多時相衛(wèi)星影像在“兩違”動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用

林碧珊

(福州市勘測院 福建福州 350108)

0 引言

近年來城市一些區(qū)域的違法建設(shè)越來越突出，違法搭建、插建擴(kuò)建屢禁不止，其危害包括建筑質(zhì)量無保證、存在安全隱患、侵占公共資源、損害公眾利益、破壞社會公平、制約城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展等[1-2]?！皟蛇`”(違法建設(shè)和違法用地，本文簡稱“兩違”)問題一直是當(dāng)前城市治理的重點(diǎn)。樓房坍塌、地面凹陷、高空墜物等事故時有發(fā)生，如2020年3月7號泉州市欣佳酒店坍塌事故[3]。為了杜絕此類事故再次發(fā)生，自然資源與規(guī)劃部門迫切需要掌握城市合理規(guī)劃布局、土地使用、違法建筑區(qū)域、非法占地等方面的信息。常規(guī)的違法建設(shè)發(fā)現(xiàn)手段主要是依靠執(zhí)法部門現(xiàn)場巡視和群眾舉報，然而巡查力量和巡查時間有限，難免出現(xiàn)紕漏，同時存在調(diào)查取證困難的問題。因此，如何快速發(fā)現(xiàn)違法建設(shè)和違規(guī)用地情況，提高查處效率和落實整改，是當(dāng)前“兩違”監(jiān)測面對的主要問題。

隨著遙感衛(wèi)星影像技術(shù)和無人機(jī)影像處理技術(shù)不斷發(fā)展，衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)獲取途徑增多，覆蓋范圍廣、種類越來越多，數(shù)據(jù)獲取周期也不斷縮短。遙感技術(shù)尤其是衛(wèi)星遙感技術(shù)以其低成本、宏觀、快速和實時動態(tài)連續(xù)監(jiān)測等優(yōu)勢受到廣泛關(guān)注[4]。本文將詳細(xì)介紹衛(wèi)星影像處理過程，以及多時相衛(wèi)星影像在福州市中心城區(qū)“兩違”動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用過程，通過對比不同時相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，大范圍地對違法建設(shè)和違規(guī)用地進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，快速發(fā)現(xiàn)“兩違”疑似違法圖斑空間位置，為執(zhí)法部門快速排查和處置提供有效依據(jù)。

1 衛(wèi)星影像處理

衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)提供的原始數(shù)據(jù)一般是LEVEL1級產(chǎn)品數(shù)據(jù)，包括影像數(shù)據(jù)和影像的RPC參數(shù)及元數(shù)據(jù)等文件[5-6]，為了保證影像分辨率、空間位置精度和地物的色彩，需要對原始影像進(jìn)行處理，得到正射影像成果才能作為“兩違”監(jiān)測的參考地圖。影像處理主要包括影像糾正、影像融合、勻光勻色、數(shù)據(jù)鑲嵌等，具體技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 衛(wèi)星影像處理技術(shù)流程

1.1 影像糾正

為保證影像糾正的效率和影像成果精度，影像糾正采用自動化糾正和人工精糾正相結(jié)合的方式。自動化糾正處理主要是將原始影像數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)導(dǎo)入PCI GXL系統(tǒng)中進(jìn)行自動化采集控制點(diǎn)、平差、正射糾正以及多光譜影像和全色影像精配準(zhǔn)等一系列糾正操作，得到影像粗糾正成果。而人工精糾正主要是利用ERDAS軟件對每一景影像，采用不同糾正模型進(jìn)行人工精糾正處理，一般情況下，高分一號、高分二號、高分六號采用QuickBird衛(wèi)星模型糾正，資源三號采用的是IKONOS衛(wèi)星模型糾正。

1.2 影像融合

影像融合是將空間、時間、波譜上冗余或者互補(bǔ)的多源遙感數(shù)據(jù)按照一定算法進(jìn)行處理，得到比任何單一數(shù)據(jù)更精確、更豐富的信息，生成具有新的空間、波譜、時間特征的合成影像數(shù)據(jù)[7]，這里主要是指將糾正后的全色數(shù)據(jù)與多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。目前常用的融合算法有PCA算法、小波變換法(Wavelet)、HPF融合法和PanSharp融合法。

1.3 影像勻光勻色

不同來源的衛(wèi)星影像，色彩差異較大，需要按照統(tǒng)一的色彩模式進(jìn)行勻光勻色。首先利用軟件自動化調(diào)色，然后再利用Photoshop軟件進(jìn)行局部色彩平衡，特別在影像接邊處進(jìn)行精細(xì)調(diào)色，保證影像接邊處自然過渡。

