趙華成

(福州市勘測院，福建 福州 350003)

1 引 言

城市“兩違”是指違法建設和違規(guī)用地。近年來，衛(wèi)星遙感監(jiān)測及無人機技術在“兩違”監(jiān)測中得到廣泛應用，衛(wèi)星遙感監(jiān)測具有影像獲取快、費用低、加工快等特點，但也存在容易云遮、不靈活，地物影像紋理清晰度不高，細節(jié)變化不容易發(fā)現(xiàn)等缺點，在各縣市非重點區(qū)域或鄉(xiāng)鎮(zhèn)的非建成區(qū)，建筑物相對稀疏，違建較為粗獷情況下應用較為合理；無人機監(jiān)測適用于建筑物密集，違建隱蔽，違建形式多樣化，大多為局部化違建情況，且時效性高，可以做到隨時出發(fā)，隨時拍攝，能快速獲取并生成實時測繪地理信息，及時提供可靠、直觀的二維或三維影像圖。隨著經(jīng)濟進一步發(fā)展，城市違建問題愈發(fā)突出，衛(wèi)星遙感及無人機技術的應用可以為兩違建筑精細化治理和監(jiān)管提供有效技術支撐，優(yōu)化監(jiān)管效率。

2 項目設計

項目設計首先需進行基礎數(shù)據(jù)收集，如遙感影像獲取工作，以福州市為例，該區(qū)域常年受雨水、云層等因素影響，導致衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的采集受一定限制，可采用衛(wèi)星遙感與無人機監(jiān)測技術相結合方法，對該城市“兩違”監(jiān)測平臺設計和分析。

2.1 監(jiān)測遙感影像獲取

監(jiān)測影像可通過高分衛(wèi)星遙感影像購買和無人機航測方式獲取。高分衛(wèi)星遙感影像可向高分辨率衛(wèi)星影像代理公司購買，如向美國商用公司購買0.5m分辨率快鳥影像，為提高地物變化自動識別準確度，盡量采購多光譜衛(wèi)星影像。無人機航測需留意提前做好設計航線與分區(qū)，以及空域申請與備案等準備工作，在無人機完成低空遙感的任務之后，需要對所得低空遙感影像數(shù)據(jù)進行檢查，確保數(shù)據(jù)正常、完整，對坐標一致性、航向重疊度、旁向重疊度及旋片角等進行復核確認。

2.2 影像數(shù)據(jù)處理

(1)正射影像制作

衛(wèi)星正射影像是利用數(shù)字高程模型對遙感影像(單色或彩色)，經(jīng)逐像元進行輻射改正、微分糾正、鑲嵌、處理和檢查等步驟生成的數(shù)據(jù)，制作流程包括資料收集、控制點(GCP)選取與量測、空三計算、正射糾正、數(shù)據(jù)融合、色彩調整、精度檢查等過程，控制點選取時無法靠影像邊選取時，可適當內移，但移動量不應大于圖像寬度或高度的1/4；空三角計算誤差不滿足要求時，需調整影像點或地面點坐標，反復進行調整計算。數(shù)字正射影像圖融合后的分辨率應達到全色波段的分辨率，不能有錯位或“雙眼皮”現(xiàn)象，數(shù)字正射與相鄰影像圖接邊誤差不應大于2個像元。

無人機正射影像制作包括資料準備、像片控制測量、空中三角測量、數(shù)字高程模型生產、單片數(shù)據(jù)生產、數(shù)字正射影像勻光勻色、數(shù)字正射影像鑲嵌等。在空三加密立體量測控制點時，像控點以注記說明和點位略圖作為依據(jù)綜合判定點位，對于個別錯點、疑點校核左右像對及上下航線同名目標，以判定其準確性。測區(qū)數(shù)字正射影像鑲嵌采用像片整體接邊一次成圖的方法，通過存儲相鄰影像的接邊線，避免了因拼接導致同一地物有明顯的拼接痕跡，提高了數(shù)字正射影像的精度和圖面質量。

