基于02C衛(wèi)星數(shù)據(jù)的四川省重點(diǎn)區(qū)域衛(wèi)片預(yù)警多維分析及應(yīng)用

陳 墾, 王 勇, 肖鵬飛, 葛 潔, 李 原

(四川省國(guó)土勘測(cè)規(guī)劃研究院, 成都 四川 610045)

基于02C衛(wèi)星數(shù)據(jù)的四川省重點(diǎn)區(qū)域衛(wèi)片預(yù)警多維分析及應(yīng)用

陳 墾, 王 勇, 肖鵬飛, 葛 潔, 李 原

(四川省國(guó)土勘測(cè)規(guī)劃研究院, 成都 四川 610045)

我國(guó)國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星的發(fā)展已初具規(guī)模，以四川省重點(diǎn)區(qū)域衛(wèi)片預(yù)警工作為導(dǎo)向，通過對(duì)各種離散狀態(tài)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)并建立多維數(shù)據(jù)組織管理機(jī)制，依托二次調(diào)查、審批備案等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)手段，采取先于國(guó)家進(jìn)行監(jiān)測(cè)并對(duì)結(jié)果進(jìn)行土地違法情況分析，快速掌握用地違法情況，下發(fā)地方督促完善用地手續(xù)，逐步形成省級(jí)主動(dòng)掌握提前預(yù)警、地方積極作為及時(shí)整改的局面，為維護(hù)國(guó)土資源管理秩序提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保障。

02C衛(wèi)星數(shù)據(jù);衛(wèi)片預(yù)警;多維分析;變更調(diào)查;遙感監(jiān)測(cè)

0 引言

國(guó)土資源部在2012年度土地礦產(chǎn)衛(wèi)片執(zhí)法監(jiān)督檢查工作中，提出“災(zāi)后重建”特殊政策和“6·30”政策不再適用，基于此，四川省提出了基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)的重點(diǎn)地區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警[1]。實(shí)現(xiàn)了在國(guó)家衛(wèi)片檢查之前，省級(jí)有關(guān)部門做到主動(dòng)掌握、提前預(yù)警，地方相關(guān)機(jī)構(gòu)積極作為、及時(shí)整改[2]。根據(jù)國(guó)土資源部年度土地衛(wèi)片執(zhí)法檢查工作安排和《土地礦產(chǎn)衛(wèi)片執(zhí)法檢查規(guī)范》，四川省已連續(xù)五年開展相關(guān)工作，期間，預(yù)警范圍逐年擴(kuò)大，工作體系初步形成，工作成果充分應(yīng)用，逐步實(shí)現(xiàn)了“省級(jí)主動(dòng)掌握提前預(yù)警、地方積極作為及時(shí)整改”的目標(biāo)，用地形勢(shì)也得到了一定好轉(zhuǎn)[3]。

隨著資源系列衛(wèi)星、遙感系列衛(wèi)星、環(huán)境系列衛(wèi)星，以及其他國(guó)產(chǎn)小衛(wèi)星的發(fā)射及其產(chǎn)品應(yīng)用，我國(guó)國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星的發(fā)展已初具規(guī)模。將形成高、中、低分辨率并舉，光學(xué)和微波相結(jié)合的對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)體系。其中以資源一號(hào)02C衛(wèi)星的應(yīng)用最為突出，該衛(wèi)星是我國(guó)首顆高分辨率業(yè)務(wù)衛(wèi)星，于2011年12月22日成功發(fā)射，充分利用02C衛(wèi)星所獲取的高分辨率遙感數(shù)據(jù)，開展影像處理、土地利用專題信息提取技術(shù)研究，豐富我國(guó)土地資源遙感應(yīng)用體系等都具有非常重要的意義。隨著我國(guó)國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星遙感應(yīng)用深度、廣度、利用率的不斷拓展，已在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、國(guó)土、水利、城鄉(xiāng)建設(shè)、環(huán)境、測(cè)繪、交通、氣象、海洋、地球科學(xué)研究等多方面得到了廣泛應(yīng)用[4]。

