3S技術(shù)在石獅市“兩違”執(zhí)法中的應(yīng)用實(shí)踐

呂 爭 傅俏燕 王小燕 陳君穎 鄭琎琎

(中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心, 北京 100094)

0 引言

隨著國內(nèi)城鎮(zhèn)化快速推進(jìn),城市中“兩違”(違法占地、違法建設(shè))現(xiàn)象大量涌現(xiàn),這嚴(yán)重影響了城市規(guī)劃和市政建設(shè)工作。特別在人多地少、資源匱乏的福建地區(qū),“兩違”問題尤為突出,自2014年福建省委省政府就在全省開展了“兩違”綜合治理專項(xiàng)行動(dòng),為了健全執(zhí)法巡查監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)體系,建立違法建設(shè)快速處置機(jī)制,當(dāng)?shù)卣_始在土地執(zhí)法檢查中大量采用3S(遙感(Rernote Sensing，RS)、地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)和全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System， GPS))技術(shù)。

目前3S技術(shù)已經(jīng)在土地利用和違法用地監(jiān)測方面得到了大量應(yīng)用,如探討GF1與SPOT-5在土地利用變更調(diào)查遙感監(jiān)測中的應(yīng)用[1-3]、介紹3S技術(shù)在土地執(zhí)法工作中的應(yīng)用情況[4-6]、利用高分辨率影像進(jìn)行建設(shè)用地提取和變化監(jiān)測[7-10]等。然而目前絕大部分研究都只是描述3S技術(shù)如何應(yīng)用于執(zhí)法檢查的某個(gè)環(huán)節(jié),未能將整個(gè)技術(shù)融入實(shí)際執(zhí)法流程當(dāng)中,并且他們大多是小范圍的試驗(yàn)性質(zhì),沒有普適性和連續(xù)性,對結(jié)果精度和執(zhí)行效果也沒有進(jìn)行評價(jià)。本文以福建省石獅市為實(shí)踐區(qū)域,利用3S技術(shù)對石獅市城區(qū)范圍(總面積為168 km2)進(jìn)行“兩違”圖斑的監(jiān)測和提取,并上傳至執(zhí)法監(jiān)測中心的綜合管理系統(tǒng)中結(jié)合土地利用現(xiàn)狀圖、規(guī)劃審批信息,進(jìn)行圖斑篩選并分發(fā)至執(zhí)法人員的移動(dòng)端導(dǎo)航設(shè)備中指導(dǎo)其快速進(jìn)行實(shí)地核查。

1 3S技術(shù)在石獅市“兩違”執(zhí)法中的應(yīng)用流程

本次石獅市的“兩違”執(zhí)法實(shí)踐主要利用每個(gè)月獲取的遙感影像與上月影像進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)、提取并篩選新增占地或建設(shè)圖斑等疑似“兩違”信息,及時(shí)將信息上傳責(zé)任轄區(qū)數(shù)據(jù)中心,依法處置并反饋結(jié)果,遏制新增“兩違”現(xiàn)象。

3S技術(shù)在石獅市土地“兩違”監(jiān)察中的應(yīng)用流程主要包括(1)利用RS技術(shù)采集不同時(shí)段遙感影像然后進(jìn)行對比監(jiān)測發(fā)現(xiàn)變化圖斑;(2)利用GIS技術(shù)將變化圖斑轉(zhuǎn)換為地理空間數(shù)據(jù)信息并導(dǎo)入“兩違”執(zhí)法綜合管理平臺,對平臺數(shù)據(jù)庫中的變化圖斑和屬性信息進(jìn)行統(tǒng)一管理,并疊加現(xiàn)有的土地利用和規(guī)劃審批信息進(jìn)行綜合判斷、統(tǒng)計(jì)和分析,篩選出疑似“兩違”圖斑;(3)將“兩違”執(zhí)法綜合管理平臺中疑似“兩違”圖斑分發(fā)至GPS移動(dòng)終端,利用導(dǎo)航技術(shù)實(shí)地巡查并將取證結(jié)果反饋至管理平臺供網(wǎng)格監(jiān)察人員參考執(zhí)法。其應(yīng)用流程如圖1所示。

圖1 3S技術(shù)在“兩違”執(zhí)法中的應(yīng)用流程

圖1中，DOM為數(shù)字正射影像圖(Digital Orthophoto Mop,DOM);MDB (Message Driuen Bean)格式是Microsoft Access軟件使用的一種存儲格式。