(2)變化圖斑生成

變化圖斑提取工作包括：變化圖斑計算機自動提取、變化圖斑人機互動提取以及變化圖斑人工編輯等。利用前后兩不同時相兩期影像提供的DOM和DSM信息，自動進行圖斑分割，再對圖斑前后兩期的DOM光譜信息，DSM高程信息以及圖斑的形狀因子信息等特征進行計算，得出變化的圖斑。如果獲取不同時期的兩景城市“兩違”監(jiān)測高清影像為衛(wèi)星影像，不能獲取高精度DSM，則直接通過影像糾正、彩色合成與彩色空間變換、圖像增強處理(比值、主成分分析等)、數(shù)據(jù)融合技術生成DOM；為防止自動比對錯誤過多，在變化圖斑提交用戶之前，需要結合生成的兩景影像經(jīng)過內業(yè)人員人工核對復查，對變化圖斑進行規(guī)范化加工與編輯。如獲得的為無人機或大飛機影像，采用空三角加密、數(shù)字微分糾正等方法處理通過分析高程變化獲得建筑與用地變化情況，并將變化情況利用圖斑進行表示。空三角加密可建立模型的立體像對，后續(xù)可進行數(shù)字地形圖測繪；數(shù)字微分糾正便于生成大幅正射影像，以用于監(jiān)管依據(jù)。

為做到高精度監(jiān)測兩違圖斑變化，需進行人工復核，主要通過雙屏對比(如圖1所示)，完成，利用導航工具對自動標繪圖斑進行對比，對發(fā)現(xiàn)問題及時糾正，輪廓線不合理時需進行人工修測。

圖1 雙屏比對校核

2.3 監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)庫設計

“兩違”監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫框架的建設主要包括基礎地理空間數(shù)據(jù)、“兩違”監(jiān)測數(shù)據(jù)以及“兩違”業(yè)務數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)信息管理數(shù)據(jù)庫，如圖2所示。

基礎地理空間數(shù)據(jù)庫用于表達空間位置信息，用于對“兩違”圖斑進行空間位置定位與瀏覽。以福州市為例，基礎地理空間數(shù)據(jù)庫可直接利用福建省天地圖數(shù)據(jù)，包括矢量電子地圖切片、影像電子地圖切片以及用于定位的地理實體數(shù)據(jù)，如行政區(qū)劃、道路、信息熱點等，數(shù)據(jù)屬性與分層與天地圖保持一致。兩違遙感影像包括城市建成區(qū)或重點監(jiān)測區(qū)采用無人機航拍獲取的分辨率優(yōu)于 0.1 m的低空高清航飛影像；城市一般區(qū)域或非重點監(jiān)測區(qū)域采用向衛(wèi)星公司定制采購的分辨率優(yōu)于 0.5 m的高分衛(wèi)星影像。根據(jù)前后兩時相影像成果對工程范圍內疑似違法建筑和疑似違法用地判讀標示所繪制的圖斑。確認兩違圖斑是疑似兩違圖斑經(jīng)過執(zhí)法人員現(xiàn)場確認為違建的圖斑。兩違業(yè)務數(shù)據(jù)主要指“兩違”監(jiān)測與執(zhí)法任務或案件執(zhí)行過程中產生的審批、管理、評價、統(tǒng)計、分析等數(shù)據(jù)，包括巡查任務數(shù)據(jù)、拆除任務數(shù)據(jù)、巡查審批與管理數(shù)據(jù)、拆遷審批與管理數(shù)據(jù)、評價與考核數(shù)據(jù)等。各數(shù)據(jù)的內容、結構、屬性字典等設計會因縣(市)不同而有所不同，需要結合實地調研完成。系統(tǒng)信息管理數(shù)據(jù)設計主要有系統(tǒng)使用部門或人員信息、系統(tǒng)功能信息、系統(tǒng)操作日志表，數(shù)據(jù)下載日志表以及部門、人員、功能三者之間的關聯(lián)信息等。

圖2 城市兩違遙感監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)庫框架內容結構圖

數(shù)據(jù)庫建設完成后可搭建信息管理平臺，各級執(zhí)法人員可以方便查閱、編輯、管理“兩違”業(yè)務信息，對變化的地塊進行對比跟蹤，及時發(fā)現(xiàn)問題；各級領導可以方便查閱、統(tǒng)計、分析“兩違”業(yè)務辦理狀態(tài)，對進度、效果進行跟蹤與評價等。相比以往采用的臺賬模式，數(shù)據(jù)庫平臺可以將內業(yè)核查得到的疑似兩違圖斑、高分遙感影像與移動終端集成，建立基于GIS的監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了精準化、無紙化，動態(tài)化監(jiān)管，極大地提高了管理效率。

3 小 結

本文對比介紹了監(jiān)測影像獲取的高分衛(wèi)星遙感和無人機航測方法優(yōu)劣和特點，影像數(shù)據(jù)處理常用模型及方法，變化圖斑生成的工作流程及需注意事項，監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)庫框架構建和設計，對城市兩違監(jiān)測系統(tǒng)設計流程進行了梳理分析，可為類似城市兩違監(jiān)測項目提供參考借鑒。