1 數(shù)據(jù)多維分類

1.1 數(shù)據(jù)多維建模

衛(wèi)星數(shù)據(jù)已日漸成為地球系統(tǒng)科學(xué)研究和社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活的重要數(shù)據(jù)源[5]。如何高效利用國(guó)土衛(wèi)星數(shù)據(jù)，尤其是02C衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源開展四川省重點(diǎn)區(qū)域衛(wèi)片預(yù)警工作，首當(dāng)其沖的是需要根據(jù)02C衛(wèi)星數(shù)據(jù)的特點(diǎn)[6]，顧及土地變更調(diào)查監(jiān)測(cè)與核查遙感監(jiān)測(cè)成果、建設(shè)用地審批數(shù)據(jù)(主要包括農(nóng)轉(zhuǎn)用土地征收、增減掛鉤、工礦廢棄地復(fù)墾利用等備案數(shù)據(jù))、土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)、基本農(nóng)田數(shù)據(jù)等進(jìn)行數(shù)據(jù)多維分類[7]。將各種處于離散狀態(tài)的相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有效地關(guān)聯(lián)起來，建立多維數(shù)據(jù)組織與管理，是進(jìn)行重點(diǎn)區(qū)域衛(wèi)片預(yù)警應(yīng)用的基礎(chǔ)[8]。對(duì)于任意數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)時(shí)相、數(shù)據(jù)時(shí)態(tài)、數(shù)據(jù)狀態(tài)等)，都可以從任意一個(gè)維度出發(fā)，并且以此維度進(jìn)行數(shù)據(jù)分類分析，從而確認(rèn)該數(shù)據(jù)在云存儲(chǔ)中的位置；同時(shí)，對(duì)于云中任意一個(gè)位置的數(shù)據(jù)，都可以確定出該數(shù)據(jù)屬于過程維度、結(jié)構(gòu)維度、時(shí)間維度、行業(yè)維度、空間維度等中的一種類型。數(shù)據(jù)多維度分類模型從多個(gè)維度層面對(duì)數(shù)據(jù)屬性、定義與發(fā)布做了清晰的描述，對(duì)面向02C衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的重點(diǎn)區(qū)域衛(wèi)片預(yù)警應(yīng)用具有基礎(chǔ)研究意義[9]。數(shù)據(jù)多維分類模型見圖1[10]：

(1)結(jié)構(gòu)維度[11]：包括結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化等；

(2)過程維度：包括原始數(shù)據(jù)、中間成果、最終成果等；

(3)行業(yè)維度：包括動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、基本農(nóng)田、礦產(chǎn)資源、地質(zhì)災(zāi)害等；

(4)空間維度：包括二維/三維數(shù)據(jù)、矢量/柵格數(shù)據(jù)等；

(5)時(shí)間維度：包括臨時(shí)數(shù)據(jù)、離線數(shù)據(jù)、近線數(shù)據(jù)、在線數(shù)據(jù)等。

圖1 數(shù)據(jù)多維分類模型示意圖Fig.1 Diagram of the multidimensional data model for classification

1.2 基于02C衛(wèi)星數(shù)據(jù)的多維分類模型應(yīng)用

(1)原始影像維度。該維度中主要涉及02C衛(wèi)星數(shù)據(jù)1C級(jí)原始數(shù)據(jù)影像。檢查影像是否存在掉線、高亮、增溢、條帶等常見質(zhì)量問題[12]。同時(shí)，對(duì)影像質(zhì)量如若存在問題立即進(jìn)行分析，如果存在問題不影響任務(wù)的開展，則無需更換數(shù)據(jù)；如果存在問題包括影像地物錯(cuò)位、云雪霧較大范圍覆蓋城鄉(xiāng)接合部和交通沿線等新增建設(shè)用地多發(fā)區(qū)、數(shù)據(jù)范圍小于監(jiān)測(cè)區(qū)范圍，及側(cè)視角遠(yuǎn)大于要求范圍等影響任務(wù)開展時(shí)，應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)拍或更換(圖2)。

