范亞軍，甘元芳

(國家測繪地理信息局　第三地理信息制圖院，四川 成都 610100)

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遙感變形監(jiān)測技術在基礎設施項目建設中的應用與分析

范亞軍，甘元芳

(國家測繪地理信息局第三地理信息制圖院，四川 成都 610100)

常規(guī)變形監(jiān)測方法在大尺度、多時相、廣空間的基礎設施項目建設期動態(tài)監(jiān)測中存在很大的局限性，遙感監(jiān)測能夠在一定程度上彌補傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測方法所遇到的時空間隔大、費時費力、難以兼顧整體和成本高等缺陷和困難，隨著環(huán)境問題日益突出，宏觀、綜合、快速的遙感技術已成為大范圍環(huán)境監(jiān)測的一種主要技術。以高分辨率影像IKONOS、WorldView01為主要數(shù)據(jù)信息源，采用遙感影像處理技術、地理國情監(jiān)測技術、地理信息空間分析技術，對成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)開展遙感動態(tài)監(jiān)測和地表覆蓋監(jiān)測，對比2009年、2012年、2014年3個不同時相遙感影像數(shù)據(jù)的解譯結果，對監(jiān)測區(qū)工程建設開展形象進度分析以及地表覆蓋動態(tài)監(jiān)測分析。

遙感監(jiān)測技術；地理信息空間分析；工程建設進度分析；地表覆蓋監(jiān)測分析

遙感技術是與計算機科學、空間科學、測繪科學、地球科學、電子科學以及其他學科相互融合、交叉滲透的基礎上發(fā)展起來的一門新興邊緣學科，隨著科學技術水平的不斷提升，遙感技術作為環(huán)境監(jiān)測的重要技術之一，其監(jiān)測結果是否準確，對生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有關鍵性的作用。本次研究選取成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)作為基礎設施項目建設監(jiān)測對象，利用2009年10月、2012年11月和2014年1月的高分辨率遙感影像，結合地理國情普查成果，綜合運用遙感監(jiān)測技術、地理國情監(jiān)測技術、地理信息空間分析技術等，對其地表覆蓋狀況和項目建設狀況開展動態(tài)監(jiān)測，真實展示項目建設情況。

1　研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

1.1研究區(qū)域概況

成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)是承載成都市戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)功能的主要功能區(qū)，也是成都市建設世界現(xiàn)代田園城市和“兩樞紐、三中心”的重要戰(zhàn)略支撐。該項目建設時間為2006—2015，建設內(nèi)容主要包括功能區(qū)基礎設施、公務機基地、航空制造區(qū)、航空維修區(qū)、站前商務區(qū)、臨空總部經(jīng)濟區(qū)等，項目位置示意圖見圖1。

1.2影像源

本文收集了成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)2009年10月、2012年11月和2014年1月3個時相、不同種類的遙感影像數(shù)據(jù)，包括WorldView01遙感影像、IKONOS遙感影像以及彩色航空影像，3種影像空間分辨率分別為0.5 m、1 m、0.5 m，圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量好，無云霧，研究區(qū)監(jiān)測目標明顯，可解譯性高，影像空間分辨率越高，人工行為的影響和干預的效果就越明顯。影像見圖2。

利用收集到的高分辨率影像進行地理國情數(shù)據(jù)的采集。

圖1　成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)項目位置

圖2　已收集到的成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)影像覆蓋情況

1.3基礎地理信息資料

本文收集了覆蓋項目監(jiān)測區(qū)域的1:1萬 DLG成果。數(shù)據(jù)為2000國家大地坐標系，高程系統(tǒng)為1985國家高程基準，數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性2010—2011。利用收集到的基礎地理信息資料可對采集的地理國情數(shù)據(jù)進行核實和判斷。

1.4國情普查數(shù)據(jù)

四川省第一次全國地理國情普查數(shù)據(jù)，以下簡稱“國情普查數(shù)據(jù)”，數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性2014年6月，包括高分遙感影像、地表覆蓋數(shù)據(jù)和地理國情要素數(shù)據(jù)，利用2014年的國情普查數(shù)據(jù)再進行2009年及2012年兩期數(shù)據(jù)的生產(chǎn)。

1.5其他專業(yè)資料

2012年交通部專題資料以及成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)規(guī)劃材料。對收集到的專業(yè)資料進行甄選分析、數(shù)字化、空間化等預處理，可作為地表覆蓋和地理國情要素獲取的重要參考，以及屬性信息采集的數(shù)據(jù)源。

