湖南省月度卫片执法监测影像覆盖率统计与分析

谭思源，邹健健，肖祥红，钟淑芬

摘 要 本文通过湖南省各县、区2020年7月至2021年6月影像覆盖率的平均数、中位数、标准差统计与分析，发现湖南省月度卫片监测正射影像覆盖率整体表现较好;但不同的区域，覆盖率有明显差异，具备“北高南低、东高西低”的特征，且不同时间段也呈现不同覆盖率表现。利用这些分析结果能有效指导月度卫片监测影像在不同时间和空间的供给，实现“月发现、月预警、月处置”工作初衷。

关键字 月度卫片;执法监测;影像覆盖率;统计

中图分类号：P237 文献标识码：A

Statistics and Analysis of Coverage rate of Monthly Law Enfor-Cement Monitoring Satellite Images in Hunan Province

Tan Siyuan ， Zou Jianjian ， Xiao Xianghong ， Zhong Shufen

（The Second Surveying and Mapping Institute of Hunan Province， Changsha Hunan 410119）

Abstract： Based on the statistical analysis of the average， median and standard deviation of the image coverage rate of each county and district in Hunan Province from July 2020 to June 2021， we found that the overall performance of orthographic image coverage rate of monthly satellite image monitoring in Hunan Province was relatively good. However， there are significant differences in coverage in different regions. It has the characteristics of "high in the north and low in the south， high in the east and low in the west"， and different coverage performance is presented at different time periods. Using these analysis results， we can effectively guide the supply of monthly surveillance images in different time and space， and realize the original intention of "monthly discovery， monthly warning and monthly disposal".

Keywords： monthly satellite image; law enforcement monitoring; ratio of image coverage; statistics

为贯彻落实党中央用最严格制度、最严密法治保护资源的精神，切实履行“两统一”职责，充分发挥卫片在日常执法中及时发现、及时制止和秩序评价方面的作用，湖南省自然资源厅在国家季度卫片基础上，开展“月发现、月预警、月处置”的卫片执法工作[1];在已有建设用地审批手续范围外，以区、县为单位，使用当月采集的最新遥感数据，制作覆盖全省的土地利用遥感正射影像图，与年度土地利用变更调查影像（前时相）套合、对比，提取两期影像上疑似新增建设用地图斑（与国家卫片重合图斑不提取），形成每月疑似新增建设用地图斑，上传到湖南省违法用地监管信息系统，开展湖南省月度卫片执法工作。

作为“后时相”的当月影像成果来自于湖南省遥感统筹影像工作。湖南省为规范全省遥感影像数据管理，促进遥感影像数据的共享与应用，避免重复采购，启动了遥感影像统筹工作，其能实现卫星资源一站式目录检索全球80余颗遥感卫星影像，为月度卫片执法遥感影像数据提供了有力的保障[2]。

本文通过对湖南省各县、区2020年7月至2021年6月影像覆盖率的平均数、中位数、标准差的统计与分析，探索卫片影像在不同時间段和空间位置的覆盖特征，为后续的月度执法工作的影像供给方面提供指导建议。

1 数据来源

湖南省下辖14个地级行政区，共122个县级区划;各县、区正射影像均由常见的国产卫星遥感影像制作而成，如高分一号、高分二号、资源三号、北京一号、吉林一号等;本文所涉及的影像覆盖率由湖南省月度卫片执法监测工作所提供影像实际覆盖面积统计得来（见表1）;本文所指的行政区是指县级行政区，采用的行政区面积数据及行政区代码来自于第三次国土调查;所统计、分析的对象为2020年7月至2021年6月各行政区影像覆盖率。

2 用于统计与分析的指标

分析过程中所利用的基本指标及意义如下：

全省月度覆盖率平均值（Aa）：即某月122个行政区影像覆盖率算术平均值，用其表征该月湖南省整体影像覆盖情况;平均值越高，整体覆盖率越好。各行政区覆盖率年度平均值（As）类似，即某行政区12个月影像覆盖率的算术平均值;平均值越高，该行政区12个月以来影像覆盖得较好。

全省月度覆盖率中位数（ma）：即某月122个行政区影像覆盖率中位数，用其衡量影像覆盖率集中趋势;中位数越大，表示高覆盖率的行政区越普遍。各行政区覆盖率年度中位数（ms）类似，即某行政区12个月影像覆盖率中位数;中位数越高，该行政区12个月以来高影像覆盖的月份越多。

