麗水市違章建筑管理GIS系統(tǒng)建設(shè)

　　摘 要: 無人機(jī)傾斜攝影的高分辨率影像數(shù)據(jù)生成的三維影像數(shù)據(jù)具有直觀、逼真、可量測的特點。針對目前屋頂建筑違章數(shù)據(jù)難采集、精度低的問題，提出使用三維影像數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)字測圖軟件生產(chǎn)違章建筑數(shù)據(jù)，生產(chǎn)周期短、現(xiàn)勢性強(qiáng)。使用 PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫和 ESRI 的 ArcSDE 空間數(shù)據(jù)庫引擎管理違章數(shù)據(jù)，調(diào)用測繪部門的房屋分層分戶數(shù)據(jù)服務(wù)、各時期影像數(shù)據(jù)等，構(gòu)建麗水市違章建筑管理 GIS 系統(tǒng)，實現(xiàn)違章建筑數(shù)據(jù)的有效管理和可持續(xù)更新，為城市管理提供數(shù)據(jù)支撐和決策依據(jù)。

　　本文源自陳再輝;朱曉燕;葉秀芬;， 測繪與空間地理信息 發(fā)表時間：2021-05-25

　　關(guān)鍵詞: 違章建筑; 傾斜攝影; GIS; PostgreSQL

　　0 引 言

　　2013 年以來，浙江在全省范圍內(nèi)開展“三改一拆”專項行動。城市違章建筑識別與監(jiān)管是城市規(guī)劃管理部門的一項重要工作，目前違章建筑識別主要靠人工巡視，投入大，效率低。為了探索效率較高的違章建筑識別和具體的違章面積，有效地開展違章建筑治理，文獻(xiàn)[1]基于傾斜攝影建設(shè)的無人機(jī)城市建筑監(jiān)測系統(tǒng)，通過對同一區(qū)域不同時相建筑物的實景真三維模型和正射影像圖數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，根據(jù)面積變化、高度變化、灰度變化等確定疑似變化區(qū)域[1]。文獻(xiàn)[2]利用北斗無人機(jī)搭載航空攝影設(shè)備獲取定點區(qū)域遙感數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)通信傳輸模塊，將獲取數(shù)據(jù)實時上傳進(jìn)行處理，實現(xiàn)違章建筑的持續(xù)變化監(jiān)測[2]; 文獻(xiàn)[3]—[4]使用無人機(jī)航空攝影方法，獲取區(qū)域高分辨率影像數(shù)據(jù)，生成正射影像圖，通過前后期影像比對，識別疑似的違章建筑。文獻(xiàn)[1]—[2]使用軟件進(jìn)行處理，實時性強(qiáng)，自動化程度高; 文獻(xiàn)[3]—[5]采用人工判別，工作量大; 文獻(xiàn)[1]—[5]均是基于影像的對比分析，優(yōu)點是適合于大范圍數(shù)據(jù)處理，缺點是需要兩期以上的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，分析結(jié)果幾何精度較低。

　　本文基于無人機(jī)傾斜攝影的高分辨率影像數(shù)據(jù)生成三維模型數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)字測圖軟件，繪制屋頂違章建筑邊界，輸入違章建筑的材質(zhì)、面積等屬性數(shù)據(jù)，輸出違章測量數(shù)據(jù)。并結(jié)合歷年衛(wèi)星影像和航攝影像數(shù)據(jù)服務(wù)、房屋坐落位置數(shù)據(jù)服務(wù)、房產(chǎn)分層分戶圖數(shù)據(jù)接口、公共服務(wù)平臺上的矢量地圖數(shù)據(jù)服務(wù)和影像地圖數(shù)據(jù)服務(wù)接口，開發(fā)違章建筑管理 GIS 系統(tǒng)。

　　1 系統(tǒng)架構(gòu)

　　1.1 系統(tǒng)體系架構(gòu)

　　在充分分析浙江現(xiàn)有房產(chǎn)數(shù)據(jù)和城建檔案數(shù)據(jù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合城市管理部門和政府決策部門在城市綜合管理、“三改一拆”等方面的應(yīng)用需求，采用現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和最新的空間信息技術(shù)，按照統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)整合麗水市“三改一拆”工作中獲取、生產(chǎn)、加工的各類地理信息資源，建立地理信息資源數(shù)據(jù)庫。以“三改一拆”相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，通過深入分析現(xiàn)有房產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)及應(yīng)用功能，完成違章建筑管理 GIS，包括移動終端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、C/S 端數(shù)據(jù)入庫子系統(tǒng)、B/S 端數(shù)據(jù)發(fā)布子系統(tǒng)。

