基于遥感图像的工程建设进度监测及辅助投资决策调研与展望

胡坤 特日根 张贺峰 陈文韬

【摘  要】近年来，随着遥感卫星相关技术的发展与进步，卫星图像的分辨率、拍摄频率都得到显著提高。因此，应用遥感图像来监测工程建设的实施进度成为可能。论文对建筑物识别、塔吊识别等白昼目标识别方法进行综述，并用夜光影像分析夜间开工情况，同时，结合国家政策分析如“一带一路”、大湾区以及矿区等开工情况，提出合理投资决策的分析方法。

【Abstract】In recent years， with the development and progress of related technologies of remote sensing satellite， the resolution and shooting frequency of satellite images have been significantly improved. Therefore， it is possible to use remote sensing images to monitor the implementation progress of engineering construction. The paper summarizes day-time target recognition methods such as building recognition and tower crane recognition， and uses luminous images to analyze night-time construction conditions. Meanwhile， combined with national policies， the paper analyzes the construction conditions of "the Belt and Road"， the Greater Bay Area， and mining areas， and proposes analytical methods for reasonable investment decision.

【关键词】遥感影像;工程建设;卫星;投资决策

【Keywords】remote sensing images; engineering construction; satellite; investment decision

【中图分类号】TP751                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）10-0169-03

1 引言

利用日间影像可以对建成或在建的建筑物进行提取：以独立像元为单位进行特征识别、面向对象的自动化解译以及通过构建模型提取建筑物[1];而塔吊作为城市建筑的标志性地物，通过塔吊的数量和聚集程度，可以相对直观地看出特定区域的工程的开工情况以及进展情况[2]。

通过夜光遥感影像（DMSP/OLS）可以检测城市夜晚的灯光亮度来反映城市的规划情况以及局域经济的增长情况。长时间序列的DMSP/OLS数据在国外已经得到了成熟的检验和应用[3]，近几年对DMSP/OLS的理论和应用研究也逐步受到国内学者的关注。

中国的矿产资源十分丰富，通过卫星监控矿区的建筑开工情况，可以真实有效地反映挖矿的进度[4]，通过上述的建筑物识别、塔吊识别、夜间监测夜光影像的手段，结合政策可以对挖矿进度进行分析。以存档的历史数据为工具，通过对比卫星数据的变化，分析可能对投资造成的影响，从而达到投资辅助决策的作用。

2 白昼高分影像目标识别

在白昼，通过高分卫星影像，可以较为清楚地观测到工程开工期间的建筑物、工程设备（塔吊）。本节综述国内外学者对于建筑物识别、塔吊识别的研究成果。

2.1 建筑物识别

王玉提出基于高分辨率遥感影像的建筑物识别方法主要可以分为以独立像元为单位进行特征识别、面向对象的自动化解译以及通过构建模型提取建筑物等三个大类，并通过总结和借鉴前人的成果，提出了针对影像中的建筑物进行提取的新方法。王泽泓[5]等提出特定建筑物识别可应用于旅游景點地点的查询，针对现有特定建筑物识别方法特征提取困难、识别率低等问题，提出一种基于卷积神经网络的特定建筑物识别方法，该方法针对数据规模小的限制，利用预训练的VGG-16网络进行迁移学习，以改善网络效果。

2.2 塔吊识别

塔吊是建筑工地的标志性设备，塔吊的识别可以实现建筑工程的大概定位和对工程规模的大概获取，是对工程进度监督的有力依据。但是由于遥感图像的复杂性以及噪声的影响，如何将塔吊精确地提取相对困难。对于遥感图形中塔吊的提取，图像分割技术较为关键，常见的图像分割算法主要分为：边缘检测和连接算法、阈值分割算法和基于区域的算法[6]。其中，阈值分割算法对图像的灰度级别要求较高[7]，基于区域的算法容易产生图像过度分割的问题[8]。于博等提出了一种基于多尺度自适应形态学的塔吊提取方法。用多尺度自适应形态学方法对无人机航空影像进行分割，分割权重值根据不同的结构元素对图像进行腐蚀运算得到的不同填充次数而定，将得到的结果影像进行二值化处理、边缘提取、直线提取以及基于塔吊特殊的几何特征的提取，最后将塔吊精确地提取出来（见图1）。

