遙感變形監(jiān)測(cè)技術(shù)在基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目建設(shè)中的應(yīng)用與分析

范亞軍，甘元芳

(國(guó)家測(cè)繪地理信息局　第三地理信息制圖院，四川 成都 610100)

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遙感變形監(jiān)測(cè)技術(shù)在基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目建設(shè)中的應(yīng)用與分析

范亞軍，甘元芳

(國(guó)家測(cè)繪地理信息局第三地理信息制圖院，四川 成都 610100)

常規(guī)變形監(jiān)測(cè)方法在大尺度、多時(shí)相、廣空間的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目建設(shè)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中存在很大的局限性，遙感監(jiān)測(cè)能夠在一定程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)方法所遇到的時(shí)空間隔大、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、難以兼顧整體和成本高等缺陷和困難，隨著環(huán)境問題日益突出，宏觀、綜合、快速的遙感技術(shù)已成為大范圍環(huán)境監(jiān)測(cè)的一種主要技術(shù)。以高分辨率影像IKONOS、WorldView01為主要數(shù)據(jù)信息源，采用遙感影像處理技術(shù)、地理國(guó)情監(jiān)測(cè)技術(shù)、地理信息空間分析技術(shù)，對(duì)成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)開展遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和地表覆蓋監(jiān)測(cè)，對(duì)比2009年、2012年、2014年3個(gè)不同時(shí)相遙感影像數(shù)據(jù)的解譯結(jié)果，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)工程建設(shè)開展形象進(jìn)度分析以及地表覆蓋動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析。

遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)；地理信息空間分析；工程建設(shè)進(jìn)度分析；地表覆蓋監(jiān)測(cè)分析

遙感技術(shù)是與計(jì)算機(jī)科學(xué)、空間科學(xué)、測(cè)繪科學(xué)、地球科學(xué)、電子科學(xué)以及其他學(xué)科相互融合、交叉滲透的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門新興邊緣學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，遙感技術(shù)作為環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要技術(shù)之一，其監(jiān)測(cè)結(jié)果是否準(zhǔn)確，對(duì)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有關(guān)鍵性的作用。本次研究選取成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)作為基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目建設(shè)監(jiān)測(cè)對(duì)象，利用2009年10月、2012年11月和2014年1月的高分辨率遙感影像，結(jié)合地理國(guó)情普查成果，綜合運(yùn)用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)、地理國(guó)情監(jiān)測(cè)技術(shù)、地理信息空間分析技術(shù)等，對(duì)其地表覆蓋狀況和項(xiàng)目建設(shè)狀況開展動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，真實(shí)展示項(xiàng)目建設(shè)情況。

1　研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

1.1研究區(qū)域概況

成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)是承載成都市戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)功能的主要功能區(qū)，也是成都市建設(shè)世界現(xiàn)代田園城市和“兩樞紐、三中心”的重要戰(zhàn)略支撐。該項(xiàng)目建設(shè)時(shí)間為2006—2015，建設(shè)內(nèi)容主要包括功能區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施、公務(wù)機(jī)基地、航空制造區(qū)、航空維修區(qū)、站前商務(wù)區(qū)、臨空總部經(jīng)濟(jì)區(qū)等，項(xiàng)目位置示意圖見圖1。

1.2影像源

本文收集了成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)2009年10月、2012年11月和2014年1月3個(gè)時(shí)相、不同種類的遙感影像數(shù)據(jù)，包括WorldView01遙感影像、IKONOS遙感影像以及彩色航空影像，3種影像空間分辨率分別為0.5 m、1 m、0.5 m，圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量好，無(wú)云霧，研究區(qū)監(jiān)測(cè)目標(biāo)明顯，可解譯性高，影像空間分辨率越高，人工行為的影響和干預(yù)的效果就越明顯。影像見圖2。

利用收集到的高分辨率影像進(jìn)行地理國(guó)情數(shù)據(jù)的采集。

圖1　成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)項(xiàng)目位置

圖2　已收集到的成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)影像覆蓋情況

1.3基礎(chǔ)地理信息資料

本文收集了覆蓋項(xiàng)目監(jiān)測(cè)區(qū)域的1:1萬(wàn) DLG成果。數(shù)據(jù)為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性2010—2011。利用收集到的基礎(chǔ)地理信息資料可對(duì)采集的地理國(guó)情數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)和判斷。

