动态监测技术在杭州市会展新城规划建设中的应用

楼秀华，刘洪江，张 明

（1.杭州市钱江新城投资集团有限公司，浙江 杭州 310016；2.杭州市勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 310012）

1 概述

随着社会的进步、经济的发展以及城市化进程的加快，城市地表类型及空间结构时刻发生着变化。在经济利益的驱动下，“两违”行为（违法建设及违规用地）日益严重，以致破坏了城市建设正常用地秩序，严重影响了城市土地利用的合理性与合法性。有效准确地对城市变化地物实现动态监测，可为“两违”执法检查精准提供定位信息，可为规划建设监管、违法占地管控、违规建筑管控等方面提供强有力的信息保障和技术支撑，这对于确保城市规划建设的合理性和合法性具有十分重要的意义。

城市规划建设中对于“两违”行为发现与查处的常规方法主要包括两种：一是依靠城市规划行政管理部门，通过巡查走访发现违法、违规的建设行为；二是依靠群众的投诉与举报，再经有关部门核实认定。两种方式虽具有一定优势，但人力物力耗费较大，同时也存在发现问题时间较晚、核实周期较长、举报案件有真有假等弊端［1］，等到核实后“两违”行为经常“木已成舟”，处罚和整改的难度进一步加大，传统的人工巡查复核方法不足以全面动态准确地监测城市土地利用状况。近年来，高分辨率卫星影像的相继出现为城市地表变化动态监测提供了新的技术手段，遥感技术凭借快速准确、大面积和多时相等优点为城市“两违”行为动态监测提供了有力的数据基础。其监测发现、提取的变化图斑是现势性、真实性较强的现状资料，能及时发现正处在建设中的“两违”行为，将其遏制在萌芽阶段，使处罚难度和经济损失降低到最小。

高分辨率遥感影像具有空间分辨率高的优势，可呈现更为清晰且包含更多细节的目标地物信息，有助于获取更符合真实情况的有效变化信息，已被广泛应用于变化监测中。遥感动态变化监测方法可自动且快速地获取目标区域的变化信息，有效避免常规人工监测方法中费力费时现势性低且监测结果质量不一致的问题。本文以国产高分辨率遥感影像高景一号和吉林一号两种数据为数据源，基于图像代数运算和遥感分类后比较法相结合的综合分析法，对杭州会展新城规划建设进行动态变化监测，从而及时发现并提取可疑图斑，将此监测成果提供给相关建设管理部门，可为“两违”执法监测提供精准的定位信息，保障城市规划建设的严肃性。

2 研究范围与数据

2.1 研究范围概况

杭州市会展新城位于萧山区南阳街道，西临钱塘江南岸海塘，南到南阳横河，北至白虎山北坡山脚，东至规划中环高架，总用地面积约21.13 km2，区域内五山环绕、四水入江。其中，位于会展新城核心区的大会展中心项目已于2020年4月启动，其将对标国内外一流大型会展场馆，力争打造成为长三角地区配套齐全的新一代大型会展综合体和杭州钱塘江畔新的城市地标性建筑群，旨在成为引领杭州会展产业发展的“杭州橱窗”。对杭州会展新城土地利用空间结构的动态化、定量化监测，有助于为杭州市新城规划建设和可持续发展提供参考，因而本文选取杭州会展新城为研究对象。

2.2 数据源

国产亚米级高分辨率卫星遥感数据具有采集能力强、信息量大、获取信息周期短、光谱信息丰富、性价比高等一系列特点［2］，极大地丰富了高分辨率遥感变化监测应用的数据源。然而由于高分辨率遥感影像幅宽相对来说较小，易受重访周期和云雾天气的影响，只使用一种高分辨率数据源难以保证研究区内相同或相近时相的高分辨率遥感影像。因此，本文选取高景一号和吉林一号两种数据作为数据源。其中，基期遥感影像是2020年4月12日获取的高景一号数据；现时遥感影像分别为2020年7月21日获取的高景一号数据，2020年12月25日获取的吉林一号数据，2021年7月6日获取的吉林一号数据。高景一号和吉林一号卫星的波段信息见表1。

表1 卫星波段参数［3-4］

3 研究方法

本研究基于亚米级的高分辨率遥感影像，结合遥感图像处理、地理信息系统相关技术及信息处理分析技术，围绕杭州会展新城开展遥感动态变化监测开展研究。研究内容主要包括：1）经一系列遥感数据预处理方法获取正射影像；2）基于综合分析法的监测区变化图斑的初步提取；3）通过数据后处理手段进一步确定会展新城遥感动态变化监测结果。技术路线见图1。

