衛(wèi)星遙感影像在寧波市規(guī)劃督察中的應(yīng)用

徐瑩， 葉曉婷， 吳亞文

(1.寧波市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，浙江 寧波 315042； 2.寧波市阿拉圖數(shù)字科技中心，浙江 寧波 315042)

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衛(wèi)星遙感影像在寧波市規(guī)劃督察中的應(yīng)用

徐瑩1*， 葉曉婷1， 吳亞文2

(1.寧波市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，浙江 寧波 315042； 2.寧波市阿拉圖數(shù)字科技中心，浙江 寧波 315042)

遙感督察工作對(duì)于促進(jìn)新型城鎮(zhèn)化健康發(fā)展、城鄉(xiāng)規(guī)劃科學(xué)有序?qū)嵤┖鸵婪ㄐ姓哂兄匾饬x。本文以寧波市為例，基于衛(wèi)星遙感影像的光譜特征，利用多時(shí)相的遙感影像，采取人機(jī)交互的作業(yè)方式得到變化圖斑，然后根據(jù)城鄉(xiāng)規(guī)劃資料賦予變化圖斑相關(guān)屬性，最后得到圖斑數(shù)據(jù)庫，凸顯了衛(wèi)星遙感影像應(yīng)用于城市規(guī)劃督察的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。

衛(wèi)星遙感影像；規(guī)劃督察；變化圖斑

1 引 言

規(guī)劃的實(shí)施成效、城市建設(shè)的現(xiàn)狀是規(guī)劃部門和政府部門推進(jìn)城市化進(jìn)程中的關(guān)注點(diǎn)，這是一個(gè)周期性長期性的工作。經(jīng)濟(jì)高效地開展城市建設(shè)督查需要有力的工具，遙感作為一門對(duì)地觀測(cè)綜合性技術(shù)，能夠全方位(地面遙感、航空遙感、航天遙感)、高時(shí)效的獲取目標(biāo)區(qū)域的影像數(shù)據(jù)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于城市建設(shè)發(fā)展中。童慶禧院士在2013年歐亞經(jīng)濟(jì)論壇科技分會(huì)上指出，“遙感技術(shù)、空間信息技術(shù)，包括衛(wèi)星、遙感等，都會(huì)對(duì)我們城市的發(fā)展起著一種監(jiān)督保證的作用”。遙感變化檢測(cè)通過對(duì)多時(shí)像遙感影像進(jìn)行定量分析，發(fā)現(xiàn)地物變化的特征和過程，而這些地物變化的特征和過程往往都涉及城市土地的利用開發(fā)、城市違法建設(shè)等規(guī)劃、管理部門關(guān)心的內(nèi)容。與傳統(tǒng)的城市變化調(diào)查方法相比，遙感變化檢測(cè)具有快速、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。

圖斑核查是開展遙感督察的重要手段，是發(fā)現(xiàn)問題和查處問題的基礎(chǔ)，也是客觀評(píng)估規(guī)劃實(shí)施情況的基礎(chǔ)。為了摸清寧波市城市建設(shè)的現(xiàn)狀，維護(hù)城市規(guī)劃的嚴(yán)肅性，有效遏制違法建設(shè)勢(shì)頭，推進(jìn)城市的有序建設(shè)，寧波市首次利用衛(wèi)星遙感影像輔助城鄉(xiāng)規(guī)劃督察，旨在發(fā)現(xiàn)寧波市發(fā)展中的違法建設(shè)、發(fā)展的不合理之處，定期向規(guī)劃部門、政府部門提供有效的資料，為管理部門提供決策支持。

2 數(shù)據(jù)介紹

規(guī)劃督察動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作的有序開展，關(guān)鍵是收集完備的基礎(chǔ)資料。資料主要包括衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)、城鄉(xiāng)規(guī)劃成果等。

2.1 衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)

寧波市城市規(guī)劃遙感監(jiān)測(cè)工作，采用了2014年11月高分一號(hào)、資源一號(hào)、資源三號(hào)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)以及2013年10月PLEIADES(普萊亞)的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。如表1、圖1、圖2所示：

衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計(jì)表 表1

圖1 寧波市2013年10月衛(wèi)星遙感影像

2.2 城鄉(xiāng)規(guī)劃資料

城鄉(xiāng)規(guī)劃資料包括的相關(guān)城鄉(xiāng)規(guī)劃資料主要有城市總體規(guī)劃、城市強(qiáng)制性內(nèi)容規(guī)劃矢量圖和規(guī)劃四線資料等。

3 遙感督查的技術(shù)流程

遙感督查主要是利用多時(shí)相的遙感影像，對(duì)其進(jìn)行處理和分析，發(fā)現(xiàn)變化的地物，結(jié)合規(guī)劃等輔助資料對(duì)變化地物進(jìn)行判別和分析。實(shí)現(xiàn)的總體框架主要包括數(shù)據(jù)收集與處理、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、行政核查以及成果制作四個(gè)部分。數(shù)據(jù)收集與預(yù)處理主要是前期進(jìn)行方案設(shè)計(jì)后包括采購的高分辨率影像以及集合規(guī)劃數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)主要是建立城市建設(shè)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過高分辨率影像對(duì)比、自動(dòng)提取加之人工判讀提取變化圖斑；行政核查主要是結(jié)合規(guī)劃管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行建設(shè)行為分類，識(shí)別合法建設(shè)圖斑、違法建設(shè)圖斑以及自然變化圖斑，進(jìn)行疑似違法建設(shè)圖斑初判，并將疑似違建圖斑移交相關(guān)部門，進(jìn)行實(shí)地核查；成果制作包括城市建設(shè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫制作、統(tǒng)計(jì)圖表和專題圖的制作，如圖3所示。

變化監(jiān)測(cè)是整個(gè)流程的重要基礎(chǔ)，具體實(shí)施可分為以下4個(gè)步驟。

3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

影像預(yù)處理，對(duì)不同時(shí)期的遙感影像進(jìn)行大氣校正、正射糾正、融合等預(yù)處理流程。由于研究區(qū)范圍較

圖3 規(guī)劃督察動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)總體框架

大，研究區(qū)全覆蓋影像需由多景不同時(shí)相獲取的影像融合組成(2013年N景，2014年N景)。多景影像之間不可避免存在差異，需進(jìn)行校正、配準(zhǔn)、正射糾正、調(diào)色、融合等數(shù)據(jù)預(yù)處理操作。

3.2 “人機(jī)交互”變化圖斑提取

變化圖斑提取，主要是利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類和人工解譯相結(jié)合的方法，對(duì)比不同時(shí)相的遙感正射影像，提取變化圖斑。

變化圖斑的提取其本質(zhì)是影像的分類和變化檢測(cè)。遙感影像分類是指根據(jù)遙感圖像中地物的光譜特征、空間特征、時(shí)相特征等，對(duì)地物目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別的過程。目前已有多種分類方法和算法，主要分類模式包括：監(jiān)督分類、非監(jiān)督分類、人工目視解譯等，針對(duì)不同的區(qū)域特點(diǎn)，有其適用的各類算法。不管是基于象元級(jí)別的分類還是基于對(duì)象的分類，由于遙感影像數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，其“同物異譜”、“同譜異物”的特點(diǎn)，高精度的影像分類一直是遙感影像應(yīng)用的重點(diǎn)與難點(diǎn)。本文研究范圍覆蓋寧波全大市，遙感影像為多時(shí)相多景影像融合，自動(dòng)分類精度難以保證達(dá)到要求，因此采用基于面向?qū)ο蟮淖詣?dòng)分類后人工目視解譯的手段，人機(jī)交互的方式進(jìn)行變化圖斑提取。

