基于高分辨率遥感影像的城市动态监测研究

■张志文

（辽宁省地理信息院　辽宁　沈阳　110034）

基于高分辨率遥感影像的城市动态监测研究

■张志文

（辽宁省地理信息院辽宁沈阳110034）

城市规划动态监测是一个复杂、巨大、实时性强的系统工程。本研究利用区域高分辨率遥感影像，借助影像融合技术、影像解译技术和空间分析技术，成功实现了对城市规划实施中变化信息的提取，并结合规划管理规则等数字技术对城市建设进行了初步监督管理。

遥感影像城市规划动态监测

面对目前城市规划建设中存在的若干问题：违法建设大量出现、城乡结合部建设混乱、毁坏文物大拆大建、无规则擅自批建等，有必要采取一种实时有效的方式来加强城市规划监管。遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）等信息技术在城市规划领域的应用，为城市规划中违法建设的监测与管理提供了一种高效的技术手段。

1　遥感影像技术

遥感技术是高效的信息采集手段，利用遥感技术获取的遥感数据具有能取得大面积的综合信息、能最准确地反映现状信息、速度快等特点，正好适应了城市规划发展趋势的需要，成为目前获取和更新城市信息的最好手段，遥感数据也因此成为城市地理信息的重要数据源。

1.1遥感影像的选择目前商业化的主要遥感

目前商业化的主要遥感影像列表通过对几种遥感卫星影像的比较，在遥感影像的辅助下进行城市规划动态监管时，为了提高发现违法建设用地的效率和准确性，同时结合卫星遥感影像的分辨率和性价比，可采用高分辨率的IKONOS和QuickBird卫星遥感影像进行研究。

1.2遥感影像的处理

获取了遥感卫星影像后，首先对影像进行纠正、配准和镶嵌的处理，然后进行影像的融合和增强，为后续的变化信息提取做准备，

2　遥感影像变化图斑的提取

变化图斑的提取可分两类：基于多时相遥感影像的变化信息提取和基于单时相遥感影像的变化信息提取。对于多时相遥感影像，当同一地物反映在前一时相影像上的信息与其反映在后一时相影像上的光谱信息一一对应时，作多时相影像融合，就能如实地显示出地物的正确光谱属性。但如果两者信息表现为不一致时，那么融合后影像的光谱就表现得与正常地物有所差别，此时称地物发生了光谱特征变异，这些地物可以通过影像判读来勾绘出来，多时相遥感影像变化图斑提取流程对于单时相遥感影像，主要是利用现有城市总体规划、控制性详细规划、建设项目数据库和高分辨率卫星遥感数据，实现城市用地变化信息的检测与提取，从而达到监测城市违法建设的目标。

3　信息提取

3.1高分遥感路网提取

一般道路具有以下特征：（1）道路宽度变化不大，且变化缓慢；（2）道路方向改变较慢；（3）道路不太可能很短；（4）道路局部平均灰度变化较慢；（5）景物灰度变化较大。其中前3个条件为必要条件，后2个为附加条件，附加条件可提高道路提取的精度。根据以上特征选择适合于长条状地物特征的主动轮廓模型，该算法亦称“蛇”模型。在某个扫描扇区内，n个追踪方向相当于释放n扫描蛇，每条蛇都拥有自己的m个蛇节（待考察的扫描剖面连线）；然后在每条蛇的蛇节上进行像元灰度、梯度等特征扫描，同时搜索满足条件的梯度极值点对，当满足k个时，则为该蛇记k个积分；最后选择积分最大方向为下个搜索方向和起始位置，并重新搜索直至某条路段追踪结束。

3.2高分遥感车辆提取

首先，影像中车辆与背景一般有明显的梯度差异，因此采用增强梯度变化较大的区域，削弱梯度变化较小的区域，同时经过形态学膨胀与腐蚀处理，剔除车辆周围的平滑道路和绿地等。图像膨胀操作能获取较好的亮目标边缘，对于暗目标采用腐蚀操作则效果较好，故对测试影像目标边缘检测结果采用支持向量机作为分类器对特征进行分类。