2　監(jiān)測研究方法

2.1工程建設動態(tài)遙感監(jiān)測方法

根據(jù)收集的項目規(guī)劃材料，利用多時相高分辨率遙感數(shù)據(jù)，以專題圖的形式對各個重點項目的子項工程建設區(qū)域環(huán)境、交通、工程進度等焦點問題的改善和變化進行連續(xù)觀測。

主要采用對比分析的方式，以影像和地表覆蓋數(shù)據(jù)為基礎，對規(guī)劃建設的重點工程進行對比監(jiān)測，對其逐年的發(fā)展情況和變化情況做文字說明及專題圖展示。本文主要從地表覆蓋變化、功能區(qū)項目建設情況(含道路與片區(qū))、項目拆遷情況以及工程建設動態(tài)變化4個方面展開監(jiān)測分析，并對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2.2地表覆蓋變化監(jiān)測分析方法

1)每期數(shù)據(jù)二級地類地表覆蓋面積及面積占比分析。分別對項目監(jiān)測區(qū)三期二級地類地表覆蓋面積進行統(tǒng)計，并統(tǒng)計各監(jiān)測時期二級地表覆蓋類型占監(jiān)測區(qū)范圍總面積的比。

(1)

式中：Si為某一地表覆蓋類型面積,Sn為監(jiān)測區(qū)總面積。

2)每期數(shù)據(jù)一級地類變化動態(tài)度分析。匯總統(tǒng)計的二級地類數(shù)據(jù)得到一級地類面積，通過計算一級地表覆蓋類型單一動態(tài)指數(shù)定量描述監(jiān)測區(qū)域地表覆蓋變化的速度。

單一動態(tài)指數(shù)計算公式：

(2)

式中：K為研究時段內(nèi)某一地表覆蓋類型動態(tài)度；ua，ub分別為監(jiān)測初期和監(jiān)測末期某一種地表覆蓋類型的面積；T為監(jiān)測時長，當T=1時，K值即為某地表覆蓋類型的年變化率。

3)監(jiān)測周期一級地類流轉監(jiān)測?；谵D移矩

陣，統(tǒng)計監(jiān)測區(qū)監(jiān)測周期初期到監(jiān)測周期末期的地表覆蓋流轉情況。通常的地表覆蓋轉移矩陣中(見圖3)，行表示T1時點地表覆蓋類型，列表示T2時點地表覆蓋類型。Pij表示T1-T2期間地表覆蓋類型i轉換為地表覆蓋類型j的面積占土地總面積的百分比；Pii表示T1-T2期間i種地表覆蓋類型保持不變的面積百分比。

T2A1A2…AnPin減少T1A1P11P12…PinPinP1n-P11A2P22P22…P2nP2nP2n-P2n┋┋┋┋┋┋┋AnPn1Pn2…PnnPnnPmn-PnnPniPn1Pn2…Pnn1新增Pn1-P11Pn2-P22…Pnn-Pnn

圖3地表覆蓋轉移矩陣

3　成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)基礎設施項目動態(tài)變化監(jiān)測

3.1成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)道路建設情況監(jiān)測結果

根據(jù)成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)規(guī)劃，成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)將形成“一環(huán)(環(huán)港路)多射(機場快速路等多條道路)”的道路網(wǎng)結構。表1為2009—2014成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)道路建設統(tǒng)計情況。

根據(jù)統(tǒng)計結果可知，2009年10月～2012年11月，功能區(qū)內(nèi)已建成道路增加了21.38 km；2012年11月～2014年1月，功能區(qū)內(nèi)已建成道路增加了5.56 km。其中成都至雙流機場高速公路、大件路等17條道路在2009年10月～2012年11月監(jiān)測時段建成；機場路、臨港路在2012年11月～2014年1月監(jiān)測時段建成；廣牧路、航樞大道等5條道路在2014年1月時還處于建設狀態(tài)。

3.2成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)項目拆遷情況綜合分析

根據(jù)3個不同時期遙感影像(見圖4)，對監(jiān)測區(qū)域房屋拆遷情況進行動態(tài)監(jiān)測。

據(jù)統(tǒng)計，2009年10月～2014年1月監(jiān)測期間，成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)范圍內(nèi)房屋建筑(區(qū))減少了1 481處，拆遷面積達1.075 km2，拆遷區(qū)域主要服務于園區(qū)道路及建筑物、構筑物及綠化用地建設。

表1　2009—2014成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)道路建設統(tǒng)計情況　km

