利用遙感技術(shù)進(jìn)行城市規(guī)劃動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的研究

鄭建敏

(合肥市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，安徽合肥 230061)

1 引言

我國(guó)正處于城鎮(zhèn)化高速發(fā)展期，大量的人口擁向城市，城市規(guī)模迅速膨脹，可持續(xù)發(fā)展成為一個(gè)首要任務(wù)擺在城市規(guī)劃管理者面前。因此，關(guān)注城鄉(xiāng)環(huán)境、城鎮(zhèn)聯(lián)合發(fā)展、城鄉(xiāng)互動(dòng)等已成為共識(shí)。近年來(lái)，隨著高光譜和高分辨率遙感影像的普及，遙感技術(shù)為城鄉(xiāng)規(guī)劃監(jiān)測(cè)提供了新的技術(shù)手段和方法，通過(guò)對(duì)多時(shí)相、多源遙感數(shù)據(jù)的正射校正、影像融合、圖像處理和影像判讀尋找變化，確定變化圖斑，通過(guò)對(duì)影像數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，確定變化圖斑的范圍、面積、屬性、變化時(shí)間點(diǎn)等，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為維護(hù)城市規(guī)劃的嚴(yán)肅性和權(quán)威性提供客觀、科學(xué)的決策依據(jù)。

2 技術(shù)路線

利用衛(wèi)星遙感技術(shù)輔助規(guī)劃督察工作，主要利用多源、多時(shí)相遙感影像進(jìn)行幾何糾正、配準(zhǔn)、融合等預(yù)處理，輔助配準(zhǔn)城市總體規(guī)劃圖，使多源數(shù)據(jù)統(tǒng)一在相同的坐標(biāo)系空間，進(jìn)行變化信息粗提取，采集變化圖斑，疊加城市總體規(guī)劃圖，分析得出變化圖斑的規(guī)劃用地性質(zhì)、面積、變化前后幾期用地性質(zhì)及涉及城市綠線、紫線、黃線和藍(lán)線等城市規(guī)劃強(qiáng)制性內(nèi)容的圖斑數(shù)量及面積，提交規(guī)劃局核對(duì)變化圖斑審批情況并上報(bào)部稽查辦、對(duì)圖斑和審批情況分析提出重要建議。

技術(shù)路線流程如圖1所示。

2.1 影像幾何糾正

圖1 遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提取變化圖斑技術(shù)路線流程圖

選用遙感影像處理軟件ERDAS的幾何糾正模塊進(jìn)行糾正，考慮到研究區(qū)地勢(shì)平坦，高差很小，進(jìn)行幾何糾正，控制點(diǎn)選擇時(shí)遵循均勻分布、特征明顯、足夠數(shù)量幾個(gè)原則。利用二次多項(xiàng)式模型時(shí)至少需要6個(gè)控制點(diǎn)，對(duì)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)糾正精度的影響進(jìn)行了試驗(yàn)，通過(guò)選取不同數(shù)量控制點(diǎn)糾正同一景影像，發(fā)現(xiàn)控制點(diǎn)數(shù)量在9個(gè)～15個(gè)時(shí)，糾正精度較好，且數(shù)量適中，可以節(jié)省作業(yè)時(shí)間，當(dāng)精度要求較高時(shí)，可適當(dāng)增加控制點(diǎn)數(shù)量［1］。

2.2 多源數(shù)據(jù)配準(zhǔn)

將城市總體規(guī)劃圖與多期的遙感影像進(jìn)行幾何配準(zhǔn)，使其統(tǒng)一在相同坐標(biāo)系空間中。

2.3 影像融合［2］

采用PANSHARP融合方法，能夠提高空間分辨率的同時(shí)保證色彩不失真，將遙感影像多光譜波段與全色波段進(jìn)行融合，融合后的影像，更加容易判讀建設(shè)用地變化信息。

