樓秀華，劉洪江，張 明

（1.杭州市錢江新城投資集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310016；2.杭州市勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310012）

1 概述

隨著社會的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及城市化進(jìn)程的加快，城市地表類型及空間結(jié)構(gòu)時(shí)刻發(fā)生著變化。在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動下，“兩違”行為（違法建設(shè)及違規(guī)用地）日益嚴(yán)重，以致破壞了城市建設(shè)正常用地秩序，嚴(yán)重影響了城市土地利用的合理性與合法性。有效準(zhǔn)確地對城市變化地物實(shí)現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測，可為“兩違”執(zhí)法檢查精準(zhǔn)提供定位信息，可為規(guī)劃建設(shè)監(jiān)管、違法占地管控、違規(guī)建筑管控等方面提供強(qiáng)有力的信息保障和技術(shù)支撐，這對于確保城市規(guī)劃建設(shè)的合理性和合法性具有十分重要的意義。

城市規(guī)劃建設(shè)中對于“兩違”行為發(fā)現(xiàn)與查處的常規(guī)方法主要包括兩種：一是依靠城市規(guī)劃行政管理部門，通過巡查走訪發(fā)現(xiàn)違法、違規(guī)的建設(shè)行為；二是依靠群眾的投訴與舉報(bào)，再經(jīng)有關(guān)部門核實(shí)認(rèn)定。兩種方式雖具有一定優(yōu)勢，但人力物力耗費(fèi)較大，同時(shí)也存在發(fā)現(xiàn)問題時(shí)間較晚、核實(shí)周期較長、舉報(bào)案件有真有假等弊端［1］，等到核實(shí)后“兩違”行為經(jīng)?！澳疽殉芍邸保幜P和整改的難度進(jìn)一步加大，傳統(tǒng)的人工巡查復(fù)核方法不足以全面動態(tài)準(zhǔn)確地監(jiān)測城市土地利用狀況。近年來，高分辨率衛(wèi)星影像的相繼出現(xiàn)為城市地表變化動態(tài)監(jiān)測提供了新的技術(shù)手段，遙感技術(shù)憑借快速準(zhǔn)確、大面積和多時(shí)相等優(yōu)點(diǎn)為城市“兩違”行為動態(tài)監(jiān)測提供了有力的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。其監(jiān)測發(fā)現(xiàn)、提取的變化圖斑是現(xiàn)勢性、真實(shí)性較強(qiáng)的現(xiàn)狀資料，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)正處在建設(shè)中的“兩違”行為，將其遏制在萌芽階段，使處罰難度和經(jīng)濟(jì)損失降低到最小。

高分辨率遙感影像具有空間分辨率高的優(yōu)勢，可呈現(xiàn)更為清晰且包含更多細(xì)節(jié)的目標(biāo)地物信息，有助于獲取更符合真實(shí)情況的有效變化信息，已被廣泛應(yīng)用于變化監(jiān)測中。遙感動態(tài)變化監(jiān)測方法可自動且快速地獲取目標(biāo)區(qū)域的變化信息，有效避免常規(guī)人工監(jiān)測方法中費(fèi)力費(fèi)時(shí)現(xiàn)勢性低且監(jiān)測結(jié)果質(zhì)量不一致的問題。本文以國產(chǎn)高分辨率遙感影像高景一號和吉林一號兩種數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，基于圖像代數(shù)運(yùn)算和遙感分類后比較法相結(jié)合的綜合分析法，對杭州會展新城規(guī)劃建設(shè)進(jìn)行動態(tài)變化監(jiān)測，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)并提取可疑圖斑，將此監(jiān)測成果提供給相關(guān)建設(shè)管理部門，可為“兩違”執(zhí)法監(jiān)測提供精準(zhǔn)的定位信息，保障城市規(guī)劃建設(shè)的嚴(yán)肅性。

2 研究范圍與數(shù)據(jù)

2.1 研究范圍概況

杭州市會展新城位于蕭山區(qū)南陽街道，西臨錢塘江南岸海塘，南到南陽橫河，北至白虎山北坡山腳，東至規(guī)劃中環(huán)高架，總用地面積約21.13 km2，區(qū)域內(nèi)五山環(huán)繞、四水入江。其中，位于會展新城核心區(qū)的大會展中心項(xiàng)目已于2020年4月啟動，其將對標(biāo)國內(nèi)外一流大型會展場館，力爭打造成為長三角地區(qū)配套齊全的新一代大型會展綜合體和杭州錢塘江畔新的城市地標(biāo)性建筑群，旨在成為引領(lǐng)杭州會展產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“杭州櫥窗”。對杭州會展新城土地利用空間結(jié)構(gòu)的動態(tài)化、定量化監(jiān)測，有助于為杭州市新城規(guī)劃建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展提供參考，因而本文選取杭州會展新城為研究對象。