　　麗水市違章建筑管理 GIS 由運行支撐層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層 4 個層次有機(jī)組成。系統(tǒng)體系架構(gòu)如圖 1 所示。

　　1.2 服務(wù)層

　　違章建筑管理 GIS 提供包括地圖服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、查詢服務(wù)、統(tǒng)計服務(wù)、處理服務(wù)等多種服務(wù)，并通過服務(wù)管理系統(tǒng)實現(xiàn)統(tǒng)一管理，可滿足麗水市城市管理部門的一般性空間定位需求，用戶主要通過網(wǎng)站獲得所需的行業(yè)信息，且可快速定位到相關(guān)區(qū)域?qū)?ldquo;違法建筑”設(shè)施進(jìn)行查詢、核對、分析及統(tǒng)計等工作。

　　1.3 系統(tǒng)功能

　　1) B/S 數(shù)據(jù)發(fā)布子系統(tǒng)

　　系統(tǒng)功能包括地圖操作、查詢統(tǒng)計、報表輸出、門戶管理。功能結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

　　2) C/S 端數(shù)據(jù)入庫子系統(tǒng)

　　①屬性數(shù)據(jù)入庫。實現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)的錄入、編輯及查看等相關(guān)功能。

　　②數(shù)據(jù)入庫。把移動端采集的屬性數(shù)據(jù)導(dǎo)入到 PostgreSql 數(shù)據(jù)庫中，現(xiàn)場拍攝的照片和視頻文件作為原始數(shù)據(jù)以文件形式保存。

　　現(xiàn)場測繪的屬性數(shù)據(jù)導(dǎo)入到 PostgreSql 數(shù)據(jù)庫中，現(xiàn)場繪制的草圖作為原始數(shù)據(jù)以文件形式保存。

　　1.4 開發(fā)方法

　　系統(tǒng)采用面向服務(wù)的架構(gòu)( Service-oriented Architecture，SOA) 進(jìn)行開發(fā)，數(shù)據(jù)庫平臺采用 PostgreSQL，空間數(shù)據(jù)庫引擎采用 ESRI 的 ArcSDE10. 3，系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境采用 Visual Studio 2012 .NET，使用 C#開發(fā)語言，基于 ESRI 的 ArcServer 環(huán)境實現(xiàn)各類 Web GIS 空間服務(wù)。瀏覽器端利用 JavaScript API、EXT JS 等技術(shù)調(diào)用數(shù)據(jù)服務(wù)和地圖服務(wù)，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計及處理等功能。移動端采用 Android 平臺進(jìn)行，使用 Java 開發(fā)語言。

　　2 數(shù)據(jù)建設(shè)

　　2.1 數(shù)據(jù)建設(shè)

　　1) 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)

　　基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)是從測繪院提供的 2017 年最新基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)中選取的圖層要素，包含矢量數(shù)據(jù)、衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)和航攝影像數(shù)據(jù)。其中，覆蓋市中心區(qū)域( 蓮都區(qū)、青田縣、縉云縣、遂昌縣、松陽縣、云和縣、慶元縣、景寧縣、龍泉市) 的數(shù)據(jù)從 1 ∶500 比例尺基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中提取。

　　2) 違建信息數(shù)據(jù)

　　違建數(shù)據(jù)使用多旋翼無人機(jī)傾斜攝影，航拍地面分辨率為 5 cm，基于 CORS 系統(tǒng)使用 GPS RTK 方法采集像控點數(shù)據(jù)。原始影像、POS 數(shù)據(jù)、相機(jī)參數(shù)和控制點數(shù)據(jù)導(dǎo)入 Smart 3D 軟件，通過空中三角測量、控制點量測、測量平差等步驟建立三維模型數(shù)據(jù)。將三維模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入清華三維軟件，采集屋頂違章建筑閉合的邊界線，在屬性中記錄違章建筑的材質(zhì)。將生成矢量線畫圖，導(dǎo) 出 為 SHP 格式的面數(shù)據(jù)。

　　3) 勘驗筆錄數(shù)據(jù)

　　勘驗筆錄數(shù)據(jù)來源于麗水市城市管理的執(zhí)法人員現(xiàn)場執(zhí)法采集的數(shù)據(jù)。

　　4) 房產(chǎn)信息數(shù)據(jù)

