多时相卫星影像在“两违”动态监测中的应用

林碧珊

(福州市勘测院 福建福州 350108)

0 引言

近年来城市一些区域的违法建设越来越突出，违法搭建、插建扩建屡禁不止，其危害包括建筑质量无保证、存在安全隐患、侵占公共资源、损害公众利益、破坏社会公平、制约城市经济发展等[1-2]。“两违”(违法建设和违法用地，本文简称“两违”)问题一直是当前城市治理的重点。楼房坍塌、地面凹陷、高空坠物等事故时有发生，如2020年3月7号泉州市欣佳酒店坍塌事故[3]。为了杜绝此类事故再次发生，自然资源与规划部门迫切需要掌握城市合理规划布局、土地使用、违法建筑区域、非法占地等方面的信息。常规的违法建设发现手段主要是依靠执法部门现场巡视和群众举报，然而巡查力量和巡查时间有限，难免出现纰漏，同时存在调查取证困难的问题。因此，如何快速发现违法建设和违规用地情况，提高查处效率和落实整改，是当前“两违”监测面对的主要问题。

随着遥感卫星影像技术和无人机影像处理技术不断发展，卫星影像数据获取途径增多，覆盖范围广、种类越来越多，数据获取周期也不断缩短。遥感技术尤其是卫星遥感技术以其低成本、宏观、快速和实时动态连续监测等优势受到广泛关注[4]。本文将详细介绍卫星影像处理过程，以及多时相卫星影像在福州市中心城区“两违”动态监测中的应用过程，通过对比不同时相卫星影像数据，大范围地对违法建设和违规用地进行动态监测，快速发现“两违”疑似违法图斑空间位置，为执法部门快速排查和处置提供有效依据。

1 卫星影像处理

卫星影像数据提供的原始数据一般是LEVEL1级产品数据，包括影像数据和影像的RPC参数及元数据等文件[5-6]，为了保证影像分辨率、空间位置精度和地物的色彩，需要对原始影像进行处理，得到正射影像成果才能作为“两违”监测的参考地图。影像处理主要包括影像纠正、影像融合、匀光匀色、数据镶嵌等，具体技术路线如图1所示。

图1 卫星影像处理技术流程

1.1 影像纠正

为保证影像纠正的效率和影像成果精度，影像纠正采用自动化纠正和人工精纠正相结合的方式。自动化纠正处理主要是将原始影像数据、DEM数据导入PCI GXL系统中进行自动化采集控制点、平差、正射纠正以及多光谱影像和全色影像精配准等一系列纠正操作，得到影像粗纠正成果。而人工精纠正主要是利用ERDAS软件对每一景影像，采用不同纠正模型进行人工精纠正处理，一般情况下，高分一号、高分二号、高分六号采用QuickBird卫星模型纠正，资源三号采用的是IKONOS卫星模型纠正。

1.2 影像融合

影像融合是将空间、时间、波谱上冗余或者互补的多源遥感数据按照一定算法进行处理，得到比任何单一数据更精确、更丰富的信息，生成具有新的空间、波谱、时间特征的合成影像数据[7]，这里主要是指将纠正后的全色数据与多光谱数据进行融合。目前常用的融合算法有PCA算法、小波变换法(Wavelet)、HPF融合法和PanSharp融合法。

1.3 影像匀光匀色

不同来源的卫星影像，色彩差异较大，需要按照统一的色彩模式进行匀光匀色。首先利用软件自动化调色，然后再利用Photoshop软件进行局部色彩平衡，特别在影像接边处进行精细调色，保证影像接边处自然过渡。

1.4 数据镶嵌

为了更好地使用影像数据，需要利用ArcGIS软件将影像数据镶嵌成镶嵌数据集，使得所有影像在一张图上显示，保证影像数据的连续性，为更大范围的“两违”监测提供精准地图。

2 多时相卫星影像在“两违”监测中的应用过程

多时相卫星影像在“两违”监测中的应用原理主要是在房管部门下发的合法建筑图斑和最新三调土地利用图斑基础上，根据对比前后两个时相的影像，发现疑似违法图斑，提取和生成变化图斑和专题图，提供给外业执法人员做进一步核查和处理，具体流程如图2所示。

图2 多时相卫星影像在“两违”监测中的应用流程

(1)准备好所有参考数据，加载到ArcGIS中，采用卷帘工具，以单元公里网格为单位，通过横向拉条和纵向拉条对比分析目标区域内前、后两个时相卫星影像数据。

(2)发现疑似违法区域。利用ArcGIS卷帘工具，结合合法建设用地图斑，对比前后两个时相的影像，发现疑似违法建筑，疑似违法情况包括以下类型：①在未经批准的空地、耕地、填湖、填海等违法私自建房，即新增房屋；②已有的房屋拆除、重建等，即变化房屋；③在已有房屋上违法搭建、加盖。通过对比分析，发现疑似违法图斑，对于第一种违法情况，只需将现有图斑提取出来，标明违法类型；对于第二种、第三种违法情况，需要根据影像，在图上精确标绘出违法图斑的范围，并填上违法类型。

(3)提取出违法图斑，按照表1生成属性字段，并按要求填写属性值。

表1 疑似违法图斑属性表

(4)利用疑似违法图斑数据，按乡镇(街道)制作疑似违法图斑专题图。

3 多时相卫星影像在“两违”中的应用实例

多时相卫星影像在“两违”监测项目中的应用已经很广泛了，以福州市中心城区“两违”动态监测项目为例，项目收集了福州市城区相隔半年两个时相的卫星影像数据，并进行一系列处理后得到正射影像成果，将合法报批图斑数据、三调土地利用中建设用地图斑数据叠加在影像上，根据对比前后两个时相正射影像成果，发现和提取疑似违法图斑，生成违法图斑数据、违法图斑专题图和违法面积统计表，提供给执法人员进行外业核查和处置。图3～图5是疑似违法图斑示例，图6是违法图斑专题图。

图3 新增房屋疑似违法图斑示意图

图4 变化房屋疑似违法图斑示意图

图5 搭建、加盖房屋疑似违法图斑示意图

图6 疑似违法图斑专题图

4 结语

本文介绍了“两违”整治遇到的问题，分析卫星影像发展现状，数据特点、数据优势、应用领域以及影像数据处理过程。详细介绍了如何利用不同时相的卫星影像快速发现和提取出监测区域内的疑似“两违”图斑，利用该方法提取福州市中心城区半年内的疑似违法建设图斑，执法人员可以对疑似违法图斑进行精准判断并快速处置，不易遗漏，很大程度地提高了“两违”房屋的处置效率，具有较强的可操作性。该方法在海岸线监测、矿产监测等类似项目中具有很高的可借鉴性。