1.4 數(shù)據(jù)鑲嵌

為了更好地使用影像數(shù)據(jù)，需要利用ArcGIS軟件將影像數(shù)據(jù)鑲嵌成鑲嵌數(shù)據(jù)集，使得所有影像在一張圖上顯示，保證影像數(shù)據(jù)的連續(xù)性，為更大范圍的“兩違”監(jiān)測提供精準(zhǔn)地圖。

2 多時相衛(wèi)星影像在“兩違”監(jiān)測中的應(yīng)用過程

多時相衛(wèi)星影像在“兩違”監(jiān)測中的應(yīng)用原理主要是在房管部門下發(fā)的合法建筑圖斑和最新三調(diào)土地利用圖斑基礎(chǔ)上，根據(jù)對比前后兩個時相的影像，發(fā)現(xiàn)疑似違法圖斑，提取和生成變化圖斑和專題圖，提供給外業(yè)執(zhí)法人員做進(jìn)一步核查和處理，具體流程如圖2所示。

圖2 多時相衛(wèi)星影像在“兩違”監(jiān)測中的應(yīng)用流程

(1)準(zhǔn)備好所有參考數(shù)據(jù)，加載到ArcGIS中，采用卷簾工具，以單元公里網(wǎng)格為單位，通過橫向拉條和縱向拉條對比分析目標(biāo)區(qū)域內(nèi)前、后兩個時相衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)。

(2)發(fā)現(xiàn)疑似違法區(qū)域。利用ArcGIS卷簾工具，結(jié)合合法建設(shè)用地圖斑，對比前后兩個時相的影像，發(fā)現(xiàn)疑似違法建筑，疑似違法情況包括以下類型：①在未經(jīng)批準(zhǔn)的空地、耕地、填湖、填海等違法私自建房，即新增房屋；②已有的房屋拆除、重建等，即變化房屋；③在已有房屋上違法搭建、加蓋。通過對比分析，發(fā)現(xiàn)疑似違法圖斑，對于第一種違法情況，只需將現(xiàn)有圖斑提取出來，標(biāo)明違法類型；對于第二種、第三種違法情況，需要根據(jù)影像，在圖上精確標(biāo)繪出違法圖斑的范圍，并填上違法類型。

(3)提取出違法圖斑，按照表1生成屬性字段，并按要求填寫屬性值。

表1 疑似違法圖斑屬性表

(4)利用疑似違法圖斑數(shù)據(jù)，按鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)制作疑似違法圖斑專題圖。

3 多時相衛(wèi)星影像在“兩違”中的應(yīng)用實例

多時相衛(wèi)星影像在“兩違”監(jiān)測項目中的應(yīng)用已經(jīng)很廣泛了，以福州市中心城區(qū)“兩違”動態(tài)監(jiān)測項目為例，項目收集了福州市城區(qū)相隔半年兩個時相的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，并進(jìn)行一系列處理后得到正射影像成果，將合法報批圖斑數(shù)據(jù)、三調(diào)土地利用中建設(shè)用地圖斑數(shù)據(jù)疊加在影像上，根據(jù)對比前后兩個時相正射影像成果，發(fā)現(xiàn)和提取疑似違法圖斑，生成違法圖斑數(shù)據(jù)、違法圖斑專題圖和違法面積統(tǒng)計表，提供給執(zhí)法人員進(jìn)行外業(yè)核查和處置。圖3～圖5是疑似違法圖斑示例，圖6是違法圖斑專題圖。

圖3 新增房屋疑似違法圖斑示意圖

圖4 變化房屋疑似違法圖斑示意圖

圖5 搭建、加蓋房屋疑似違法圖斑示意圖

圖6 疑似違法圖斑專題圖

4 結(jié)語

本文介紹了“兩違”整治遇到的問題，分析衛(wèi)星影像發(fā)展現(xiàn)狀，數(shù)據(jù)特點(diǎn)、數(shù)據(jù)優(yōu)勢、應(yīng)用領(lǐng)域以及影像數(shù)據(jù)處理過程。詳細(xì)介紹了如何利用不同時相的衛(wèi)星影像快速發(fā)現(xiàn)和提取出監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的疑似“兩違”圖斑，利用該方法提取福州市中心城區(qū)半年內(nèi)的疑似違法建設(shè)圖斑，執(zhí)法人員可以對疑似違法圖斑進(jìn)行精準(zhǔn)判斷并快速處置，不易遺漏，很大程度地提高了“兩違”房屋的處置效率，具有較強(qiáng)的可操作性。該方法在海岸線監(jiān)測、礦產(chǎn)監(jiān)測等類似項目中具有很高的可借鑒性。