低空遙感技術在國土執(zhí)法巡查中的應用

孟亞賓 韓軍

摘? 要：土地衛(wèi)片執(zhí)法檢查工作基于衛(wèi)星遙感影像開展，但存在執(zhí)法查處的周期過長，時效性相對較低等問題，而采用無人機等低空遙感技術具有周期短、成本低、機動靈活的特點，作為衛(wèi)片監(jiān)測技術的補充，廣泛應用于土地執(zhí)法巡查中。文章闡述了低空遙感影像的獲取與處理過程，在此基礎上對低空遙感技術在國土巡查執(zhí)法中的應用進行了分析和探討，旨在為土地資源管理提供幫助。

關鍵詞：低空遙感;國土執(zhí)法;遙感監(jiān)測

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）18-0139-04

Abstract： The law enforcement inspection of land satellite images is carried out based on satellite remote sensing images， but there are some problems such as long period of law enforcement investigation and relatively low timeliness. The use of low altitude remote sensing technology such as UAV has the characteristics of short period， low cost and flexibility. As a supplement to satellite image monitoring technology， it is widely used in land law enforcement inspection. This paper expounds the acquisition and processing process of low altitude remote sensing images， and analyzes and discusses the application of low altitude remote sensing technology in land patrol and law enforcement， in order to provide help for land resources management.

Keyword： low altitude remote sensing; land law enforcement; remote sensing monitoring

0? 引? 言

自2011年度起，自然資源部實施“一張圖”工程，將土地變更調查與衛(wèi)片執(zhí)法檢查相結合，實現(xiàn)土地調查成果的“一查多用”和變更常態(tài)化監(jiān)管。衛(wèi)片執(zhí)法能夠有效地發(fā)現(xiàn)和處罰土地違法行為，但是仍存在行政成本投入過大，執(zhí)法查處的周期過長，時效性相對較低等問題。為及時有效的發(fā)現(xiàn)土地違法行為，提高執(zhí)法監(jiān)管工作的效率，滿足土地管理需求，還需應用一些頻次更高、周期更短、效率更高的國土執(zhí)法巡查手段，而借助低空遙感技術可以快速獲取高清影像，了解違法用地情況，本文對利用低空遙感技術在國土巡查執(zhí)法中的應用進行了分析和探討。

1? 項目實例背景

為了做到及時發(fā)現(xiàn)、及時制止、及時查處國土違法行為，加大巡查執(zhí)法力度，輔助自然資源管理部門健全變更資料收集制度，增強執(zhí)法力度，更及時有效的發(fā)現(xiàn)土地違法行為，將違法行為發(fā)現(xiàn)在萌芽階段，滿足土地利用需求，我院受霸州市自然資源和規(guī)劃局委托，采用低空遙感技術對全市范圍以季度為周期進行土地利用監(jiān)測。根據(jù)工作計劃，對監(jiān)測區(qū)進行低空航空攝影并制作正射影像，與前一年度衛(wèi)片進行對比，提取前期新增建設用地，再對年度內開展的四次低空航攝影像通過疊加對比，采用前后期影像對比法提取新增建設用地，為國土執(zhí)法巡查提供數(shù)據(jù)支持。

2? 技術路線

項目總體技術路線首先采用無人機進行低空航空攝影并制作正射影像圖，使用PIX4D數(shù)字攝影測量工作站進行影像處理，利用影像預處理成果，在數(shù)字攝影測量工作站上生成高程點云數(shù)據(jù)，利用高程點云數(shù)據(jù)對航片進行正射糾正，制作測區(qū)的真彩色數(shù)字正射影像DOM[1]。疊加土地利用現(xiàn)狀圖、行政界線等數(shù)據(jù)，與前期正射影像圖和土地利用現(xiàn)狀圖疊加提取變化圖斑和新增建設用地，根據(jù)實際情況，在已有且符合規(guī)劃前提下，判別新增違法建設用地圖斑。然后制作圖斑縮略圖、信息圖和圖斑明細表，圖斑信息圖是將分鄉(xiāng)鎮(zhèn)正射影像數(shù)據(jù)疊加地籍子區(qū)（村界）數(shù)據(jù)，輔助外業(yè)土地執(zhí)法巡查。最后是制作外業(yè)核查表開展土地執(zhí)法巡查，技術路線如圖1所示。

3? 制作低空遙感正射影像

采用無人機進行低空航空攝影，并制作正射影像圖，主要流程為：

（1）根據(jù)監(jiān)測區(qū)制定航攝范圍。平行于攝區(qū)邊界線的首未航線一般敷設在攝區(qū)邊界線上或邊界線外，確保攝區(qū)邊界實際覆蓋不少于像幅的30%。沿航線方向，各超出攝區(qū)邊界線一般應大于設計成像基線長兩倍的長度[2]。