4　信息数据应用城市群交通路网监测技术

（1）交通队列状态判别城市群交通特点是点多、线长、面广，而目前通过十字路口视频信息统计的瞬时交通队列状态数据宏观性不足，且信息存储占用空间大，城乡偏僻区域数据缺失，核心城市间数据共享不足，导致对城市群范围交通状态进行评价时无数据支持。将高分辨率遥感影像车辆和道路信息引入后，可克服以上不足，还可以为重大节假日全区域交通状态监测和紧急状态下的交通疏导指挥提供信息。基于高分辨率遥感影像的对交通队列状态判别的技术路线。由于目前道路提取还无法准确区分道路中心，而交通队列是分车向进行的，因此采用道路宽度平均分配法，使用ENVI、ArcMap等工具将道路提取的矢量文件图层进行人工分割。研究发现发生拥堵或缓行后，道路车辆表现为队列状态，对此，诸多学者将交通状态的判别信息聚集到了基于高分遥感的队列信息提取。针对前人应用边缘提取、线形和宽度函数来建立车辆队列模型的不足，作者提出交通密度法作为队列判别依据，交通密度定义某条道路上车辆面积总和占单位面积的百分比。采用对一般道路队列状态下车辆占道面积统计评价值，计算不同队列下的队列交通密度k，作为队列判别阈值。根据实际拥堵队列表现经验，车辆队列长度小于20m，多数为红绿灯等候。因此，采用计算机自动分块法，将单方向矢量道路数据进行截断划分为n个20m长的队列搜索块，只需判断计数的搜索块，然后对搜索块进行统计计数，即可得到全区域形成≥k的队列长度及其分布。（2）新建住宅公交站点需求分析城市群的发展表现为城市融合、公交联网，城市连接区域的住宅建设又关系融城的质量和进度。同时，在城市区域内由于中国行政管理体制“条”、“块”化模式，公交站点布局与住建部门、规划部门缺乏有效的信息共享，城市群范围内此现象更为严重，导致诸多新建建筑小区公交站点建设“先住人后通车”，公交公司依靠居民投诉意见进行公交补点，滞后期短则0．5a，长则3a以上。由于交通站点对周边商业经济具有吸引作用，若不能及时调整公交站点，不仅导致居民出行困难，而且延缓周边经济发展和城市化进程。对此，提出对前后两幅高分影像进行新建小区异常信息比对，确认新建小区面积和位置，粗略估计小区人口数量，按公交布局标准规范，以1km缓冲区搜索周边公交线路，判断是否满足该小区公交需求，对不能满足的小区用特殊标示标记，并将结果发送至公交规划部门。

5　城市规划动态监测系统的开发

城市规划动态监测系统的开发使得遥感影像分析技术的运用更加灵活，其中各种规划审批信息、批后监管、违法建设等数据库的建立使得影像监测更加直观、快捷，为城市规划建设动态管理提供辅助决策。根据管理级别和范围的不同，系统分为省级和市级两个版本。省级版城市规划动态监测系统体系结构。省级版实现不同时相遥感影像双窗口对比判断，提取发生变化图斑，对城市遥感影像及各类规划信息数据库进行整合集成，建立城市遥感影像、变化图斑信息和城市总体规划等数据库。围绕变化图斑,叠加各类数据库信息进行比较分析，初步了解城市规划中违法建设情况。市级版本具有省级版本一切功能，并在省级版本的基础上加以细化。市级版的城市规划动态监测系统由图形信息查询、数据管理与维护以及信息发布几个部分组成。图形信息查询采用VB+MapObjects进行开发，实现各种图形调用、数据综合查询、统计分析、指标计算等功能，达到各种空间数据查询、浏览使用的目的。

6　结语

数据获取是源头，信息提取是关键，行业应用是驱动力。对此，本文所述方法基本打通了影像信息提取—行业应用的链路，有助于提高相关业务的科学化水平，是一种有益的探索和实践。然而还存在诸多困难，如路网信息提取还需结合人工干预，高分遥感数据共享程度较低，行业应用尚在探索阶段，其深度和广度还需进一步挖掘和拓展。随着高分辨率遥感影像数据的“平民化”，加大数据在交通行业应用的广度和深度是今后交通工程领域各界关注的重点。

[1]王天鹏.遥感影像中道路的半自动提取研究 [D].解放军信息工程大学硕士学位论文，2004.

[2]戴昌达，姜小光，堂伶俐.遥感图像应用处理与分析 [M].北京，清华大学出版社. 2004年3月第1版

P2[文献码]B

1000-405X（2016）-9-351-1

孙亭亭（1992～），女，环境哲学专业，研究方向为生态文明。