徐震 林小明

摘要：运用无人机低空遥感技术对村庄农房定期航测，运用最大似然法对数字正射影像（DOM）监督分类，识别提取农房建设点。同时利用GIS开发监测平台，比对建设点的实景三维模型与农房建设数据库并鉴别建设性质，识别未批先建、少批多建、随意建等违法类型，便于对合法建设点的监督和对违建点的拆违处理，实现农房建设监测的现代、信息化管理。

Abstract：  In this paper， we use the low-altitude remote sensing technology of UAV to conduct regular aerial surveys on rural houses， and use the maximum likelihood method to supervise and classify the Digital Orthophoto Map （DOM） to identify and extract the rural house construction points. At the same time， the monitoring platform of GIS is used to compare the real-life 3D model of the construction site with the rural house database and identify the nature of the construction， and identify illegal types such as unapproved construction， less batch and more construction， and random construction， so as to facilitate the supervision of legal construction sites. The dismantling and disregard of the illegal construction sites will realize the modern and information management of the monitoring rural house construction.

关键词：农房建设;无人机;低空遥感;倾斜摄影;GIS 监测

Key words： rural house construction;Unmanned Aerial Vehicle;low-altitude remote sensing;oblique photography;GIS monitor

中圖分类号：P237                                          文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）07-0151-03

0  引言

党的十九大报告提出实施“乡村振兴”战略，“三农”问题是全党工作重中之重，必须坚持农业农村优先发展，按照产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕的总要求，建立健全城乡融合发展体制机制和政策体系，加快推进农业农村现代化。

近年来，随着农村经济的快速发展和城镇化建设的不断推进，农房建设与更新面广量大，但农房建设杂乱无序问题日趋严重，严重制约乡村的健康发展[1]。违法占用土地、违反规划建设等行为侵犯了国家的利益，给国家造成不可估量的资源损失，如何科学、高效地监测农房建设已是目前农村可持续发展过程中亟待解决的问题。运用无人机低空遥感技术快速获取和鉴别农房建设点，同时运用GIS平台实现农房建设监测的现代化、信息化管理[2，3]，着力构建“发现、鉴别、查处、跟踪监督、存档”为一体的建设监测体系。

1  农房建设监测现状

目前，常用的建筑物建设监测方法主要有卫星遥感监测、无人机航摄监测和人工巡查。卫星遥感影像的客观性、准确性和高时效性在城市高频变化监测中发挥重要辅助作用，但其数据获取较为昂贵、更新周期较长、缺乏良好的机动性，不适用于农房布局较为分散、有林木遮挡的乡村地区。人工巡查虽然准确度最高，但其巡查需耗费大量人力、物力和财力且效率低，同样不适用于地广人稀的乡村地区。随着近年来无人机技术的快速发展，无人机具有性价比高、对气候依赖小、分辨率高、机动灵活等优势，广泛运于各类动态监测中[4]。

2  无人机低空遥感与GIS的监测方法

2.1 低空遥感与GIS简介

低空遥感主要以无人机为飞行平台，运用飞行平台上搭载的遥感设备对地面目标进行远程感知。无人机航测时倾斜摄影设备同时从垂直、倾斜等角度采集影像，获取地面物体的三维信息，可重建地面物体的三维真实模型，实现距离、高度、面积和体积的量算。

GIS是计算机科学、地理学、测量学和地图学等多门学科的交叉学科[5]，运用GIS作为监测平台实现图形、模型和文字属性的交互式查询、分析与管理，提升监测效率，推进农房建设监测现代化、信息化进程。

2.2 监测框架

利用无人机定期航测村庄农房，采集遥感数据，生产DOM和实景三维模型成果。然后对DOM成果进行监督分类、比对并提取农房建设点，同时利用GIS监测平台，比对建设点的实景三维模型与农房建设数据库并鉴别农房建设，对农房建设点进行跟踪和监督，实现农房建设的现代化、信息化监测与管理。如图1为监测框架示意图。

2.3 无人机工作流程——前处理

无人机工作流程主要包括以下几个方面：相关设备准备、技术方案设计、现场勘查与像控点布置、航线规划与参数设置、无人机航测采集数据、数据处理与解算、DOM与实景三维模型成果导出。