1.4國(guó)情普查數(shù)據(jù)

四川省第一次全國(guó)地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)，以下簡(jiǎn)稱“國(guó)情普查數(shù)據(jù)”，數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性2014年6月，包括高分遙感影像、地表覆蓋數(shù)據(jù)和地理國(guó)情要素?cái)?shù)據(jù)，利用2014年的國(guó)情普查數(shù)據(jù)再進(jìn)行2009年及2012年兩期數(shù)據(jù)的生產(chǎn)。

1.5其他專業(yè)資料

2012年交通部專題資料以及成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)規(guī)劃材料。對(duì)收集到的專業(yè)資料進(jìn)行甄選分析、數(shù)字化、空間化等預(yù)處理，可作為地表覆蓋和地理國(guó)情要素獲取的重要參考，以及屬性信息采集的數(shù)據(jù)源。

2　監(jiān)測(cè)研究方法

2.1工程建設(shè)動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)方法

根據(jù)收集的項(xiàng)目規(guī)劃材料，利用多時(shí)相高分辨率遙感數(shù)據(jù)，以專題圖的形式對(duì)各個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目的子項(xiàng)工程建設(shè)區(qū)域環(huán)境、交通、工程進(jìn)度等焦點(diǎn)問題的改善和變化進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)。

主要采用對(duì)比分析的方式，以影像和地表覆蓋數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)規(guī)劃建設(shè)的重點(diǎn)工程進(jìn)行對(duì)比監(jiān)測(cè)，對(duì)其逐年的發(fā)展情況和變化情況做文字說(shuō)明及專題圖展示。本文主要從地表覆蓋變化、功能區(qū)項(xiàng)目建設(shè)情況(含道路與片區(qū))、項(xiàng)目拆遷情況以及工程建設(shè)動(dòng)態(tài)變化4個(gè)方面展開監(jiān)測(cè)分析，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.2地表覆蓋變化監(jiān)測(cè)分析方法

1)每期數(shù)據(jù)二級(jí)地類地表覆蓋面積及面積占比分析。分別對(duì)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)區(qū)三期二級(jí)地類地表覆蓋面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并統(tǒng)計(jì)各監(jiān)測(cè)時(shí)期二級(jí)地表覆蓋類型占監(jiān)測(cè)區(qū)范圍總面積的比。

(1)

式中：Si為某一地表覆蓋類型面積,Sn為監(jiān)測(cè)區(qū)總面積。

2)每期數(shù)據(jù)一級(jí)地類變化動(dòng)態(tài)度分析。匯總統(tǒng)計(jì)的二級(jí)地類數(shù)據(jù)得到一級(jí)地類面積，通過(guò)計(jì)算一級(jí)地表覆蓋類型單一動(dòng)態(tài)指數(shù)定量描述監(jiān)測(cè)區(qū)域地表覆蓋變化的速度。

單一動(dòng)態(tài)指數(shù)計(jì)算公式：

(2)

式中：K為研究時(shí)段內(nèi)某一地表覆蓋類型動(dòng)態(tài)度；ua，ub分別為監(jiān)測(cè)初期和監(jiān)測(cè)末期某一種地表覆蓋類型的面積；T為監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)，當(dāng)T=1時(shí)，K值即為某地表覆蓋類型的年變化率。

3)監(jiān)測(cè)周期一級(jí)地類流轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)。基于轉(zhuǎn)移矩

陣，統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)區(qū)監(jiān)測(cè)周期初期到監(jiān)測(cè)周期末期的地表覆蓋流轉(zhuǎn)情況。通常的地表覆蓋轉(zhuǎn)移矩陣中(見圖3)，行表示T1時(shí)點(diǎn)地表覆蓋類型，列表示T2時(shí)點(diǎn)地表覆蓋類型。Pij表示T1-T2期間地表覆蓋類型i轉(zhuǎn)換為地表覆蓋類型j的面積占土地總面積的百分比；Pii表示T1-T2期間i種地表覆蓋類型保持不變的面積百分比。