2 遙感影像獲取和處理

由于衛(wèi)星遙感影像可以客觀真實(shí)的記錄地表特征,因此利用兩個(gè)不同時(shí)期的高分辨率遙感影像可以敏銳地發(fā)現(xiàn)城市中每一個(gè)街道和房屋的細(xì)微改變。近年來,我國高分辨率民用遙感衛(wèi)星日益增多,其中高景一號衛(wèi)星是國內(nèi)首個(gè)具備高敏捷、多模式成像能力的商業(yè)衛(wèi)星星座,目前有4顆在軌衛(wèi)星,搭載0.5 m分辨率的全色相機(jī)和2 m分辨率的多光譜相機(jī),幅寬12 km,單景最大可拍攝60 km×70 km影像,國內(nèi)可實(shí)現(xiàn)1 d重訪。借助高景衛(wèi)星可以在重訪周期和空間分辨率上完全滿足石獅市“兩違”衛(wèi)片執(zhí)法監(jiān)察工作的每個(gè)月覆蓋并提取10 m2以上新增占地或建設(shè)圖斑等疑似變化圖斑信息的要求,另外為滿足衛(wèi)片執(zhí)法需求,還有以下條件:(1)不同條帶的衛(wèi)星影像應(yīng)具有10%的重疊區(qū)域；(2)衛(wèi)星影像成果側(cè)視角不大于30°；(3)衛(wèi)星影像成果云量不大于10%；(4)影像要求影像層次豐富,紋理細(xì)節(jié)清晰,色調(diào)正常,無明顯噪聲、斑點(diǎn)、壞線、接痕和變形,且城區(qū)建筑無異常高亮。

在采集完影像后須對其進(jìn)行統(tǒng)一處理,將影像匹配在同一個(gè)參考基準(zhǔn)上以便后續(xù)的影像對比及變化檢測。一般處理過程包括正射糾正、影像融合、鑲嵌拼接、影像勻光勻色、影像裁切等。

3 變化圖斑提取、分析與入庫

在衛(wèi)星影像在完成正射鑲嵌融合等處理后,通過與上一期衛(wèi)星影像進(jìn)行比對,同時(shí)輔助疊加鄉(xiāng)鎮(zhèn)級的行政邊界、日常巡查發(fā)現(xiàn)的案件位置數(shù)據(jù)以及土地規(guī)劃和審批材料等,再依據(jù)影像地物特征,結(jié)合影像數(shù)據(jù)的時(shí)相、地域特點(diǎn)、地形地貌、周邊環(huán)境等綜合要素的影像解譯規(guī)則,提取地面10 m2以上新增占地或建設(shè)圖斑等疑似變化圖斑信息,如圖2所示。

圖2 兩期影像對比檢測“兩違”變化圖斑

在變化圖斑提取過程中,嚴(yán)格依據(jù)變化圖斑的提取標(biāo)準(zhǔn),并參照歷年工作經(jīng)驗(yàn)建立起的變化圖斑樣本庫,采用人機(jī)交互方式對影像上新增或者變更建設(shè)用地圖斑進(jìn)行勾繪、提取,并依據(jù)影像特征判斷變化圖斑類型。

目前土地執(zhí)法監(jiān)察工作關(guān)注的主要是違法占地和違法建設(shè)。具體包括:違反土地利用總體規(guī)劃擅自將農(nóng)用地改為建設(shè)用地的;非法占用土地建住宅的;不符合土地利用總體規(guī)劃確定的用途的建筑物、構(gòu)筑物重建、擴(kuò)建的;土地管理法律、法規(guī)規(guī)定應(yīng)予以拆除的等。以上主要?dú)w納為新增建筑、建筑加建、新增臨時(shí)建筑,如表1所示。因此在影像的變化監(jiān)測過程中需重點(diǎn)篩選這

3大類變化圖斑,并且根據(jù)石獅市國土部門提供的土地利用現(xiàn)狀、永久基本農(nóng)田現(xiàn)狀、耕地現(xiàn)狀等土地規(guī)劃文件進(jìn)行圖斑判讀、分析和篩選,形成疑似“兩違”圖斑。

除了提取疑似“兩違”圖斑,為了對圖斑進(jìn)行管理、分析和分發(fā),必須對圖斑進(jìn)行編號和標(biāo)注,并編輯其屬性信息,主要包括圖斑編號、圖斑坐落鎮(zhèn)(區(qū))、圖斑中心點(diǎn)坐標(biāo)、圖斑面積、審核資料名稱、原地類、現(xiàn)地類、變化類別、圖斑之記文件、前后時(shí)相、圖斑違章性質(zhì)等。此外每個(gè)圖斑需生成一個(gè)圖斑之記用來詳細(xì)展示圖斑的變化信息。最后對圖斑按照鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃進(jìn)行匯總和統(tǒng)計(jì),并且入庫。

4 “兩違”執(zhí)法綜合管理平臺

疑似“兩違”圖斑的大量生產(chǎn)和持續(xù)入庫必然需要地理空間數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一管理,無論是指導(dǎo)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街)的監(jiān)察執(zhí)法人員實(shí)地核查,還是用多期連續(xù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行違法地點(diǎn)時(shí)空分布特征、動(dòng)態(tài)變化規(guī)律方面的數(shù)據(jù)分析,都需要建立一個(gè)“兩違”執(zhí)法綜合管理地理信息平臺來統(tǒng)籌完成。