2.2 數(shù)據(jù)源

國產(chǎn)亞米級高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)具有采集能力強(qiáng)、信息量大、獲取信息周期短、光譜信息豐富、性價(jià)比高等一系列特點(diǎn)［2］，極大地豐富了高分辨率遙感變化監(jiān)測應(yīng)用的數(shù)據(jù)源。然而由于高分辨率遙感影像幅寬相對來說較小，易受重訪周期和云霧天氣的影響，只使用一種高分辨率數(shù)據(jù)源難以保證研究區(qū)內(nèi)相同或相近時(shí)相的高分辨率遙感影像。因此，本文選取高景一號和吉林一號兩種數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源。其中，基期遙感影像是2020年4月12日獲取的高景一號數(shù)據(jù)；現(xiàn)時(shí)遙感影像分別為2020年7月21日獲取的高景一號數(shù)據(jù)，2020年12月25日獲取的吉林一號數(shù)據(jù)，2021年7月6日獲取的吉林一號數(shù)據(jù)。高景一號和吉林一號衛(wèi)星的波段信息見表1。

表1 衛(wèi)星波段參數(shù)［3-4］

3 研究方法

本研究基于亞米級的高分辨率遙感影像，結(jié)合遙感圖像處理、地理信息系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)及信息處理分析技術(shù)，圍繞杭州會展新城開展遙感動態(tài)變化監(jiān)測開展研究。研究內(nèi)容主要包括：1）經(jīng)一系列遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理方法獲取正射影像；2）基于綜合分析法的監(jiān)測區(qū)變化圖斑的初步提?。?）通過數(shù)據(jù)后處理手段進(jìn)一步確定會展新城遙感動態(tài)變化監(jiān)測結(jié)果。技術(shù)路線見圖1。

圖1 城市規(guī)劃建設(shè)中遙感監(jiān)測流程

3.1 高分辨率遙感影像預(yù)處理方法

高分辨率遙感影像的配準(zhǔn)精度對變化監(jiān)測的精度有著決定性的影響，然而其數(shù)據(jù)質(zhì)量易受到傳感器平臺的高度、大氣輻射、地表起伏變化等要素的影響，在遙感影像的獲取過程中不可避免地存在著數(shù)據(jù)變形與扭曲、數(shù)據(jù)模糊等系統(tǒng)誤差。為了盡可能消除高光譜遙感影像中包含的噪聲信息及幾何畸變，本研究對原始高分辨率遙感數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了大氣糾正、幾何校正、正射校正、勻光勻色、數(shù)據(jù)融合、影像鑲嵌、空間配準(zhǔn)、重采樣、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)裁剪等一系列數(shù)據(jù)預(yù)處理工作，最終形成了時(shí)空一致的杭州會展新城時(shí)序正射影像圖。預(yù)處理后的高分辨率遙感影像成果見圖2，其空間配準(zhǔn)精度可滿足后續(xù) 變化監(jiān)測目標(biāo)需求。

圖2 多時(shí)相真彩色遙感影像

3.2 綜合分析法提取變化區(qū)域

遙感動態(tài)變化監(jiān)測是基于覆蓋同一區(qū)域地物的時(shí)間序列遙感影像及其他輔助數(shù)據(jù)，經(jīng)變化監(jiān)測算法，對不同時(shí)相的地表覆蓋物的變化加以識別分析，確定某個(gè)時(shí)段范圍內(nèi)目標(biāo)地物的變化特征、地理范圍和面積信息，以提供定量與定性的監(jiān)測圖斑空間分布變化特征。城市規(guī)劃建設(shè)遙感變化監(jiān)測的首要問題是判斷某個(gè)時(shí)期目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的地表建筑物是否發(fā)生變化，區(qū)分發(fā)生變化的圖斑和未發(fā)生變化的圖斑，進(jìn)而根據(jù)研究目標(biāo)確定變化前后的地物類型，確定變化的區(qū)域。

當(dāng)前遙感動態(tài)變化監(jiān)測應(yīng)用較為廣泛的方法主要包括兩種類型：圖像代數(shù)運(yùn)算法和分類后比較法。圖像代數(shù)運(yùn)算法的監(jiān)測基礎(chǔ)在于光譜特征，通過計(jì)算不同時(shí)相遙感影像對應(yīng)光譜波段的代數(shù)特征，提取變化監(jiān)測圖斑。分類后比較法的監(jiān)測基礎(chǔ)在于遙感分類，通過疊置分析獲得不同時(shí)相遙感分類圖內(nèi)地表類型的變化信息。為避免單一監(jiān)測算法對可疑圖斑變化監(jiān)測識別的局限性，本文將兩種方法結(jié)合在一起，提出綜合分析法，對兩種監(jiān)測方法獲得的變化監(jiān)測圖斑進(jìn)行疊置分析，設(shè)置合理閾值識別可疑“兩違”建筑，最終獲取其準(zhǔn)確定位信息。