2.4 變化圖斑提取

利用幾何糾正后的多期影像，進(jìn)行歸一化處理，采用光譜特征變異、圖像差值等計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理方法突出發(fā)生變化的部分，初步提取變化圖斑，在其基礎(chǔ)上，輔助人工目視解譯，在ArcGIS［3］軟件中疊加前后幾個(gè)時(shí)相的影像提取變化信息、建立圖斑屬性表及進(jìn)行變化圖斑拓?fù)涮幚怼⑴c總規(guī)圖斑進(jìn)行疊加分析，得出變化圖斑的規(guī)劃用地性質(zhì)、面積、變化前后幾期用地性質(zhì)及涉及城市綠線、紫線、黃線和藍(lán)線等城市規(guī)劃強(qiáng)制性內(nèi)容的圖斑數(shù)量及面積，外業(yè)調(diào)查整理成果，返回交給內(nèi)業(yè)對(duì)解譯的變化圖斑進(jìn)行修改，形成城市規(guī)劃遙感監(jiān)測(cè)分析報(bào)告，最后提供規(guī)劃局核對(duì)變化圖斑審批情況。

3 實(shí)例分析

3.1 資料情況

以合肥市XX鎮(zhèn)為例，使用了資源二號(hào)衛(wèi)星遙感影像、SPOT5、P5等多源衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，多時(shí)相遙感影像時(shí)相分別為2009年1月27號(hào)(SPOT5)、2010年4月9日(SPOT5)、2011年4月20日(資源二號(hào))和2011年10月10日(P5)，四期衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)分辨率分別為 2.5 m、2.5 m、2 m和 2.5 m。選用2009年 IKONOS(1 m)正射影像作為控制資料。幾何糾正和配準(zhǔn)時(shí)作為參考影像。

城市總規(guī)圖，XX鎮(zhèn)規(guī)劃實(shí)施情況的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，主要以合肥市XX鎮(zhèn)總體規(guī)劃圖為參考依據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

經(jīng)過(guò)影像幾何糾正、配準(zhǔn)、融合、鑲嵌和裁剪，影像圖分布如圖2所示。

圖2 合肥市XX鎮(zhèn)多源、多時(shí)相遙感影像分布圖

3.3 變化圖斑位置分布情況

經(jīng)2009年1月～2011年10月監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)變化圖斑的位置分布在城市規(guī)劃建設(shè)用地范圍內(nèi)，城市有明顯的重點(diǎn)建設(shè)區(qū)域，其中變化圖斑共57個(gè)，面積1.074 2 km2，如圖3所示。

3.4 涉及城市規(guī)劃強(qiáng)制性內(nèi)容變化圖斑基本情況

涉及城市規(guī)劃強(qiáng)制性內(nèi)容的變化圖斑，是指變化圖斑用地性質(zhì)的變化情況涉及城市綠線、紫線、黃線和藍(lán)線等城市規(guī)劃強(qiáng)制性內(nèi)容。經(jīng)2009年1月至2011年10月監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)涉及城市規(guī)劃強(qiáng)制性內(nèi)容變化圖斑共9個(gè)，面積 0.147 5 km2。(見表1、2)。

涉及城市規(guī)劃強(qiáng)制性內(nèi)容變化圖斑統(tǒng)計(jì)表 表1

圖3 合肥市XX鎮(zhèn)2011年遙感監(jiān)測(cè)變化圖斑位置分布圖

主要涉及城市規(guī)劃強(qiáng)制性內(nèi)容分類情況統(tǒng)計(jì)表 表2

(1)涉及城市綠線內(nèi)容變化圖斑情況

2009年1月～2011年10月，共提取涉及城市綠線內(nèi)容的變化圖斑7個(gè)，面積 0.131 6 km2，分別占全部變化圖斑總數(shù)量和總面積的12.28%和12.25%，如表3、圖4所示。

涉及城市綠線內(nèi)容變化圖斑基本情況統(tǒng)計(jì)表 表3

圖4 涉及城市綠線內(nèi)容變化圖斑示意圖

(2)涉及城市黃線、藍(lán)線內(nèi)容變化圖斑情況

2009年1月～2011年10月，共提取涉及城市黃線、藍(lán)線內(nèi)容的變化圖斑各1個(gè)，面積共0.015 9 km2，分別占全部變化圖斑總數(shù)量和總面積的3.5%和1.48%，如表4、圖5、圖6所示。