图1 城市规划建设中遥感监测流程

3.1 高分辨率遥感影像预处理方法

高分辨率遥感影像的配准精度对变化监测的精度有着决定性的影响，然而其数据质量易受到传感器平台的高度、大气辐射、地表起伏变化等要素的影响，在遥感影像的获取过程中不可避免地存在着数据变形与扭曲、数据模糊等系统误差。为了尽可能消除高光谱遥感影像中包含的噪声信息及几何畸变，本研究对原始高分辨率遥感数据分别进行了大气纠正、几何校正、正射校正、匀光匀色、数据融合、影像镶嵌、空间配准、重采样、坐标转换、数据裁剪等一系列数据预处理工作，最终形成了时空一致的杭州会展新城时序正射影像图。预处理后的高分辨率遥感影像成果见图2，其空间配准精度可满足后续 变化监测目标需求。

图2 多时相真彩色遥感影像

3.2 综合分析法提取变化区域

遥感动态变化监测是基于覆盖同一区域地物的时间序列遥感影像及其他辅助数据，经变化监测算法，对不同时相的地表覆盖物的变化加以识别分析，确定某个时段范围内目标地物的变化特征、地理范围和面积信息，以提供定量与定性的监测图斑空间分布变化特征。城市规划建设遥感变化监测的首要问题是判断某个时期目标区域内的地表建筑物是否发生变化，区分发生变化的图斑和未发生变化的图斑，进而根据研究目标确定变化前后的地物类型，确定变化的区域。

当前遥感动态变化监测应用较为广泛的方法主要包括两种类型：图像代数运算法和分类后比较法。图像代数运算法的监测基础在于光谱特征，通过计算不同时相遥感影像对应光谱波段的代数特征，提取变化监测图斑。分类后比较法的监测基础在于遥感分类，通过叠置分析获得不同时相遥感分类图内地表类型的变化信息。为避免单一监测算法对可疑图斑变化监测识别的局限性，本文将两种方法结合在一起，提出综合分析法，对两种监测方法获得的变化监测图斑进行叠置分析，设置合理阈值识别可疑“两违”建筑，最终获取其准确定位信息。

3.3 数据后处理方法

无论是图像代数运算法还是遥感分类后比较法，都是基于光谱特征获得的变化监测结果，分析结果的获取均面向单个像元，加之地物结构复杂的区域其分类精度是有限的，因此，综合分析法获得的变化监测图斑存在“椒盐现象”。为了获得边界平整准确的监测结果，需要对初步提取的变化区域进行数据后处理工作。本文基于密度分割、Majority分析、Minority分析、聚类和过滤处理等数据后处理方法，实现了对初步监测结果的小斑块去除和漏洞修补，以进一步提高变化监测精度。

4 监测结果分析与讨论

依据规划和自然资源监测指标体系，通过比对前后两期卫星遥感影像发现提取的变化图斑，并结合各类规划、管理、审批等数据，对监测数据进行业务化处理，输出管理所需的监测成果，变化监测结果分析见图3和表2。其中，2020年4—7月期间共提取变化图斑69个，面积约23.64 hm2；2020年7—12月共提取变化图斑67个，面积约70.7 hm2；2020年12月至2021年7月共提取变化图斑91个，面积约128.23 hm2。将此监测成果推送相关管理部门，对于后续的城市管理及“两违”防治将起到很大的作用，极大地降低了防控整治的成本，同时也很有效地保障了城市规划的刚性［5］。

图3 遥感变化监测结果

表2 监测结果分析汇总

5 结语

城市规划建设中的动态监测是遥感技术和地理信息技术完美结合的成果，需要在实际操作中长期、严肃地执行。坚持并长期有效地开展这项工作可以准确掌握城市规划与城市建设两者之间的矛盾和差错，可对“两违”建筑大范围、可视化动态监测，全面管控城市建设的规划实施情况，有关行政主管部门得以主动及时查获并迅速依法整治查处各类“两违”建设行为［6］。本研究形成了以高分辨率遥感影像为依托，在一个固定周期内完成卫星数据全覆盖采集、批量处理、变化监测和属性研判的技术监测闭环，监测结果可为会展新城各级部门管理、执法、决策提供科学依据，全面、高效地服务于新城规划建设，推动综合治理体制机制改革创新。

目前，本研究仅实现了城市规划建设中卫星遥感监测监管“双闭环”机制中的第一步，即监测闭环；后期需进一步统筹考虑卫星数据的覆盖、识别能力和监管工作的流程、时间要求等，跟踪实现第二个闭环，即监管闭环。之后以信息化能力为依托，在监测闭环解决“发现”的基础上，在一个固定周期内完成变化信息“发现—研判—分发—核查—处置—监督—考评”各环节的管理性工作，使城市规划建设管理从粗放模式向精细化、可视化、动态化转变。