全省月度覆盖率标准差（σa）：即某月122个行政区影像覆盖率标准差;用其衡量该月各个行政区影像覆盖稳定性;标准差越小，各行政区影像覆盖率差异小。各行政区覆盖率年度标准差（σs）类似，即某行政区12个月影像覆盖率标准差;标准差越小，该行政区每个月影像覆盖差异小。

皮尔逊相关系数r：用于度量2个变量之间的线性相关程度，其值介于-1与1之间，当系数越接近1时，2个变量组成的数据点离某条可描述的直线方程越近。

3 数据分析

本文对正射影像覆盖率的统计与分析从以下2个角度出发：

（1）逐月统计全省正射影像覆盖率，计算其平均值、中位数、标准差以及高覆盖率占比等特征，从整體上分析湖南省正射影像覆盖率年度特征;

（2）逐行政区统计其正射影像覆盖率，计算各行政区12个月内覆盖率平均值、中位数、标准差以及高覆盖占比等特征，从各个行政区角度出发分析覆盖率的空间特征。

3.1 全省正射影像覆盖特征

（1）针对122个行政区影像覆盖率进行逐月统计，获得的平均值、中位数以及标准差结果如表2所示。

从表2中可知，2020年7月、2020年10月以及2021年4月出现了覆盖率极低值;7月份的极低值是由于监测工作处于起步阶段，工作方式、方法还在探索中，故存在影像资料收集不全的情况，在统计工作中属于固有异常体现，仍具备统计意义;而同年10月以及2021年4月情况则不同，其属于工作已走上正轨，因天气原因收集不到影像资料，以致正射影像覆盖率极低，这种情况属于数据偶然偏离，在评估整体趋势和特征会产生负面影响。

去除2020年10月及2021年4月异常值后，对统计数据进行折线化可看出（见图1）：从2020年7月开始，Aa在不同的月份存在着波动，但整体上升的趋势明显;Aa虽然有起有伏，但低值也接近70%。同时，自2020年9月始，ma均保持着高水准，表明在这些月份中，最少超过半数的行政区保持着较好的影像覆盖率。而σa起伏较大，如2020年9月份σa高达0.38，说明该月各行政区的影像覆盖率不平衡，部分行政区覆盖全面，部分行政区覆盖稀少;2021年3月与2021年6月，σa为0，则该月各行政区影像覆盖率做到了“雨露均沾”，数据也证明，这两个月各行政区覆盖率达到了100%。可以看出，尽管不同月份，各行政区影像覆盖率存在一定的差异及波动，但整体上仍保持着较高的覆盖率，能有效完成月度卫片监测工作职责职能。

（2）将2020年7月至2020年12月作为上期统计周期，2021年1月至2021年6月作为本期统计周期（见表3），两者进行环比。覆盖率平均值环比增长48.13%，中位数平均值环比增长61.09%，可以看出，上半年影像覆盖率明显要好于下半年，增长突出;这也表明，第三、四季度的月度卫片监测影像的获取需提前部署，拓宽获取渠道，进行适当补充，能让月度卫片监测工作更上一个台阶。

（3）为直观评估覆盖率，可将影像覆盖率分为3个级别，每个级别对应的影像覆盖率如表4所示。根据日常卫片监测工作经验，覆盖率为一、二级时，该行政区能进行比较好的监测;覆盖率为三级时，由于区域内大面积影像缺失，监测效力显著下降。

逐月统计各等级影像覆盖率的行政区个数，得出各等级覆盖率情况表（见表5）。

从表5可以看出，一、二级覆盖率占比接近60%以及超过60%的月份有8个。

取表5中“一、二级覆盖率占比率”与“影像覆盖面积占全省面积比”，计算二者相关程度，得出皮尔逊相关系数r=0.990 447 432，表明二者相关程度非常高;同时，计算出二者回归于y=0.8 727x+0.1 212直线方程（见图2），利用方程可建立数学模型用于指导卫星监测工作，如：要求在2021年12月监测面积占全省总面积的80%，通过模型可算出，完成目标工作至少需95个行政区的影像覆盖率超过70%。