3.3 數(shù)據(jù)后處理方法

無論是圖像代數(shù)運(yùn)算法還是遙感分類后比較法，都是基于光譜特征獲得的變化監(jiān)測結(jié)果，分析結(jié)果的獲取均面向單個(gè)像元，加之地物結(jié)構(gòu)復(fù)雜的區(qū)域其分類精度是有限的，因此，綜合分析法獲得的變化監(jiān)測圖斑存在“椒鹽現(xiàn)象”。為了獲得邊界平整準(zhǔn)確的監(jiān)測結(jié)果，需要對初步提取的變化區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理工作。本文基于密度分割、Majority分析、Minority分析、聚類和過濾處理等數(shù)據(jù)后處理方法，實(shí)現(xiàn)了對初步監(jiān)測結(jié)果的小斑塊去除和漏洞修補(bǔ)，以進(jìn)一步提高變化監(jiān)測精度。

4 監(jiān)測結(jié)果分析與討論

依據(jù)規(guī)劃和自然資源監(jiān)測指標(biāo)體系，通過比對前后兩期衛(wèi)星遙感影像發(fā)現(xiàn)提取的變化圖斑，并結(jié)合各類規(guī)劃、管理、審批等數(shù)據(jù)，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行業(yè)務(wù)化處理，輸出管理所需的監(jiān)測成果，變化監(jiān)測結(jié)果分析見圖3和表2。其中，2020年4—7月期間共提取變化圖斑69個(gè)，面積約23.64 hm2；2020年7—12月共提取變化圖斑67個(gè)，面積約70.7 hm2；2020年12月至2021年7月共提取變化圖斑91個(gè)，面積約128.23 hm2。將此監(jiān)測成果推送相關(guān)管理部門，對于后續(xù)的城市管理及“兩違”防治將起到很大的作用，極大地降低了防控整治的成本，同時(shí)也很有效地保障了城市規(guī)劃的剛性［5］。

圖3 遙感變化監(jiān)測結(jié)果

表2 監(jiān)測結(jié)果分析匯總

5 結(jié)語

城市規(guī)劃建設(shè)中的動態(tài)監(jiān)測是遙感技術(shù)和地理信息技術(shù)完美結(jié)合的成果，需要在實(shí)際操作中長期、嚴(yán)肅地執(zhí)行。堅(jiān)持并長期有效地開展這項(xiàng)工作可以準(zhǔn)確掌握城市規(guī)劃與城市建設(shè)兩者之間的矛盾和差錯(cuò)，可對“兩違”建筑大范圍、可視化動態(tài)監(jiān)測，全面管控城市建設(shè)的規(guī)劃實(shí)施情況，有關(guān)行政主管部門得以主動及時(shí)查獲并迅速依法整治查處各類“兩違”建設(shè)行為［6］。本研究形成了以高分辨率遙感影像為依托，在一個(gè)固定周期內(nèi)完成衛(wèi)星數(shù)據(jù)全覆蓋采集、批量處理、變化監(jiān)測和屬性研判的技術(shù)監(jiān)測閉環(huán)，監(jiān)測結(jié)果可為會展新城各級部門管理、執(zhí)法、決策提供科學(xué)依據(jù)，全面、高效地服務(wù)于新城規(guī)劃建設(shè)，推動綜合治理體制機(jī)制改革創(chuàng)新。

目前，本研究僅實(shí)現(xiàn)了城市規(guī)劃建設(shè)中衛(wèi)星遙感監(jiān)測監(jiān)管“雙閉環(huán)”機(jī)制中的第一步，即監(jiān)測閉環(huán)；后期需進(jìn)一步統(tǒng)籌考慮衛(wèi)星數(shù)據(jù)的覆蓋、識別能力和監(jiān)管工作的流程、時(shí)間要求等，跟蹤實(shí)現(xiàn)第二個(gè)閉環(huán)，即監(jiān)管閉環(huán)。之后以信息化能力為依托，在監(jiān)測閉環(huán)解決“發(fā)現(xiàn)”的基礎(chǔ)上，在一個(gè)固定周期內(nèi)完成變化信息“發(fā)現(xiàn)—研判—分發(fā)—核查—處置—監(jiān)督—考評”各環(huán)節(jié)的管理性工作，使城市規(guī)劃建設(shè)管理從粗放模式向精細(xì)化、可視化、動態(tài)化轉(zhuǎn)變。