T2A1A2…AnPin減少T1A1P11P12…PinPinP1n-P11A2P22P22…P2nP2nP2n-P2n┋┋┋┋┋┋┋AnPn1Pn2…PnnPnnPmn-PnnPniPn1Pn2…Pnn1新增Pn1-P11Pn2-P22…Pnn-Pnn

圖3地表覆蓋轉(zhuǎn)移矩陣

3　成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)

3.1成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)道路建設(shè)情況監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)規(guī)劃，成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)將形成“一環(huán)(環(huán)港路)多射(機(jī)場(chǎng)快速路等多條道路)”的道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)。表1為2009—2014成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)道路建設(shè)統(tǒng)計(jì)情況。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，2009年10月～2012年11月，功能區(qū)內(nèi)已建成道路增加了21.38 km；2012年11月～2014年1月，功能區(qū)內(nèi)已建成道路增加了5.56 km。其中成都至雙流機(jī)場(chǎng)高速公路、大件路等17條道路在2009年10月～2012年11月監(jiān)測(cè)時(shí)段建成；機(jī)場(chǎng)路、臨港路在2012年11月～2014年1月監(jiān)測(cè)時(shí)段建成；廣牧路、航樞大道等5條道路在2014年1月時(shí)還處于建設(shè)狀態(tài)。

3.2成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)項(xiàng)目拆遷情況綜合分析

根據(jù)3個(gè)不同時(shí)期遙感影像(見圖4)，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域房屋拆遷情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年10月～2014年1月監(jiān)測(cè)期間，成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)范圍內(nèi)房屋建筑(區(qū))減少了1 481處，拆遷面積達(dá)1.075 km2，拆遷區(qū)域主要服務(wù)于園區(qū)道路及建筑物、構(gòu)筑物及綠化用地建設(shè)。

表1　2009—2014成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)道路建設(shè)統(tǒng)計(jì)情況　km

圖4　2009年10月～2014年1月航空物流園區(qū)拆遷情況

3.3成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)項(xiàng)目建設(shè)動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)

根據(jù)成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)建設(shè)情況監(jiān)測(cè)結(jié)果，截止至2014年1月，成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)建設(shè)主要集中于東北部，已建設(shè)并形成一定規(guī)模的片區(qū)包括航空物流園區(qū)和站前商務(wù)區(qū)等。

1)航空物流園區(qū)。成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)中的航空物流園區(qū)將建設(shè)由依托航空的快遞業(yè)、物流運(yùn)輸業(yè)和物流地產(chǎn)業(yè)組成的三大物流產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展框架。圖5為航空物流園區(qū)建設(shè)監(jiān)測(cè)。

圖5　2009年10月～2014年1月航空物流園區(qū)建設(shè)監(jiān)測(cè)

根據(jù)對(duì)航空物流園2009年10月、2012年11月和2014年1月園區(qū)建設(shè)情況監(jiān)測(cè)結(jié)果知，2009年10月，航空物流園在建項(xiàng)目點(diǎn)4個(gè)；2012年11月，航空物流園在建項(xiàng)目點(diǎn)5個(gè)。2009年10月～2012年11月，建成安博成都空港物流中心、成都雙流國(guó)際機(jī)場(chǎng)貨站等項(xiàng)目點(diǎn)17個(gè)；2012年11月～2014年1月，航空物流園建成成都富園物流投資管理有限公司、中國(guó)物運(yùn)總公司成都物流中心、成都萬(wàn)事達(dá)物流有限公司等項(xiàng)目點(diǎn)5個(gè)。

2)站前商務(wù)區(qū)。成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)的站前商務(wù)區(qū)是集餐飲、住宿、辦公配套為一體的功能區(qū)。

根據(jù)2009年10月～2014年1月國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)站前商務(wù)區(qū)建設(shè)監(jiān)測(cè)成果(見圖6)，2009年10月～2014年1月，新建航站樓1個(gè)、成都空港商務(wù)酒店等大型酒店3個(gè)，機(jī)場(chǎng)客運(yùn)車站1個(gè)。