（2）航攝參數(shù)設計。包括航線敷設方法、相對航高、絕對航高、航向重疊度、旁向重疊度飛行架次等。本項目設計航線為東西方向，相對航高為800 m，絕對航高811 m，影像平均地面分辨率為0.12 m，航向重疊度為65%，旁向重疊度為70%。

（3）航空攝影。在航空攝影前須空域申請，在規(guī)定時間和范圍內進行航空攝影。根據(jù)制定的航攝范圍及設計的航攝參數(shù)進行航空攝影，進行質量檢查，確保航攝區(qū)無空洞、云覆蓋等情況，且影像質量滿足要求。

（4）正射影像制作。對航攝影像進行預處理，為保證影像數(shù)據(jù)處理效率，每個作業(yè)子區(qū)的航片數(shù)量不大于2 000張。整理POS包括：相片名稱、相片中心點經(jīng)度、相片中心點緯度、高程。確認航攝相片名稱與POS數(shù)據(jù)中相片名稱一致，以便于軟件識別相應外方元素。建立工程并將航攝影像及POS數(shù)據(jù)導入PIX4D數(shù)字攝影測量工作站[3]。

影像初始化。初始化處理模式為航拍（生成點云，數(shù)字表面模型和正射影像）。初始化處理內容主要包括影像特征提取、影像參數(shù)優(yōu)化，并且在優(yōu)化的基礎上重新進行影像匹配。

數(shù)字表面模型及正射影像圖生成。利用影像預處理結果，進行點云匹配，生成DSM。通過噪波過濾及平滑表面功能，進行DSM自動處理。最后進行正射影像糾正，生成瓦片式GeoTIFF，并進行合并瓦片。輸出作業(yè)區(qū)內正射影像數(shù)據(jù)。

（5）影像鑲嵌、裁切、檢查等。影像鑲嵌時一般沿線狀地物，注意接邊差不能超限，如圖2所示。影像裁切不以圖幅為單位，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)界線為單位進行裁切。影像質量檢查主要是紋理清晰，影像清晰，反差適中，色彩及色調均勻，影像無模糊、錯位、扭曲、拉花等現(xiàn)象，保證影像數(shù)據(jù)的連續(xù)、無縫和視覺一致性，影像的灰度直方圖布滿0～255個灰階，并基本接近正態(tài)分布。能夠準確地判定圖斑性質。

（6）四期影像航攝時間分別為8月、11月和2月、4月。

4? 新增建設用地圖斑提取

新增建設用地圖斑提取采用前后期影像對比法，根據(jù)實際情況，在已有且符合規(guī)劃前提下，判別新增違法建設用地圖斑。圖斑提取最小圖斑面積為20平方米。

4.1? 圖斑提取原則

前時相影像為植被或非建設狀態(tài)，后時相影像可明顯判別為建設用地或有明顯建設特征;前時相影像為植被或非建設狀態(tài)，后時相影像有明顯建設推填土特征;前時相影像有明顯建設推填土特征，后時相影像有明顯建設特征;前時相影像為植被或非建設狀態(tài)，后時相影像有明顯道路或大型溝渠特征;前時相影像為植被或非建設狀態(tài)，后時相影像有明顯地表硬化特征;根據(jù)土地利用現(xiàn)狀圖土地利用類型為建設用地的區(qū)域，不進行提取;提取的新增建設用地編號。

4.2? 圖斑提取方法

每期航攝影像成果與前期航攝影像成果進行疊加對比，辨別影像變化特征，如圖3所示。構建面狀要素，提取新增建設用地圖斑邊界;添加屬性信息，包括圖斑編號、圖斑面積、圖斑坐標信息、符合規(guī)劃面積、占用永久基本農田面積、占用基本農田面積、占用農用地面積、占用耕地面積、占用建設用地面積、占用未利用地面積。

4.3? 圖斑明細表制作

圖斑明細表Excel表格制作，表格內容包含圖斑編號、圖斑面積、圖斑坐標信息、符合規(guī)劃面積、占用永久基本農田面積、占用基本農田面積、占用農用地面積、占用耕地面積、占用建設用地面積、占用未利用地面積，統(tǒng)計單位為“畝”，數(shù)據(jù)保留6位小數(shù)。

4.4? 圖斑縮略圖

采用正射影像套合圖斑采集成果，并采用導出地圖的方式導出圖斑縮略圖，圖斑外圍輪廓線為紅色，寬度為2像素，并以圖斑編號標注。以分區(qū)域導出地圖的方式，將每鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)據(jù)分塊導出，并按規(guī)定格式命名。遇到圖斑較為密集區(qū)域，則放大此區(qū)域數(shù)據(jù)，以能看清圖斑編號及位置信息為原則，導出地圖，并按規(guī)定格式命名。

