區域的經緯度坐標進行導航，同時用該區域內的截圖輔助導航。相較于使用地名導航，使用經緯度坐標導航的精度更高。在執法過程中，執法人員通過打開導航軟件（手機版）利用GPS定位當前位置并設為起點，將已標記的疑似違法建筑物坐標設為終點便可生成相應的導航圖。

3 結語

本文是結合實際項目進行開展，具有一定的實際意義。針對違法建筑物“早發現、易解決”的特點，以疑似違法建筑物的偵查為角度，以實際執法中減少百姓經濟損失和利于執法工作的開展作為主要研究意義。根據相關城建部門的需求，將無人機航攝技術、地理信息技術和地圖導航技術結合運用于違法建設活動的偵查，解決了原部門違法建設整治工作中出現的人力物力耗費大、成效小、偵查不全面、找路難等問題，具有一定的推廣意義。