3.4成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目地表覆蓋變化監(jiān)測(cè)

1)地表覆蓋基本統(tǒng)計(jì)分析。此次研究對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)地表覆蓋數(shù)據(jù)(一級(jí)地類和二級(jí)地類)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表2、圖7所示。

從成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)項(xiàng)目地表覆蓋變化的遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果看，2009年地表覆蓋類型主要以耕地為主，占全部類型的29.35%；2012年和2014年，耕地、園地等自然地表覆蓋類型占比有所減少，房屋建筑區(qū)、道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地等受人類建設(shè)活動(dòng)影響的地表覆蓋類型有所增加。

2)地表覆蓋變化動(dòng)態(tài)度分析。對(duì)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)區(qū)地表覆蓋變化動(dòng)態(tài)度進(jìn)行分析，如表3所示。

圖6　2009年10月～2014年1月站前商務(wù)區(qū)建設(shè)監(jiān)測(cè)

地表覆蓋類型2009年10月2012年11月2014年1月一級(jí)地類二級(jí)地類面積/km2比例/%面積/km2比例/%面積/km2比例/%耕地水田8.0819.373.889.313.398.13旱地4.169.984.5810.994.3910.53園地果園1.493.580.982.340.601.44苗圃2.405.761.323.181.593.82花圃0.000.010.000.000.000.00林地喬木林1.904.543.658.762.546.08灌木林0.400.971.363.260.972.33竹林1.874.492.044.881.694.06疏林0.000.010.000.010.010.02綠化林地0.581.391.212.901.132.72人工幼林0.010.030.000.010.000.01草地天然草地3.147.542.365.664.3210.36人工草地2.105.053.728.914.3410.40

續(xù)表2

圖7　2009—2014地表覆蓋類型變化柱狀圖

一級(jí)類2009年/km22012年/km22014年/km22009—2012變化動(dòng)態(tài)度/%2012—2014變化動(dòng)態(tài)度/%耕地12.248.467.78-10.28-4.02園地3.902.302.19-13.67-2.30林地4.778.266.3424.42-11.61草地5.256.088.665.2721.23房屋建筑(區(qū))4.745.115.322.652.01道路1.822.432.4411.220.27構(gòu)筑物4.276.036.4813.733.79人工堆掘地2.961.390.79-17.73-21.36荒漠與裸露地表0.000.000.00-33.330.00水域1.761.641.68-2.271.23

從表3可知，2009—2012期間，年平均變化速度最活躍的為荒漠與裸露地表，變化-33.33%，其次為林地、人工堆掘地及構(gòu)筑物，變化分別為24.42%、-17.73%和13.73%；變化最緩慢的為水域，僅變化-2.27%；2012—2014期間，人工堆掘地變化動(dòng)態(tài)度最高，達(dá)到-21.36%，其次為草地和林地，分別為21.23%、-11.61%。

3)一級(jí)地類流轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)。根據(jù)成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)項(xiàng)目三期監(jiān)測(cè)的地表覆蓋數(shù)據(jù)，構(gòu)建轉(zhuǎn)移矩陣，如表4所示。

表4　成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)項(xiàng)目2009—2014地表覆蓋類型轉(zhuǎn)換面積統(tǒng)計(jì)　km2

由表4知，2009年10月～2014年1月，成都國(guó)際航空樞紐綜合功能項(xiàng)目建設(shè)從規(guī)劃至施工，耕地、園地等地表覆蓋的面積逐漸減少，并向房屋建筑區(qū)、道路、構(gòu)筑物等地表動(dòng)土建設(shè)產(chǎn)生的地表類型轉(zhuǎn)換，且離成都市雙流國(guó)際機(jī)場(chǎng)越近，變化頻度越高。

