无人机违章建筑检测系统

无人机 违章建筑

背景

随着城市化的快速发展，房产价值的不断提升，非法占用土地新增违章建筑，或者改变原有建筑设计加盖违章建筑的事件层出不穷。尽管很多地方政府也都成立的专门的部门管理查处违章建筑，但是人力资源有限，信息途径有限，尽管已经加班加点，依旧难以得到上级领导肯定。

通过现代遥感空间信息技术，通过卫星、飞机、无人机等工具可以展开对地表的反复观测来发现新增的违章建筑。在我们以往的工作实践中，卫星因为分辨率有限，只能用于发现大的建筑变化（比如100平米以上），而常见的20平米~100平米之间的违章建筑用无人机则比较适宜。

无人机可以用倾斜测量的装置对地面开展全三维的信息获取，但是这是在大量各个角度的照片基础上的，要求拍摄密集很高，因此每次只能完成一小片区域，而且成本费用非常高。而我们用于变化检测的方案需要在有限时间有限空域机会下完成较大区域的扫描，因为要一个季度甚至一个月扫描一遍，所以对每次的费用是非常敏感的。

无人机定点拍摄法

我们这里使用“基于定点拍摄的无人机变化检测方法”（简称“定点拍摄法”）力图快速简单地解决问题。它的基本原理就是为待监测区域按照一定的标准设定一个固定的巡航路线，在固定的位置上以垂直向下的角度拍摄照片，然后比对两次照片的差异发现实质性的地表变化。

由于无人机本身的特性飞行轨迹和姿态不稳定以及成像的季节和时间，不可能获取完全同样的成像参数的相片，因此需要后续的校正和处理。下面以我们在深圳坪山区做的每月两次的违章建筑巡检系统为例展开讨论。

几何校正

首先是成像参数的差异，这里飞行的高度越高成像参数的影响就越小，因此我们希望能飞到无人机能申请到空域的上限，即500米。

1)获取的两次图像

2)通过控制点的粗校正

3)通过梯度场的精校正

辐射校正

其次是拍摄时间和太阳高度不同导致的阴影，如果在这样大的差异下看久了人的眼睛很容易疲软。可以通过图像处理的方法，减少阴影的明暗差异（不太可能完全消除）。

判读

通过上述几个步骤，就可以将两次拍摄的无人机影像在同一基准下加以判读。

比如这张图像中就有一处实质性的疑似违建的变化。

目前我们的工作主要还是依靠人工辨识，但是如果收集了足够多的样本，未来是有可能开展基于深度学习的自动识别的。

总结

相对于做成正射产品再做判读的方法（“正射产品法”）比较，“定点拍摄法”有以下优点：
1）图像真实性强，完全保持了两次拍摄的纹理信息。而如果数据获取量少，正射产品像法制作的影像建筑物周围都是混乱的纹理；
2）可以多个角度看到侧面，侧面变化对于识别小尺寸的违章建筑也是很有必要的，客户坪山区国土监察局就反复提到侧面搭盖的问题。

也有一些缺点：
1）对无人机的稳定性也有一定的要求，要买稍微好点的无人机；
2）飞控人员要根据预先设定好的方式重复飞行，不能随意更改航线；

此外，这个方法也可以用于工程的时序跟踪，制作成动画，类似我们用卫星制作的北京新机场的进展动画。

联系方式

陈甫 副研究员
中国科学院遥感与数字地球研究所
chenfu@radi.ac.cn
13811147935