2.3.1 DOM生产

DOM生产采用Agisoft Photoscan软件，完成对影像的数字纠正、镶嵌，快速生成DOM。

2.3.2 三维实景建模

三维实景建模采用目前比较成熟的Smart3D Capture软件，对影像和POS数据自动匹配空三、构建TIN模型、真实纹理映射等过程完成实景三维模型的建立。

2.4 GIS平台管理——后处理

依据监测框架需要，完善GIS监测平台的后处理流程和设计农房建设GIS监测平台架构。GIS监测平台包含四大逻辑层：用户层、业务层与数据库层，分别实现用户层面的信息交互、业务层面的数据处理和数据库层面的数据管理。如图2为GIS监测平台的后处理流程图。

3  农房建设监测

3.1 研究区概况

研究区以宝应县杨蒋村为例，杨蒋村位于宝应县小官庄镇西北，区域面积5.5km2，耕地面積4350亩，水面200亩。现有13个村民小组，总户数909户，总人口3220人，其中劳动力1680人。2015年，居民人均可支配收入18500元，实现村集体经营性收入28万元。杨蒋村于2016年在扬州市国土资源局的帮扶下启动了“田园乡村”综合体规划项目，逐步推进乡村振兴。

3.2 图斑变化提取

运用最大似然法对正射影像（DOM）进行监督分类，提取农房图斑。将农房图斑与前一时段的农房图斑进行对比分析，提取农房建设点，制作农房建设点分布图。如图3为农房提取结果，如图4为农房建设点分布图。

3.3 三维实景鉴别

农房建设点包括了合法与非法的建设点，需要根据实际情况对其筛选与分类，对合法的建设点进行监督;对非法的建设点进行深入核查与取证，为下一步的拆违做好基础工作。如图5为农房筛选鉴别逻辑图。

将农房建设点的三维模型与GIS平台的农房建设数据库（农房建设规划数据库、农房土地利用数据库、农房建设审批数据库等）匹配，赋予三维模型建筑单体相关属性信息，根据建设现状与属性信息比对，对建设点筛选分类后存入数据库。如图6为建设点实景三维模型，如图7为建设点农房信息展示界面。

3.4 全程跟踪监督

监管人员实地调查农房违建点并下达违建拆除通知和处罚通知，完善违章建设数据库信息，做好拆违准备工作。

定期使用无人机航测拆违点，跟踪农房拆违进度;同时对合法建设的农房进行监督，及时发现并制止违建行为，营造良好的农房建设环境，助力农房建设健康发展。

3.5 成果归档入库

为了便于数据高效共享与多元化利用，将定期航测的农房数据存入相应的数据库中，并定期对数据进行整理和统计，为部门决策提供参考。

4  小结与展望

无人机技术解决了农房建设信息采集困难的问题，无人机的高分辨率和高时效性弥补了传统影像技术的不足，实现农房建设信息采集的常态化与高效化。同时，通过倾斜摄影技术构建农房三维模型，全面形象化展现农房的建设现状，为快速化、准确化界别农房的建设提供技术支持，简化监管人员现场核查的繁琐流程，提升工作效率。运用GIS平台实现了农房建设数据的高效处理与科学管理，同时便于数据的分类存储、查阅、交换与共享。此外，实景三维模型可为村庄规划、村庄环境整治、土地确权、村庄格局研究、古建保护等提供数据支持，逐步推进“智慧乡村”建设。

作为近年来发展起来的一项高新测绘技术，仍有些方面存在不足：例如农房分布比较密集以及树木遮挡等问题导致农房影像信息缺失，影响三维建模成果质量，需要人工进行修补，无疑增加了监测工作的任务量，但随着测绘技术的不断发展，这些问题将会得到改善，更好地为乡村建设服务。

参考文献：

[1]吴桂莲，杨子江，李峻峰.农村城镇化建设过程中农房建设的可持续发展[J].安徽农业科学，2009，37（14）：6682-6684+6688.

[2]Yanglina， Chitianhe， Pengling， et al. Research of illegal building monitoring system construction with 3S integration technology[C]. International Conference on Information Science and Engineering， 2011： 3908-3911.

[3]王永乔.基于“3S”技术的违法建筑及设施影像监测信息系统设计与实现[J]. 测绘与空间地理信息，2011，34（03）：71-73，77，80.

[4]朱建伟，袁国辉.基于倾斜摄影测量技术的无人机城市建筑监测系统在违建查找中的应用[J].工程勘察，2017，45（07）：59-62.

[5]周叙.GIS技术在旧城改造中的应用[J].测绘通报，2008（06）：58-60.