此平臺集成3S技術(shù),將GIS和導(dǎo)航技術(shù)融入“兩違”執(zhí)法工作流程當(dāng)中,能全程跟蹤記錄、反饋現(xiàn)場情況、進(jìn)行外業(yè)核查和責(zé)任判定。它以“兩違”數(shù)據(jù)和執(zhí)法任務(wù)的統(tǒng)一管理為核心思想,延伸出兩個(gè)層面的執(zhí)法業(yè)務(wù)應(yīng)用,即服務(wù)器端的“兩違”數(shù)據(jù)管理應(yīng)用和移動(dòng)端的執(zhí)法巡查應(yīng)用。平臺總體架構(gòu)包括網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)施、影像數(shù)據(jù)庫和地理信息數(shù)據(jù)庫、空間信息和定位導(dǎo)航模塊支持、服務(wù)器端和移動(dòng)端業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、各巡查及執(zhí)法網(wǎng)格等。

表1 土地執(zhí)法部門關(guān)注的城市土地利用變化圖斑類型

其中服務(wù)器端和移動(dòng)端業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)是綜合管理平臺的重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容,它是連接“兩違”信息數(shù)據(jù)和城管執(zhí)法用戶的橋梁。其中服務(wù)器端“兩違”執(zhí)法數(shù)據(jù)管理應(yīng)用采用B/S (瀏覽器/服務(wù)器模式，Browsor/Server)架構(gòu),使用MySQL(關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，由瑞典MySQL AB公司開發(fā))進(jìn)行后臺數(shù)據(jù)庫管理,部署于上級執(zhí)法部門數(shù)據(jù)中心,主要用于導(dǎo)入和匯總影像和“兩違”圖斑數(shù)據(jù),然后派發(fā)和管理巡查任務(wù),它具有“兩違”圖斑管理、執(zhí)法任務(wù)管理、影像管理、“兩違”圖斑統(tǒng)計(jì)和分析以及平臺用戶管理等功能;移動(dòng)執(zhí)法巡查應(yīng)用運(yùn)行在Android系統(tǒng)下,采用MVVM (模型、視圖、視圖模型，Model-View-ViewModel)架構(gòu)和GPS技術(shù)開發(fā),用于各巡查網(wǎng)格和執(zhí)法網(wǎng)格,主要用來接收和執(zhí)行巡查任務(wù)、導(dǎo)航規(guī)劃巡查路線、拍照取證以及巡查反饋等。

6 服務(wù)器端與移動(dòng)端聯(lián)動(dòng)執(zhí)法

“兩違”執(zhí)法綜合管理平臺中服務(wù)器端和移動(dòng)端的執(zhí)法應(yīng)用采取以市為督導(dǎo),鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街)為主導(dǎo)、村(居)為基礎(chǔ)的三級聯(lián)動(dòng)管理。首先各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的服務(wù)器端給村級執(zhí)法人員分配巡查任務(wù),下發(fā)疑似“兩違”圖斑信息,執(zhí)法人員借助村級各執(zhí)法網(wǎng)格的移動(dòng)執(zhí)法系統(tǒng)進(jìn)行疑似“兩違”圖斑巡查與跟蹤,現(xiàn)場確認(rèn)違建情況,并向上級服務(wù)器端申請土地認(rèn)定,查看土地審批情況,如果確屬違建則拍照取證并上傳錄入,向市級管理網(wǎng)格上報(bào),市級治違部門協(xié)調(diào)組織各鄉(xiāng)鎮(zhèn)級部門判定是否拆除,最后在服務(wù)器端進(jìn)行拆除錄入。

7 結(jié)束語

目前石獅市城區(qū)“兩違”執(zhí)法監(jiān)測工作已經(jīng)完成了8期任務(wù),利用遙感監(jiān)測變化圖斑7 028

處,累計(jì)變化面積7.99 km2。其中土地利用執(zhí)法工作重點(diǎn)關(guān)注的疑似“兩違”圖斑(包括新增建筑、建筑加建、新增臨時(shí)建筑等類別)共3 922處,累計(jì)下發(fā)巡查圖斑面積達(dá)1 076 102 m2,占石獅市總面積的0.65%,違法發(fā)現(xiàn)率達(dá)94%。另外,“兩違”執(zhí)法頻率從以前的一個(gè)季度全面巡查一次到目前的每月只重點(diǎn)巡查“兩違”區(qū)域即可,極大地減少了基層執(zhí)法人員的工作量,縮短了執(zhí)法人員到執(zhí)法現(xiàn)場的時(shí)間。由此可見,3S技術(shù)不僅能夠充分融入“兩違”實(shí)際執(zhí)法工作流程中的每個(gè)環(huán)節(jié),還可以對整個(gè)城市進(jìn)行大范圍持續(xù)地執(zhí)法監(jiān)測,使得執(zhí)法效率有了質(zhì)的飛躍。