涉及城市黃線、藍(lán)線內(nèi)容變化圖斑基本情況統(tǒng)計(jì)表 表4

圖5 涉及城市黃線內(nèi)容變化圖斑示意圖

圖6 涉及城市藍(lán)線內(nèi)容變化圖斑示意圖

4 注意問(wèn)題

通過(guò)對(duì)合肥市XX鎮(zhèn)2009年～2011年幾期遙感影像進(jìn)行城市規(guī)劃輔助督察的變化圖斑信息提取，利用遙感技術(shù)進(jìn)行城市規(guī)劃動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究時(shí)，需注意以下幾點(diǎn):

(1)影像資料方面

選取多期遙感影像時(shí)，為了突出變化信息，在時(shí)間段允許的范圍內(nèi)，優(yōu)先考慮不同年代相同月份的影像，非變化地物影像色調(diào)一致，方便利用光譜特征變異、圖像差值等計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理方法粗提取變化明顯的區(qū)域［4］。

(2)影像處理方面

在進(jìn)行遙感影像幾何糾正時(shí)，本文中研究區(qū)地勢(shì)起伏小，但在地勢(shì)變化明顯的區(qū)域，需要結(jié)合研究區(qū)DEM，進(jìn)行正射校正，消除地形起伏引起的投影差和影像變形。同時(shí)慎重選取控制點(diǎn)，把控制點(diǎn)的實(shí)際總均方根誤差控制在一定的范圍內(nèi)，否則重新選取，以保證影像正射校正的精度。

(3)后期數(shù)據(jù)處理方面

內(nèi)業(yè)人工輔助提取多期影像變化圖斑，需對(duì)變化圖斑進(jìn)行拓?fù)涮幚?，保證圖斑面積統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性，外業(yè)調(diào)查對(duì)變化圖斑進(jìn)行核實(shí)，內(nèi)外業(yè)合作以補(bǔ)充因遙感數(shù)據(jù)的多時(shí)相、多數(shù)據(jù)源而造成的監(jiān)測(cè)遺漏、增加和減少的圖斑，最后提供規(guī)劃局核對(duì)變化圖斑審批情況。

(4)數(shù)據(jù)集成

對(duì)最終的變化圖斑整理入庫(kù)，統(tǒng)一管理城市歷年規(guī)劃建設(shè)變化信息，整合歷史庫(kù)及現(xiàn)狀庫(kù)數(shù)據(jù)，可得出城市總體變化趨勢(shì)圖。將為城市規(guī)劃長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供建設(shè)性數(shù)據(jù)支撐。

5 結(jié)語(yǔ)

城市規(guī)劃動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作是一項(xiàng)長(zhǎng)期的、嚴(yán)肅的工作［6］。隨著遙感衛(wèi)星影像應(yīng)用普及，利用遙感技術(shù)進(jìn)行城市規(guī)劃動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作，為制止違法違規(guī)項(xiàng)目建設(shè)、開展調(diào)查和執(zhí)法檢查提供有力依據(jù)，維護(hù)城市規(guī)劃建設(shè)與城市良好有序發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義與影響力。

［1］賈永紅.數(shù)字圖像處理［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2003:212～219.

［2］徐青，張艷，耿則勛等.遙感影像融合與分辨率增強(qiáng)技術(shù)［M］.北京:科學(xué)出版社，2007.

［3］ESRI.中國(guó)(北京)有限公司ArcGIS10產(chǎn)品白皮書［R］.

［4］邢帥，孫曼，徐青等.變化檢測(cè)技術(shù)及其在高分辨率衛(wèi)星遙感影像中的應(yīng)用［J］.測(cè)繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)，2007(24):53～55.

［5］鄭雪玉.淺析遙感技術(shù)在城市規(guī)劃管理中的應(yīng)用［J］.福建建筑，2010(7):1 ～2.