3 夜光遥感图像和城市扩张建设的关系

通过研究和统计卫星夜光数据的分布和走势形态，可以研判城区的建设走势情况。徐慧敏等[9]基于时序VIIRS夜光影像，通过统计夜光总量，运用位序规模法则和首位度法，以及提取夜间点亮区域的方法研究了2012-2019年贵州省城市化发展情况。王海军等[10]在成渝地区快速城镇化的背景下，利用该地区夜晚灯光的分布和亮度变化来模拟区域城市扩展情况。对近21年的DMSP/OLS夜光遥感数据的相互定标、梯度分割、灰度阈值分类，提取出城市空间分布，同时，采用面积比值法进行提取精度评估。基于Geo-Spatial Analyst模块对成渝地区城市分布的矢量图形进行空间叠加分析，结合该区域的交通网，监测区域城市化进程和城市结构的变化。王冬梅等[11]以成都市为研究对象，定性地研究了夜光遥感与人口空间化的相关性。

4 国家政策对投资决策的影响

除遥感影像以外，对于投资，各类政策也起着关键的作用。国家的政策刺激会对相关政策受益的公司的股价带来较为持续且较为猛烈的上涨。若该公司所涉及的业务可以通过卫星进行拍摄，通过比对卫星数据，不仅可以对历史股价上涨或下跌进行验证，而且可以在当下的时间节点，对符合条件的公司的股价进行预测。

4.1 “一带一路”倡议

2017年初，国家出台政策，进行西部“一带一路”建设大开发，新疆天山水泥股份有限公司（天山股份000877）、新疆中建西部建设股份有限公司（西部建设002302）等直接受益，股价有较大幅度的上涨。李德仁等[12]基于1993-2012年长时间序列夜光遥感数据，利用空间统计、空间标准差椭圆和位序-规模分布方法研究“一带一路”沿线国家的城市体系空间结构和时空演化趋势。结果表明：“一带一路”倡议对周围国家和地区的经济带来明显的带动作用。

4.2 粤港澳大湾区政策

2017年3月，国家出台建设粤港澳大湾区的政策。与粤港澳大湾区相关的港口公司随即股价产生一波又一波的上涨，在恰当的时机，通过卫星图进行拍摄和比对，有着明显的活动倾向，可为投资建设带来辅助决策作用。

5 案例解析

在2017年8月至2017年12月，江西铜业股份有限公司的德兴铜矿（坐标为117.718008，29.012710）在2017年8月14日和2017年12月25日卫星图的对比，前者有大量金黄色铜矿，而在后者的图片中，铜矿出现明显的减少，说明挖矿的力度较大，反映在股价上，也出现了一波先涨后跌的过程。如图2和图3所示。

6 结语

本文对遥感图像可以通过监测工程建设进度来对投资进行辅助决策进行阐述。首先，综述了遥感图像在白昼的应用，分别从建筑物识别、塔吊识别进行介绍;其次，介绍了在夜间，夜光数据的应用，综述了国内外学者对夜光遥感数据的研究和探索;再次，阐述了政策对于投资决策有着重大的影响，介绍“一带一路”、粤港澳大湾区的相关政策;最后，针对可以用卫星图进行分析的公司，提出了具体的案例。

【参考文献】

【1】王玉.基于多源遥感数据的建筑工程资产投资态势监测[D].北京：中国地质大学，2016.

【2】于博，牛铮，王力.一种基于多尺度自适应形态学的塔吊提取方法[J].遥感技术与应用，2013，28（02）：240-244.

【3】Wu J，He S，PENG J，et al.Inter calibration of DMSP-OLS nighttime light data by the invariant region method[J].International Journal of Remote Sensing，2013，34（20）：7356-7368.

【4】卞正富，于昊辰，侯竟，等.西部重点煤矿区土地退化的影响因素及其评估[J].煤炭学报，2020，45（01）：338-350.

【5】王泽泓，刘厚泉.基于迁移学习与自适应特征融合的建筑物识别[J].计算机技术与发展，2019（12）：40-43.

【6】党军伟.塔吊在高层建筑施工中的应用[J].建筑工程技术与设计，2017（14）：1964.

【7】王連利，刘增力，刘康.基于灰度直方图的单一图像噪声类型识别研究[J].软件导刊，2018，17（04）：197-200.

【8】吴正平，马占稳，颜华，等.基于图像的多方向灰度波动局部阈值分割方法[J].激光与光电子学进展，2020，57（6）：181-186.

【9】徐慧敏，王妍，李熙.基于夜光遥感的贵州省城市格局变迁研究[J].自然杂志，2020（2）：134-141.

【10】王海军，孔祥冬，武克军.利用夜光遥感影像进行城市化监测[J].计算机工程与应用，2018，54（12）：235-239.

【11】王冬梅，张文君.夜光遥感与人口空间化的相关性研究初探——以成都市为例[J].现代盐化工，2019（6）：151-153.

【12】李德仁，余涵若，李熙.基于夜光遥感影像的“一带一路”沿线国家城市发展时空格局分析[J].武汉大学学报信息科学版，2017，42（6）：711-720.