3.2 各行政区正射影像覆盖特征

以各行政区面积为区分指标，统计各行政区12个月影像平均覆盖率、中位数、标准差，制作散点图（见图3）。

散点图显示，As≥70%的行政区共计41个;60%≤As<70%，共计43个行政区（面积多小于400万亩）;考虑到存在2个月覆盖率异常低值产生的统计负面影响，仍然可以认定此84个行政区得到较好的监测（见图4a）。ms普遍≥70%，共计92个行政区（面积多小于400万亩），这些行政区半数以上的月份影像覆盖率达到二级及以上（见图4b）。σs在行政区面积的表现上无明显差异，集中于0.3～0.5，影像覆盖率稳定性表现较差，波动较大，且情况较为普遍。

直觉上来讲，面积小的行政区越容易实现正射影像的高覆盖率，统计数据同样支持此结果;同时，统计结果也显示具备较好监测条件的行政区面积多在400万亩以下;在以后类似卫星监测工作开展可行性评估时，可尝试将“面积小于400万亩”做为一项参考指标。

统计各行政区正射影像平均覆盖率以及一、二级覆盖率月份个数，制作空间分布图（见图5）。覆盖率在空间位置上存在如下特征：

（1）湘北地区要好于湘南，湘东地区要好于湘西;从图5可看出代表影像覆盖率从北往南、从东往西逐渐变小的趋势;

（2）覆盖率高的地区集中于常德、益阳、娄底、长沙;而湘西州、张家界、怀化影像覆盖率较差;这一点从各地级市影像平均覆盖率和一、二级影像覆盖月份个数（从各地级市的县级行政区统计而来）也能得到验证（见图6）;

3.3 异常覆盖率特征

不同于2020年7月，2020年10月及2021年4月是在月度卫片监测工作步入正轨后出现覆盖率异常低值，造成覆盖率低的原因是天气恶劣，不利于卫星拍摄。统计特殊月份内各行政区影像覆盖率，制作了特殊月份影像覆盖率特征图（见图7）;对比二者，影像覆盖率在天气普遍多云多雨的月份，在不同空间位置呈现如下特征：

（1）湘南地区覆盖率整体低下，多接近零覆盖。如：道县、桂阳县、嘉禾县、江华瑶族自治县、蓝山县等。

（2）湘东南地区以及常德地区部分县具备较好的影像覆盖率。如：茶陵县、桂东县、汝城县、炎陵县、资兴市、安乡县、鼎城区、汉寿县。

（3）重点地区长沙、株洲与湘潭核心区域影像覆盖率极差，如：芙蓉区、岳麓区、荷塘区、芦淞区、石峰区、天元区、雨湖区、岳塘区等。

以上特征表明，在天气多云多雨的月份、影像难以获取的时间段，湘南地区以及长株潭核心区域需重点关注，提前采取相应的措施，方能确保该月月度执法工作无虞;而湘东南或常德地区，只需针对性对局部地区进行调查或干预，便能很好完成工作任务。

4 结论

（1）通过逐月对全省覆盖率平均值、中位数等指标分析，除去因获取不到影像特殊时期，湖南省月度卫片监测从2020年第三季度开始逐渐步入正轨，整体上具备70%以上的平均覆盖率，半数以上的行政区有8个月的覆盖率平均值接近或超过90%。同时，环比分析表明：上半年的影像覆盖率高于下半年，下半年影像的收集需要加强。尽管不同月份，各行政区影像覆蓋率存在一定的差异及波动，但整体上仍能有效地落实“月发现、月预警、月处置”工作职能。

（2）“一、二级覆盖率占比率x”与“影像覆盖面积占全省面积比y”可建立数学模型进行相互预测，该模型用直线方程y=0.8 727x+0.1 212进行描述。

（3）在统计周期的12个月内，有84个行政区具备较好的影像覆盖率，同时半数以上的月份影像覆盖率超70%，但影像各个月份覆盖不稳定;各行政区覆盖率在空间位置上存在“北高南低、东高西低”的特征;覆盖率高的行政区集中于常德、益阳、娄底、长沙;而湘西州、张家界、怀化影像覆盖率较差。

（4）在后续的工作，需对覆盖率较差的地区采取针对性措施;且在多云多雨、影像难以获取的特殊月份，湘南地区以及长株潭核心区域需提前部署，采取相应的措施，才能确保月度执法工作顺利开展。

参考文献/References

[1]乔思伟.自然资源部法规司司长魏莉华：全力推进自然资源法治建设[J].资源导刊，2018，11：10-11.

[2]湖南省国土资源厅、湖南省发展和改革委员会、湖南省财政厅.湖南省遥感影像数据统筹共享管理办法[E].2018-10-15.