　　房產(chǎn)信息數(shù)據(jù)主要來源于麗水市已有的房產(chǎn)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，包括丘、幢、戶 3 張表。

　　5) 現(xiàn)場測繪數(shù)據(jù)

　　現(xiàn)場測繪數(shù)據(jù)是由測繪中心現(xiàn)場測繪所得到的數(shù)據(jù)，包括測繪到的屬性數(shù)據(jù)和 CAD 數(shù)據(jù)。

　　2.2 數(shù)據(jù)服務(wù)

　　1) 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)服務(wù)。主要來源于麗水市政務(wù)版矢量數(shù)據(jù)服務(wù)、衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)服務(wù)、航攝影像數(shù)據(jù)服務(wù)。

　　2) 違章建筑信息數(shù)據(jù)。基于傾斜攝影三維模型生產(chǎn)的屋頂違章建筑數(shù)據(jù)發(fā)布成動態(tài)地圖服務(wù)。

　　3) 勘驗筆錄數(shù)據(jù)服務(wù)。對移動端采集到的屬性數(shù)據(jù)、圖片、視頻發(fā)布成服務(wù)。

　　4) 房產(chǎn)信息數(shù)據(jù)服務(wù)。數(shù)據(jù)來源于麗水市現(xiàn)有的房產(chǎn)測量數(shù)據(jù)庫。

　　5) 現(xiàn)場測繪數(shù)據(jù)服務(wù)。對測繪采集的違章建筑數(shù)據(jù)發(fā)布成動態(tài)地圖服務(wù)。

　　3 支撐環(huán)境建設(shè)

　　3.1 硬件環(huán)境

　　使用政務(wù)云服務(wù)器，操作系統(tǒng) Windows Server 2012 R2，內(nèi)存 32 G，存儲 500 G。

　　3.2 軟件環(huán)境

　　購置 ArcGIS 軟件一套，用于構(gòu)建集中管理、支持多用戶、具備高級 GIS 功能的企業(yè)級 GIS 應(yīng)用與服務(wù)，支持空間數(shù)據(jù)管理、二維三維地圖可視化、數(shù)據(jù)編輯、空間分析等即拿即用的應(yīng)用和類型豐富的服務(wù)。ArcGIS Server 支持桌面定制的應(yīng)用、移動設(shè)備以及基于瀏覽器客戶端的訪問。購置相關(guān)業(yè)務(wù)軟件等。

　　3.3 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

　　使用政務(wù)網(wǎng)，方便城管局機(jī)關(guān)和各個片區(qū)分局使用。

　　4 結(jié)束語

　　本文基于傾斜攝影的高分辨率影像數(shù)據(jù)生成的三維模型生產(chǎn)屋頂違章建筑數(shù)據(jù)，采集周期短，數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性好，幾何位置精度較高。使用三維模型數(shù)據(jù)采集違章建筑的邊界線，與傳統(tǒng)的正射影像相比，更加清晰、直觀。通過違章建筑管理系統(tǒng)，實現(xiàn)違章建筑數(shù)據(jù)的有效管理。系統(tǒng)調(diào)用房產(chǎn)數(shù)據(jù)服務(wù)接口，將房產(chǎn)分層分戶平面圖和房屋坐落平面圖調(diào)入系統(tǒng)，查看違章數(shù)據(jù)的同時，可以根據(jù)需要查閱房屋的分層分戶圖。調(diào)用麗水市地理信息公共服務(wù)平臺的現(xiàn)有數(shù)據(jù)服務(wù)，保證麗水市違章建筑管理 GIS 的建設(shè)能和平臺數(shù)據(jù)無縫對接和資源共享。通過對比各個年份的影像數(shù)據(jù)，可以分析違章建筑出現(xiàn)的時間，為城市管理提供數(shù)據(jù)支撐和決策依據(jù)。

　　系統(tǒng)采用的開發(fā)框架使得基礎(chǔ)運用和二次開發(fā)不受開發(fā)環(huán)境和操作系統(tǒng)等限制，減少了客戶端和服務(wù)器之間的交互次數(shù)和網(wǎng)絡(luò)往返次數(shù)，降低了編組開銷，增強(qiáng)了系統(tǒng)性能，同時也考慮了技術(shù)平臺的無關(guān)性，便于服務(wù)的實現(xiàn)、升級和維護(hù)，有利于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。