无人机技术在建筑区变化监测中的应用

武汉市洪山高中 龙静怡

湖北省航测遥感院 刘 鹏

1 引言

农村建筑区过去一般沿着河流道路呈带状分布，随着美丽乡村建设的推进，农村宅基地建设正向小城镇化或集约化方向发展，这符合城市化发展的要求。如何对广大的农村建筑区的发展进行廉价而有效的监测和引导，是摆在相关政府部门面前的一个问题。利用何种方式为政府决策提供有效数据支撑，是本文探讨的课题。

2 建筑区变化监测的方法

2.1 监测的途径

建筑区监测的途径有以下几种：利用人工进行调查和测量；利用航空影像或卫星影像进行监测；利用最新的地形图进行监测；利用无人机航摄结合地理国情调查成果进行监测。

2.2 优势比较

利用人工进行调查和测量，成本高、效率低；利用航空影像或卫星影像进行监测，成本高，周期长。利用最新的地形图进行监测时效性差，如果专门为监测进行地形图测绘，相较前者成本更高。利用无人机航摄结合地理国情调查成果进行监测，时效性、效率及成本的优势明显。2014年全国开展了地理国情普查，2016年、2017年进行了基础地理国情监测，这些数据为监测提供了基础数据，利用无人机获取监测区的最新影像，具有作业方式灵活、快捷，效率高(一架次40或80平方公里)，数据易解译，便于携带，成本低、易维护，智能化程度高等特点。

3 无人机选型

3.1 民用无人机种类及特点

民用无人机按平台分类，主要有固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机三种，用于摄影测量各自特点如下：

固定翼无人机飞行速度快，在相同飞行环境下，航线稳定性较好；无人直升机灵活性强，可原地垂直起飞、悬停，但航线稳定性差；多旋翼无人机起降方式和灵活性介于固定翼和直升机之间，优势是价格便宜，操作简单，但其航线稳定性也差。

3.2 无人机选型

监测类民用无人机常使用固定翼无人机或多旋翼无人机。鉴于精准定位、降低成本、一图多用的设想，无人机获取的影像除了生产正射影像外，还要求能满足地形图测绘的要求，这对航线的稳定性提出更高要求。因此固定翼无人机为最优选择。

4 无人机技术监测宅基地变化的策略设计

利用固定翼无人机对监测区进行低空摄影→通过空三加密、正射影像处理得到监测区正射影像→自动（或人工）解译→套合基础性地理国情监测地表覆盖数据，进行建筑增量识别→生成监测成果报告。

5 在某县美丽乡村建设宅基地监测的应用案例

5.1 利用固定翼无人机获取某县影像

5．1．1 无人机型号与参数

选用固定翼无人机KC2000进行监测区影像获取。KC2000技术参数见表1。

表1

5．1．2 航摄参数设置

相机类型：Canon EOS 5DS，镜头焦距为35.0mm，像幅大小：36mm*24mm。航向重叠：78.1%；旁向重叠：49%；地面分辨率：0.0794米；成图比例尺为：1:1000；基准面高程：30米；相对航高：670.67米；航线间距：351.81米。

图1

5.2 航摄任务及范围

本次航摄任务为某县开发区，面积约60平方公里，航摄范围见图2，设计地面分辨率优于0.1米，能满足1：1000地形图测绘的要求。

图2

5.3 航线设计

图3

5.4 建筑区解译与变化监测

建筑区解译有两种方式：一种是自动解译；另一种是人工解译。自动解译优点是速度快，缺点是分类不够精确，特别是高精度影像的居民地，分类精度不高。本项目中主要利用人工解译方法进行房屋及宅基地解译。

人工解译的具体方法为：对不同期影像进行叠加，分析变化区域，通过人工方式，采集新增或消失的房屋建筑区。解译的变化区域监测成果提交给相关部门，进行跟踪处理及相关分析，为政府决策提供可靠依据。

5.5 变化监测成果

图4为2017年3月获取的监测区影像数据，图5为通过人工解译表达的建筑或建筑区。图6是2017年8月获取的监测区影像数据，建筑或建筑区正在发生着显著的变化。

图7为该开发区人工解译表达的建筑或建筑区。可看出随着美丽乡村建设的要求，农村宅基地建设改变了过去沿着河流道路呈带状分布的特点，正向小城镇化或集约化方向发展。

图4

图5

图6

图7

6 结论和讨论

基于无人机的建筑区变化监测，具有时效性强，监测区域规划机动、灵活，成本低等优势，在美丽乡村建设、建筑区变化，以及基础性地理省情、市情、县情监测等长期性、周期性的监测中，无人机可以得到广泛应用。同时通过收集卫星影像、航空影像、各种比例尺地形图数据以及专题数据，建立监测数据库，能更加有效的提供更全面、更新，时效性、规律性更强的数据，从而为政府决策提供数据支持。

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