圖4 基于面向?qū)ο蟮母叻直媛视跋褡兓瘷z測(cè)流程圖

面向?qū)ο蟮挠跋穹诸愅ㄟ^對(duì)影像的分割，使同質(zhì)像元組成大小不同的對(duì)象，從而突破了以像元為基本分類和處理單元的局限性，不僅考慮地物的光譜信息，而且兼顧幾何信息和拓?fù)湫畔⒁约坝跋駥?duì)象間的語義關(guān)系，分類結(jié)果較為可靠且可以有效避免大量斑點(diǎn)噪聲，實(shí)現(xiàn)較高層次的遙感圖像分類和目標(biāo)地物提取。基于面向?qū)ο蟮淖兓瘓D斑提取流程如圖4所示，主要包括影像分割、分類規(guī)則、信息提取及變化檢測(cè)等步驟。

本研究在eCognition軟件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)兩期影像的變化檢測(cè)。通過對(duì)比分析幾種基于eCognition的分割效果，采用多尺度分割方法對(duì)影像進(jìn)行分割，如圖5所示。多尺度影像分割采用自下而上的區(qū)域合并方法形成對(duì)象。將影像以對(duì)象的形式建立層次結(jié)構(gòu)，像素層和整個(gè)影像視為兩個(gè)特殊的對(duì)象層，任何分割所形成的對(duì)象層則介于其間；大尺度分割下所形成的對(duì)象是由小尺度分割所形成的對(duì)象組合產(chǎn)生的，以確保不同尺度下的對(duì)象可以構(gòu)成層次結(jié)構(gòu)，從而有利于不同層次間信息的傳遞。

圖5 分割對(duì)比圖

通過對(duì)象所包含像素的光譜信息以及多邊形的形狀信息、紋理信息、位置信息以及多邊形間的拓?fù)潢P(guān)系等信息的組合來不同用地類別建立各自規(guī)則，通過不同分類規(guī)則的層間傳遞，使得分類規(guī)則的建立不僅可以利用本層對(duì)象信息，也可以利用比本層高或低的其他層次的對(duì)象信息。根據(jù)疊置分析法，將兩個(gè)不同時(shí)相高分辨率影像中分類結(jié)果進(jìn)行疊置分析，提取出變化的區(qū)域。

結(jié)論規(guī)則增加Existenceofsubobjects前時(shí)相=0Existenceofsubobjects后時(shí)相=1減少Existenceofsubobjects前時(shí)相=1Existenceofsubobjects后時(shí)相=0未變化Existenceofsubobjects前時(shí)相=1Existenceofsubobjects后時(shí)相=1

圖6 變化規(guī)則

在自動(dòng)分類的基礎(chǔ)上，以分類結(jié)果為輔助數(shù)據(jù)參考，采用人機(jī)交互的方式，運(yùn)用ArcMap卷簾法對(duì)比前后期影像提取變化圖斑，如圖7所示。

圖7 ArcMap卷簾法

目視識(shí)別工作本身也是有規(guī)律可循的，人機(jī)交互式遙感解譯法是使人和計(jì)算機(jī)相互配合同時(shí)進(jìn)行遙感分析的方法，它考慮了人與計(jì)算機(jī)兩者的優(yōu)勢(shì)，以便更有效、更準(zhǔn)確地對(duì)遙感圖像進(jìn)行解譯。例如，變化前是簡易居民房，變化后是多層建筑，反映在圖像的每個(gè)像元上都是水泥的光譜特性(灰度值)，在物理屬性上沒有發(fā)生任何改變，這種變化很難通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取變化圖斑，只能通過人機(jī)交互的方式進(jìn)行判讀。目視解譯運(yùn)用了解譯者的綜合知識(shí)，對(duì)遙感對(duì)象進(jìn)行分析、識(shí)別。本次采用了 2.5 m分辨率的影像，可識(shí)別影像上不小于200個(gè)像素、且實(shí)地面積大于 800 m2的變化圖斑。3.3 變化圖斑屬性編輯