4.5? 圖斑位置信息圖制作

將正射影像數(shù)據(jù)、地籍子區(qū)（村界）數(shù)據(jù)、圖斑邊界數(shù)據(jù)、圖斑編號數(shù)據(jù)等相關數(shù)據(jù)進行疊加，制作圖斑位置信息圖，方便外業(yè)執(zhí)法巡查，圖斑位置信息圖示例如圖4所示。

4.6? 外業(yè)巡查表制作

外業(yè)核查表以輔助后期外業(yè)核查為原則，利用word表格制作，表格內容包含表格內容包含監(jiān)測圖斑編號、監(jiān)測圖斑面積、影像截圖、圖斑坐標信息、符合規(guī)劃面積、占用永久基本農田面積、占用基本農田面積、占用農用地面積、占用耕地面積、占用建設用地面積、占用未利用地面積等信息內容[4]。

5? 開展土地執(zhí)法巡查

土地執(zhí)法是指縣級以上人民政府國土資源行政主管部門按照法定程序和方式，依據(jù)該行政區(qū)域內土地管 理法律和法規(guī)，通過遙感監(jiān)測、動態(tài)巡查、地理信息系統(tǒng)等技術手段掌握該行政區(qū)域的新增建設用地和耕地保護情況，起到發(fā)現(xiàn)、制止并監(jiān)督查處違法用地行為。具體體現(xiàn)在土地衛(wèi)片執(zhí)法檢查的應用、土地管理動態(tài)巡查監(jiān)測、違法土地案件整改情況監(jiān)測和耕地保護的日常監(jiān)測等方面的工作[5]。

通過使用低空遙感技術對違法占用土地面積較大和集中的區(qū)域進行航拍攝像，可以快速、方便的查處土地違法行為，土地執(zhí)法工作人員可以攜帶外業(yè)巡查表逐圖斑進行土地巡查執(zhí)法，給土地巡查執(zhí)法帶來很大便利。同時，低空遙感影像也可以更直觀和快捷地了違法圖斑實際查處整改情況。

6? 結? 論

近年來，由于土地經(jīng)濟市場繁榮，從而導致違法占用土地、違法建設現(xiàn)象時有發(fā)生，基層執(zhí)法部門任務繁重，在日常巡查過程中，由于受地域條件等因素制約，巡查工作有一定困難，存在對違法用地發(fā)現(xiàn)率低、發(fā)現(xiàn)不及時等弊端[6]。與衛(wèi)片執(zhí)法相比，低空遙感技術具有機動靈活，使用方便等特點，并且獲取影像時間短、分辨率更高，可以準確快速獲取高清影像，確保不留盲區(qū)和死角，實現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)的全覆蓋，可有全面有效地了解該區(qū)域違法用地、違法建筑的情況。

通過一年4期提取數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，4次提取新增建設用地圖斑數(shù)量程明顯下降趨勢，尤其是比較二、三、四期圖斑提取成果，發(fā)現(xiàn)部分前期建設、后期停滯，甚至是拆除現(xiàn)象，說明通過低空遙感技術可以快速發(fā)現(xiàn)并制止、處理土地違法行為。

本項目在全國變更調查的基礎上，每年4次的執(zhí)法巡查，增加監(jiān)測頻率的同時，在違法占地的初始階段對其進行了有效遏制。做到了“發(fā)現(xiàn)在萌芽，解決在初始”，極大地減少土地違法帶來的經(jīng)濟損失。同時，監(jiān)測力度的加強，對違法占地現(xiàn)象產(chǎn)生及極大的威懾力，對土地資源的合理、合法利用有重要意義。

參考文獻：

[1] 馮學智，肖鵬峰，趙書河，等.遙感數(shù)字圖像處理與應用 [M].南京：商務印書館，2011.

[2] 陳永明.航空攝影測量 [M].北京：中國建筑出版社，2019.

[3] 李國杰.對無人機遙感技術在土地執(zhí)法工作中應用的研究 [J].科技創(chuàng)新導報，2016，13（16）：9-12+26.

[4] 竇世杰.測繪新技術在國土資源管理中的應用 [J].江西農業(yè)，2019（8）：120.

[5] 劉元志，周園.無人機遙感技術在花垣縣第三次國土調查中的應用 [J].國土資源導刊，2020，17（4）：41-44.

[6] 孫曉斌，黃瑞，魏光勇.測繪領域低空無人機航攝遙感的應用實踐 [J].數(shù)碼世界，2020（4）：62.

作者簡介：孟亞賓（1981.03—），男，漢族，河北無極人，高級工程師，碩士，主要研究方向：航空攝影測量與遙感。