(2)基礎(chǔ)底圖維度。該維度中主要涉及以縣級(jí)行政轄區(qū)為單元鑲嵌后的第二次全國(guó)土地調(diào)查底圖，作為糾正配準(zhǔn)的參考影像。同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的完整性、數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行檢查[13]。

(3)高程數(shù)據(jù)維度。該維度中主要涉及高程數(shù)據(jù)及用于正射糾正的控制數(shù)據(jù)。對(duì)數(shù)據(jù)獲取后應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查，包括套合行政界線，查看是否檢測(cè)區(qū)域全覆蓋以及檢查是否有高程異常值出現(xiàn)等情況。

(4)前時(shí)相DOM維度。該維度中主要涉及國(guó)家下發(fā)的分區(qū)縣遙感監(jiān)測(cè)DOM成果及變化圖斑成果。

(5)上年度數(shù)據(jù)維度。該維度中涉及上年度土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)維度。該維度中主要涉及本年度更新后國(guó)家級(jí)土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)及監(jiān)測(cè)圖斑提取范圍。上年度“臨時(shí)用地”圖斑維度。該維度中主要涉及上一年度變更調(diào)查地方上報(bào)的“臨時(shí)用地”圖斑，本年度將繼續(xù)跟蹤此類圖斑拆除情況。上年度“擬拆除”圖斑維度。該維度中主要涉及上一年度變更調(diào)查和衛(wèi)片執(zhí)法中地方上報(bào)的“擬拆除”圖斑，本年度將繼續(xù)跟蹤此類圖斑拆除情況。上年度“可疑設(shè)施農(nóng)用地”圖斑維度。該維度中主要涉及上一年度變更調(diào)查中，地方上報(bào)的部分不能確定的“設(shè)施農(nóng)用地”，本年度將繼續(xù)跟蹤和查清此類圖斑。

(6)土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)維度。該維度中主要涉及四川省國(guó)土資源廳備案的地方國(guó)土資源局土地利用總體規(guī)劃調(diào)整數(shù)據(jù)、永久基本農(nóng)田數(shù)據(jù)以及歷年建設(shè)用地審批數(shù)據(jù)。

圖2 基于02C衛(wèi)星數(shù)據(jù)的多維分類模型示意圖Fig.2 Diagram of the multidimensional model for classification based on ZY-1 02C satellite data

2 應(yīng)用案例

2.1 工區(qū)概況研究

四川省2015年度重點(diǎn)區(qū)域衛(wèi)片預(yù)警涉及16個(gè)地級(jí)市，30個(gè)縣(市、區(qū))，分別是成都市(高新區(qū)、龍泉驛區(qū)、新都區(qū)、金堂縣、雙流縣、新津縣、崇州市)、自貢市(富順縣)、攀枝花市(仁和區(qū))、瀘州市(龍馬潭區(qū))、德陽市(旌陽區(qū)、廣漢市)、綿陽市(涪城區(qū)、游仙區(qū))、廣元市(利州區(qū))、遂寧市(船山區(qū)、大英縣)、內(nèi)江市(東興區(qū))、樂山市(市中區(qū))、南充市(高坪區(qū)、嘉陵區(qū))、眉山市(仁壽縣、彭山區(qū))、廣安市(廣安區(qū)、前鋒區(qū))、達(dá)州市(達(dá)川區(qū))、巴中市(巴州區(qū)、恩陽區(qū))、資陽市(雁江區(qū)、簡(jiǎn)陽市)。