圖4　2009年10月～2014年1月航空物流園區(qū)拆遷情況

3.3成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)項目建設動態(tài)遙感監(jiān)測

根據(jù)成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)建設情況監(jiān)測結果，截止至2014年1月，成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)建設主要集中于東北部，已建設并形成一定規(guī)模的片區(qū)包括航空物流園區(qū)和站前商務區(qū)等。

1)航空物流園區(qū)。成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)中的航空物流園區(qū)將建設由依托航空的快遞業(yè)、物流運輸業(yè)和物流地產(chǎn)業(yè)組成的三大物流產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展框架。圖5為航空物流園區(qū)建設監(jiān)測。

圖5　2009年10月～2014年1月航空物流園區(qū)建設監(jiān)測

根據(jù)對航空物流園2009年10月、2012年11月和2014年1月園區(qū)建設情況監(jiān)測結果知，2009年10月，航空物流園在建項目點4個；2012年11月，航空物流園在建項目點5個。2009年10月～2012年11月，建成安博成都空港物流中心、成都雙流國際機場貨站等項目點17個；2012年11月～2014年1月，航空物流園建成成都富園物流投資管理有限公司、中國物運總公司成都物流中心、成都萬事達物流有限公司等項目點5個。

2)站前商務區(qū)。成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)的站前商務區(qū)是集餐飲、住宿、辦公配套為一體的功能區(qū)。

根據(jù)2009年10月～2014年1月國際航空樞紐綜合功能區(qū)站前商務區(qū)建設監(jiān)測成果(見圖6)，2009年10月～2014年1月，新建航站樓1個、成都空港商務酒店等大型酒店3個，機場客運車站1個。

3.4成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)基礎設施項目地表覆蓋變化監(jiān)測

1)地表覆蓋基本統(tǒng)計分析。此次研究對監(jiān)測區(qū)地表覆蓋數(shù)據(jù)(一級地類和二級地類)進行統(tǒng)計，如表2、圖7所示。

從成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)項目地表覆蓋變化的遙感監(jiān)測結果看，2009年地表覆蓋類型主要以耕地為主，占全部類型的29.35%；2012年和2014年，耕地、園地等自然地表覆蓋類型占比有所減少，房屋建筑區(qū)、道路、構筑物、人工堆掘地等受人類建設活動影響的地表覆蓋類型有所增加。

2)地表覆蓋變化動態(tài)度分析。對項目監(jiān)測區(qū)地表覆蓋變化動態(tài)度進行分析，如表3所示。

圖6　2009年10月～2014年1月站前商務區(qū)建設監(jiān)測

地表覆蓋類型2009年10月2012年11月2014年1月一級地類二級地類面積/km2比例/%面積/km2比例/%面積/km2比例/%耕地水田8.0819.373.889.313.398.13旱地4.169.984.5810.994.3910.53園地果園1.493.580.982.340.601.44苗圃2.405.761.323.181.593.82花圃0.000.010.000.000.000.00林地喬木林1.904.543.658.762.546.08灌木林0.400.971.363.260.972.33竹林1.874.492.044.881.694.06疏林0.000.010.000.010.010.02綠化林地0.581.391.212.901.132.72人工幼林0.010.030.000.010.000.01草地天然草地3.147.542.365.664.3210.36人工草地2.105.053.728.914.3410.40

續(xù)表2

圖7　2009—2014地表覆蓋類型變化柱狀圖

一級類2009年/km22012年/km22014年/km22009—2012變化動態(tài)度/%2012—2014變化動態(tài)度/%耕地12.248.467.78-10.28-4.02園地3.902.302.19-13.67-2.30林地4.778.266.3424.42-11.61草地5.256.088.665.2721.23房屋建筑(區(qū))4.745.115.322.652.01道路1.822.432.4411.220.27構筑物4.276.036.4813.733.79人工堆掘地2.961.390.79-17.73-21.36荒漠與裸露地表0.000.000.00-33.330.00水域1.761.641.68-2.271.23

從表3可知，2009—2012期間，年平均變化速度最活躍的為荒漠與裸露地表，變化-33.33%，其次為林地、人工堆掘地及構筑物，變化分別為24.42%、-17.73%和13.73%；變化最緩慢的為水域，僅變化-2.27%；2012—2014期間，人工堆掘地變化動態(tài)度最高，達到-21.36%，其次為草地和林地，分別為21.23%、-11.61%。

3)一級地類流轉監(jiān)測。根據(jù)成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)項目三期監(jiān)測的地表覆蓋數(shù)據(jù)，構建轉移矩陣，如表4所示。