變化圖斑提取后，提取的變化圖斑僅包含空間信息和圖形信息，沒有屬性信息，需要通過對(duì)兩期遙感影像以及影像與城市總體規(guī)劃圖和矢量文件的疊加分析，進(jìn)行屬性的判讀，賦予變化圖斑屬性信息。其中，對(duì)規(guī)劃用地類別的判讀以及是否違反總規(guī)強(qiáng)制性內(nèi)容的判讀是屬性判讀的工作重點(diǎn)。

規(guī)劃用地類別是根據(jù)《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)》GB 50137-2011的規(guī)定，城市用地主要分為二大類，建設(shè)用地(H)和非建設(shè)用地(E)。另外，由于城市建設(shè)用地中存在正在建設(shè)的施工用地，規(guī)定：從遙感影像上判定被工程建設(shè)占用的施工場(chǎng)地為施工用地；施工用地是本次定義的用地類別。

涉及的強(qiáng)制性內(nèi)容主要為城市總體規(guī)劃的強(qiáng)制性內(nèi)容，市規(guī)劃區(qū)參照城市總體規(guī)劃的“四線”來執(zhí)行，“四線”主要包括綠線、藍(lán)線、紫線和黃線。

變化圖斑與總體規(guī)劃圖進(jìn)行疊加分析，把提取的變化圖斑的規(guī)劃用地性質(zhì)與城市總體規(guī)劃的用地分類體系相對(duì)應(yīng)，并判別變化圖斑是否違反總規(guī)強(qiáng)制性內(nèi)容。3.4 外業(yè)核查

外業(yè)核查工作主要針對(duì)一是內(nèi)業(yè)無法判讀僅勾繪范圍的圖斑，外業(yè)進(jìn)行100%的核查，并將核查成果反饋給內(nèi)業(yè)；二是內(nèi)業(yè)可判讀確定變化并勾繪的圖斑，選擇城市的重點(diǎn)區(qū)域，如市縣的城區(qū)，按照位置隨機(jī)均勻抽取變化圖斑進(jìn)行外業(yè)核查。外業(yè)核查主要采用“遠(yuǎn)看近判”、“走到問到”的方法開展實(shí)地核查工作，將圖斑的用地性質(zhì)等調(diào)查內(nèi)容確定準(zhǔn)確，采用專用的核查軟件和PDA/GPS儀器設(shè)備輔助開展核查工作。

4 結(jié) 語

使用衛(wèi)星遙感影像提取變化圖斑，按圖索驥，大大降低了外業(yè)工作量，從而降低時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本。督查結(jié)果可查處涉及工業(yè)企業(yè)改擴(kuò)建、涉及市政道路、水利設(shè)施、公園綠地等公共設(shè)施建設(shè)、施工工棚等臨時(shí)建設(shè)的違章建設(shè)行為以及無法定規(guī)劃依據(jù)或在城鄉(xiāng)規(guī)劃確定的建設(shè)用地外取得規(guī)劃許可、控規(guī)未落實(shí)總規(guī)強(qiáng)制性內(nèi)容的行政違法行為。遙感督查有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，有效監(jiān)控城市規(guī)劃的實(shí)施，遏制違法建設(shè)，維護(hù)城市的健康發(fā)展。

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Application of Remote Sensing Image in Urban Planning Supervision of Ningbo

Xu Ying1，Ye Xiaoting1，Wu Yawen2

(1.Ningbo Institute of Surveying and Mapping，Ningbo 315042，China；2.Ningbo Institute of Surveying & Mapping，Ningbo 315042，China)

Remote sensing supervision is of great significance of promotion the healthy development of the new type of urbanization，Urban and rural planning scientific and orderly implementation and law-based administration. This paper based on spectral characteristics of satellite remote sensing image to extract the variation spots using multi-temporal satellite remote sensing images and human-computer interaction method. According the urban and rural planning data to retrieve the information of the variation spots，then put them to the database. This paper highlights the advantages of satellite remote sensing image application in urban planning supervision.

remote sensing image；urban planning supervision；the variation spots

1672-8262(2016)05-51-04

P236

B

2016—03—25

徐瑩(1986—)，女，碩士，工程師，主要從事測(cè)繪地理信息技術(shù)的研究工作。