達(dá)川區(qū)是達(dá)州市的一個(gè)市轄區(qū)，位于東經(jīng)106°59′～107°50′；北緯30°49′～31°33′。地處達(dá)州市主城區(qū)南部，達(dá)州母親河—洲河之南。截至2013年，全區(qū)轄2個(gè)街道，18個(gè)鎮(zhèn)，36個(gè)鄉(xiāng)。全區(qū)幅員面積2 245 km2，人口120.29萬。自2012年在達(dá)川區(qū)白節(jié)鎮(zhèn)、河市鎮(zhèn)、斌郎鄉(xiāng)、幺塘鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)成立以化工、汽車為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的達(dá)州市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)以來，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快、用地量大、疑似違法用地比例較高，將其作為衛(wèi)片預(yù)警重點(diǎn)區(qū)域，對(duì)地方國(guó)土資源局及早發(fā)現(xiàn)、及時(shí)制止違法用地行為，有極其重要的作用。每年度重點(diǎn)區(qū)域衛(wèi)片預(yù)警工作在上半年4～5月和下半年9～10月開展，包括：

(1)重點(diǎn)縣(市、區(qū))最新時(shí)相遙感影像獲取；

(2)正射影像圖制作和新增建設(shè)用地圖斑提??；

(3)將提取的疑似新增建設(shè)用地圖斑套合地方國(guó)土資源局建設(shè)用地審批、土地利用總體規(guī)劃和永久基本農(nóng)田劃定數(shù)據(jù)，生成疑似違法用地圖斑；

(4)制作并下發(fā)衛(wèi)片預(yù)警底圖，指導(dǎo)地方應(yīng)用遙感監(jiān)測(cè)成果。

2.2 成果制作

獲取最新時(shí)相遙感影像并結(jié)合每年度省內(nèi)各區(qū)縣用地情況劃定的衛(wèi)片預(yù)警重點(diǎn)區(qū)域，通過中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品查詢系統(tǒng)，查看資源一號(hào)02C衛(wèi)星影像存儲(chǔ)情況，獲取云覆蓋低于30%，質(zhì)量等級(jí)大于6的產(chǎn)品景號(hào)，進(jìn)而進(jìn)行訂購(gòu)獲取最新時(shí)相的影像。

成果流程圖見圖3，其中，正射影像圖制作，以二次調(diào)查底圖、高程數(shù)據(jù)等控制資料為基礎(chǔ)，以區(qū)縣為單位，使用采集的最新遙感數(shù)據(jù)制作覆蓋預(yù)警地區(qū)的土地利用遙感正射影像圖。遙感監(jiān)測(cè)信息提取，通過套合、對(duì)比分析前后兩時(shí)相遙感影像圖與上年度土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)，以及上年度土地變更調(diào)查 “臨時(shí)用地”、“擬拆除圖斑”和“可疑設(shè)施農(nóng)用地”，按照統(tǒng)一的圖斑提取原則，采用以人機(jī)交互為主的信息發(fā)現(xiàn)和提取辦法，提取多種類型的土地利用信息圖斑。疑似違法用地圖斑提取，將提取的疑似新增建設(shè)用地圖斑利用空間位置關(guān)系和國(guó)土資源廳備案的土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)、永久基本農(nóng)田劃定數(shù)據(jù)和建設(shè)用地審批數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，提取出不符合土地利用總體規(guī)劃、占用基本農(nóng)田或無審批手續(xù)的疑似違法用地圖斑。

2.3 多維分析案例

基于第二次全國(guó)土地查數(shù)據(jù)，以年度變更調(diào)查、土地利用遙感監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從建設(shè)用地審批數(shù)據(jù)、土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)、基本農(nóng)田數(shù)據(jù)等多個(gè)維度出發(fā)，顧及國(guó)家相關(guān)行業(yè)規(guī)范及法律法規(guī)，針對(duì)重點(diǎn)區(qū)域開展基于02C衛(wèi)星數(shù)據(jù)的多維分析應(yīng)用。以達(dá)州區(qū)2014年下半年度7號(hào)衛(wèi)片預(yù)警圖斑為例，影像分辨率為2.5 m，時(shí)相為2014年11月2日，監(jiān)測(cè)面積為5 133 m2。將該圖斑與土地利用總體規(guī)劃、永久基本農(nóng)田劃定和建設(shè)用地審批數(shù)據(jù)進(jìn)行套合(圖4、圖5)，該圖斑無建設(shè)用地審批手續(xù)，占用基本農(nóng)田面積4 867 m2，農(nóng)村居民點(diǎn)267 m2，位于允許建設(shè)區(qū)外。故將該地塊作為疑似違法用地圖斑下發(fā)地方進(jìn)行實(shí)地核查，以采取相應(yīng)處理措施。

