城市“两违”变化监测设计与分析

赵华成

(福州市勘测院，福建 福州 350003)

1 引 言

城市“两违”是指违法建设和违规用地。近年来，卫星遥感监测及无人机技术在“两违”监测中得到广泛应用，卫星遥感监测具有影像获取快、费用低、加工快等特点，但也存在容易云遮、不灵活，地物影像纹理清晰度不高，细节变化不容易发现等缺点，在各县市非重点区域或乡镇的非建成区，建筑物相对稀疏，违建较为粗犷情况下应用较为合理；无人机监测适用于建筑物密集，违建隐蔽，违建形式多样化，大多为局部化违建情况，且时效性高，可以做到随时出发，随时拍摄，能快速获取并生成实时测绘地理信息，及时提供可靠、直观的二维或三维影像图。随着经济进一步发展，城市违建问题愈发突出，卫星遥感及无人机技术的应用可以为两违建筑精细化治理和监管提供有效技术支撑，优化监管效率。

2 项目设计

项目设计首先需进行基础数据收集，如遥感影像获取工作，以福州市为例，该区域常年受雨水、云层等因素影响，导致卫星遥感数据的采集受一定限制，可采用卫星遥感与无人机监测技术相结合方法，对该城市“两违”监测平台设计和分析。

2.1 监测遥感影像获取

监测影像可通过高分卫星遥感影像购买和无人机航测方式获取。高分卫星遥感影像可向高分辨率卫星影像代理公司购买，如向美国商用公司购买0.5m分辨率快鸟影像，为提高地物变化自动识别准确度，尽量采购多光谱卫星影像。无人机航测需留意提前做好设计航线与分区，以及空域申请与备案等准备工作，在无人机完成低空遥感的任务之后，需要对所得低空遥感影像数据进行检查，确保数据正常、完整，对坐标一致性、航向重叠度、旁向重叠度及旋片角等进行复核确认。

2.2 影像数据处理

(1)正射影像制作

卫星正射影像是利用数字高程模型对遥感影像(单色或彩色)，经逐像元进行辐射改正、微分纠正、镶嵌、处理和检查等步骤生成的数据，制作流程包括资料收集、控制点(GCP)选取与量测、空三计算、正射纠正、数据融合、色彩调整、精度检查等过程，控制点选取时无法靠影像边选取时，可适当内移，但移动量不应大于图像宽度或高度的1/4；空三角计算误差不满足要求时，需调整影像点或地面点坐标，反复进行调整计算。数字正射影像图融合后的分辨率应达到全色波段的分辨率，不能有错位或“双眼皮”现象，数字正射与相邻影像图接边误差不应大于2个像元。

无人机正射影像制作包括资料准备、像片控制测量、空中三角测量、数字高程模型生产、单片数据生产、数字正射影像匀光匀色、数字正射影像镶嵌等。在空三加密立体量测控制点时，像控点以注记说明和点位略图作为依据综合判定点位，对于个别错点、疑点校核左右像对及上下航线同名目标，以判定其准确性。测区数字正射影像镶嵌采用像片整体接边一次成图的方法，通过存储相邻影像的接边线，避免了因拼接导致同一地物有明显的拼接痕迹，提高了数字正射影像的精度和图面质量。

(2)变化图斑生成

变化图斑提取工作包括：变化图斑计算机自动提取、变化图斑人机互动提取以及变化图斑人工编辑等。利用前后两不同时相两期影像提供的DOM和DSM信息，自动进行图斑分割，再对图斑前后两期的DOM光谱信息，DSM高程信息以及图斑的形状因子信息等特征进行计算，得出变化的图斑。如果获取不同时期的两景城市“两违”监测高清影像为卫星影像，不能获取高精度DSM，则直接通过影像纠正、彩色合成与彩色空间变换、图像增强处理(比值、主成分分析等)、数据融合技术生成DOM；为防止自动比对错误过多，在变化图斑提交用户之前，需要结合生成的两景影像经过内业人员人工核对复查，对变化图斑进行规范化加工与编辑。如获得的为无人机或大飞机影像，采用空三角加密、数字微分纠正等方法处理通过分析高程变化获得建筑与用地变化情况，并将变化情况利用图斑进行表示。空三角加密可建立模型的立体像对，后续可进行数字地形图测绘；数字微分纠正便于生成大幅正射影像，以用于监管依据。

为做到高精度监测两违图斑变化，需进行人工复核，主要通过双屏对比(如图1所示)，完成，利用导航工具对自动标绘图斑进行对比，对发现问题及时纠正，轮廓线不合理时需进行人工修测。

图1 双屏比对校核

2.3 监测平台数据库设计

“两违”监测数据数据库框架的建设主要包括基础地理空间数据、“两违”监测数据以及“两违”业务数据以及系统信息管理数据库，如图2所示。

基础地理空间数据库用于表达空间位置信息，用于对“两违”图斑进行空间位置定位与浏览。以福州市为例，基础地理空间数据库可直接利用福建省天地图数据，包括矢量电子地图切片、影像电子地图切片以及用于定位的地理实体数据，如行政区划、道路、信息热点等，数据属性与分层与天地图保持一致。两违遥感影像包括城市建成区或重点监测区采用无人机航拍获取的分辨率优于 0.1 m的低空高清航飞影像；城市一般区域或非重点监测区域采用向卫星公司定制采购的分辨率优于 0.5 m的高分卫星影像。根据前后两时相影像成果对工程范围内疑似违法建筑和疑似违法用地判读标示所绘制的图斑。确认两违图斑是疑似两违图斑经过执法人员现场确认为违建的图斑。两违业务数据主要指“两违”监测与执法任务或案件执行过程中产生的审批、管理、评价、统计、分析等数据，包括巡查任务数据、拆除任务数据、巡查审批与管理数据、拆迁审批与管理数据、评价与考核数据等。各数据的内容、结构、属性字典等设计会因县(市)不同而有所不同，需要结合实地调研完成。系统信息管理数据设计主要有系统使用部门或人员信息、系统功能信息、系统操作日志表，数据下载日志表以及部门、人员、功能三者之间的关联信息等。

图2 城市两违遥感监测平台数据库框架内容结构图

数据库建设完成后可搭建信息管理平台，各级执法人员可以方便查阅、编辑、管理“两违”业务信息，对变化的地块进行对比跟踪，及时发现问题；各级领导可以方便查阅、统计、分析“两违”业务办理状态，对进度、效果进行跟踪与评价等。相比以往采用的台账模式，数据库平台可以将内业核查得到的疑似两违图斑、高分遥感影像与移动终端集成，建立基于GIS的监测系统，实现了精准化、无纸化，动态化监管，极大地提高了管理效率。

3 小 结

本文对比介绍了监测影像获取的高分卫星遥感和无人机航测方法优劣和特点，影像数据处理常用模型及方法，变化图斑生成的工作流程及需注意事项，监测平台数据库框架构建和设计，对城市两违监测系统设计流程进行了梳理分析，可为类似城市两违监测项目提供参考借鉴。