監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)構(gòu)筑物建設(shè)占用土地類型最大，為1.06 km2，由草地轉(zhuǎn)換而來(lái)，道路建設(shè)占用土地類型依次為耕地0.31 km2、草地0.20 km2、林地0.11 km2等；人工堆掘地開挖主要由0.25 km2草地、0.23 km2耕地、0.12 km2房屋建筑區(qū)等轉(zhuǎn)換而來(lái)；監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)房屋建筑區(qū)建設(shè)占用土地主要來(lái)源于耕地0.64 km2、草地0.45 km2、林地0.28 km2等。

4　結(jié)　論

本文利用2009年10月、2012年11月和2014年1月的高分辨率遙感影像，綜合攝影測(cè)量、圖像處理、影像解譯、信息分類等相關(guān)技術(shù)，完成了對(duì)成都國(guó)際航空樞紐綜合功能區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目范圍內(nèi)的項(xiàng)目建設(shè)狀況和地表覆蓋狀況的監(jiān)測(cè)，結(jié)論如下：

1)本次研究利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，便于相關(guān)單位直觀了解監(jiān)測(cè)區(qū)道路修建情況、房屋拆遷情況以及功能區(qū)建設(shè)情況，比起傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)可以更大更廣更全面了解項(xiàng)目的建設(shè)情況。例如道路，可以根據(jù)地理國(guó)情數(shù)據(jù)看到道路建設(shè)進(jìn)度，2009年，已建道路比例為29.00%，在建道路比例為13.01%，未建道路比例為58.02%；2012年，已建道路比例為63.60%，在建道路比例為10.89%，未建道路比例為25.51%；2014年，已建道路比例為74.49%，在建道路比例為0.00%，未建道路比例為25.51%。

2)2009年地表覆蓋類型主要以耕地為主，隨著工程深入，房屋建筑(區(qū))減少了1 481處，拆遷區(qū)域主要服務(wù)于園區(qū)道路及建筑物、構(gòu)筑物及綠化用地建設(shè)。構(gòu)筑物增多比例較大，相比未建設(shè)時(shí)期，林地和草地的面積有所增加，尤其是草地，人工堆掘地轉(zhuǎn)換為草地面積達(dá)2.21 km2，是所有地類轉(zhuǎn)換中面積最大的，表明項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中，注重生態(tài)環(huán)境的保護(hù)及維持。利用衛(wèi)星遙感技術(shù)既可以對(duì)城市基礎(chǔ)項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，也可以對(duì)城市景觀生態(tài)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)城市開發(fā)建設(shè)過(guò)程中對(duì)生態(tài)系統(tǒng)破壞問題，有利于對(duì)城市開發(fā)建設(shè)的監(jiān)督和城市生態(tài)環(huán)境保護(hù)，為政府及相關(guān)的行政管理部門把控重點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的進(jìn)度提供科學(xué)依據(jù)。

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[責(zé)任編輯：郝麗英]

Application and analysis of remote sensing deformationmonitoring techniques to the construction of infrastructure projects

FAN Yajun， GAN Yuanfang

(The Third Geo-information Mapping Institute of National Administration of Surveying, Mapping and Geo-information,Chengdu 610100,China)

During the construction of infrastructure projects,its dynamic monitoring has large scale,multi time phase and wide space, so that the conventional deformation monitoring method has great limitations,such as time and space gap, time-consuming, the overall lack, universal difficulty, and the high cost. The remote sensing monitoring can make up for the defects and difficulties of the traditional environmental monitoring. With the increasingly prominent environmental problems, the macro, comprehensive and rapid remote sensing technology has becomes one of the main techniques for environmental monitoring in a large scale.This paper takes the high resolution image IKONOS and WorldView01 as the main data source, and uses remote sensing image processing technology, geographical condition monitoring technology and geographic information spatial analysis technology to do the ground cover dynamic monitoring in Chengdu International Airport. Through comparing the interpretation results of three different simultaneous remote sensing image data in 2009,2012 and 2014, the paper analyzes the image process of the project construction in the monitoring area and land cover dynamic around.

remote sensing monitoring technology; geographic information spatial analysis; construction progress analysis; land cover monitoring and analysis

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2016.04.004

2016-03-14

范亞軍(1986-)，男，助理工程師，碩士研究生，研究方向：精密工程測(cè)量.

P237

A

1671-4679(2016)04-0016-09