表4　成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)項目2009—2014地表覆蓋類型轉換面積統(tǒng)計　km2

由表4知，2009年10月～2014年1月，成都國際航空樞紐綜合功能項目建設從規(guī)劃至施工，耕地、園地等地表覆蓋的面積逐漸減少，并向房屋建筑區(qū)、道路、構筑物等地表動土建設產(chǎn)生的地表類型轉換，且離成都市雙流國際機場越近，變化頻度越高。

監(jiān)測范圍內(nèi)構筑物建設占用土地類型最大，為1.06 km2，由草地轉換而來，道路建設占用土地類型依次為耕地0.31 km2、草地0.20 km2、林地0.11 km2等；人工堆掘地開挖主要由0.25 km2草地、0.23 km2耕地、0.12 km2房屋建筑區(qū)等轉換而來；監(jiān)測區(qū)內(nèi)房屋建筑區(qū)建設占用土地主要來源于耕地0.64 km2、草地0.45 km2、林地0.28 km2等。

4　結　論

本文利用2009年10月、2012年11月和2014年1月的高分辨率遙感影像，綜合攝影測量、圖像處理、影像解譯、信息分類等相關技術，完成了對成都國際航空樞紐綜合功能區(qū)基礎設施項目范圍內(nèi)的項目建設狀況和地表覆蓋狀況的監(jiān)測，結論如下：

1)本次研究利用遙感監(jiān)測技術，便于相關單位直觀了解監(jiān)測區(qū)道路修建情況、房屋拆遷情況以及功能區(qū)建設情況，比起傳統(tǒng)的監(jiān)測技術，遙感監(jiān)測技術可以更大更廣更全面了解項目的建設情況。例如道路，可以根據(jù)地理國情數(shù)據(jù)看到道路建設進度，2009年，已建道路比例為29.00%，在建道路比例為13.01%，未建道路比例為58.02%；2012年，已建道路比例為63.60%，在建道路比例為10.89%，未建道路比例為25.51%；2014年，已建道路比例為74.49%，在建道路比例為0.00%，未建道路比例為25.51%。

2)2009年地表覆蓋類型主要以耕地為主，隨著工程深入，房屋建筑(區(qū))減少了1 481處，拆遷區(qū)域主要服務于園區(qū)道路及建筑物、構筑物及綠化用地建設。構筑物增多比例較大，相比未建設時期，林地和草地的面積有所增加，尤其是草地，人工堆掘地轉換為草地面積達2.21 km2，是所有地類轉換中面積最大的，表明項目在實施過程中，注重生態(tài)環(huán)境的保護及維持。利用衛(wèi)星遙感技術既可以對城市基礎項目建設進行實時監(jiān)測，也可以對城市景觀生態(tài)變化進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)城市開發(fā)建設過程中對生態(tài)系統(tǒng)破壞問題，有利于對城市開發(fā)建設的監(jiān)督和城市生態(tài)環(huán)境保護，為政府及相關的行政管理部門把控重點基礎設施項目的進度提供科學依據(jù)。

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[責任編輯：郝麗英]

Application and analysis of remote sensing deformationmonitoring techniques to the construction of infrastructure projects

FAN Yajun， GAN Yuanfang

(The Third Geo-information Mapping Institute of National Administration of Surveying, Mapping and Geo-information,Chengdu 610100,China)

During the construction of infrastructure projects,its dynamic monitoring has large scale,multi time phase and wide space, so that the conventional deformation monitoring method has great limitations,such as time and space gap, time-consuming, the overall lack, universal difficulty, and the high cost. The remote sensing monitoring can make up for the defects and difficulties of the traditional environmental monitoring. With the increasingly prominent environmental problems, the macro, comprehensive and rapid remote sensing technology has becomes one of the main techniques for environmental monitoring in a large scale.This paper takes the high resolution image IKONOS and WorldView01 as the main data source, and uses remote sensing image processing technology, geographical condition monitoring technology and geographic information spatial analysis technology to do the ground cover dynamic monitoring in Chengdu International Airport. Through comparing the interpretation results of three different simultaneous remote sensing image data in 2009,2012 and 2014, the paper analyzes the image process of the project construction in the monitoring area and land cover dynamic around.

remote sensing monitoring technology; geographic information spatial analysis; construction progress analysis; land cover monitoring and analysis

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2016.04.004

2016-03-14

范亞軍(1986-)，男，助理工程師，碩士研究生，研究方向：精密工程測量.

P237

A

1671-4679(2016)04-0016-09