圖3 成果制作流程(左)與正射影像圖制作流程(右)Fig.3 Flowchart of the produce achievements (left) and flowchart of the produce DOM (right)

圖4 監(jiān)測(cè)圖斑疊加遙感影像和建設(shè)用地審批數(shù)據(jù)示意圖Fig.4 Diagram of monitoring figure overlaying RS image and approval data of construction land

圖5 監(jiān)測(cè)圖斑疊加土地利用總體規(guī)劃和基本農(nóng)田數(shù)據(jù)示意圖Fig.5 Diagram of monitoring figure overlaying overall plan for land utilization and basic farmland data

3 結(jié)論

基于02C衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)并結(jié)合3S等技術(shù)手段，在四川省重點(diǎn)區(qū)域涉及16個(gè)地級(jí)市，30個(gè)縣(市、區(qū))，3萬多平方公里的地方開展分析及應(yīng)用，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行土地違法情況分析，快速掌握用地違法情況，并下發(fā)地方督促完善用地手續(xù)，逐步形成“省級(jí)主動(dòng)掌握提前預(yù)警、地方積極作為及時(shí)整改”的局面：

(1)能夠幫助市縣提早發(fā)現(xiàn)違法用地線索、提前制止違法用地、及早完善用地手續(xù)、消除土地違法狀態(tài)、降低衛(wèi)片執(zhí)法問責(zé)風(fēng)險(xiǎn)。

(2)能夠?yàn)橥恋貓?zhí)法工作提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為加強(qiáng)事中事后監(jiān)管、維護(hù)土地資源管理秩序提供重要保障。

(3)能夠改變以往衛(wèi)片預(yù)警工作依靠國(guó)外遙感數(shù)據(jù)源的局面，實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)工作國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)全覆蓋，極大節(jié)約工作成本，節(jié)省財(cái)政資金。

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Multidimensional analysis and application of satellite image warning in the key monitoring area of Sichuan province based on ZY-1 02C data

CHEN Ken, WANG Yong, XIAO Pengfei, GE Jie, LI Yuan

(SichuanInstituteofLandPlanningandSurvey,Chengdu,Sichaan610045,China)

Nowadays the development of national satellite is beginning to take shape. This paper will associate the various discrete data and establish a multidimensional data management mechanism, oriented by the satellite early warning system in key areas of Sichuan province. Relying on the secondary national land survey and construction land record data, via the methods of “big data” and “clouds computing”, the information of illegal land use will be quickly known through the monitoring prior to the nation, so that the local government could improve the legal procedure. It aims to build a new methodology, not only for provincial government to keep in good communication and get warning in advance, but also for local government to provide active feedback and timely rectification; and to offer a basic data support for sustainable land use.

ZY-1 02C satellite data; satellite images warning; multidimensional analysis; land use change survey; remote sensing monitoring

10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2017.01.24

2016-05-20;

2016-09-28

2014年國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目“資源一號(hào)02C衛(wèi)星數(shù)據(jù)土地業(yè)務(wù)應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)及推廣”(201411119-3)子課題“四川省02C衛(wèi)星數(shù)據(jù)土地業(yè)務(wù)應(yīng)用產(chǎn)品驗(yàn)證與推廣”(2014101803846)；2017年四川省科學(xué)技術(shù)廳科技計(jì)劃項(xiàng)目“國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)成果在涼山州脫貧攻堅(jiān)工作中的轉(zhuǎn)化應(yīng)用研究”(2017YSZH0031)

陳 墾(1986-)，男，博士研究生，主要研究方向?yàn)閲?guó)土資源管理及應(yīng)用、空間信息技術(shù)及應(yīng)用。E-mail：chenken@foxmail.com

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1003-8035(2017)01-0151-05