湖南省月度衛片執法監測影像覆蓋率統計與分析

譚思源，鄒健健，肖祥紅，鐘淑芬

摘 要 本文通過湖南省各縣、區2020年7月至2021年6月影像覆蓋率的平均數、中位數、標準差統計與分析，發現湖南省月度衛片監測正射影像覆蓋率整體表現較好;但不同的區域，覆蓋率有明顯差異，具備“北高南低、東高西低”的特征，且不同時間段也呈現不同覆蓋率表現。利用這些分析結果能有效指導月度衛片監測影像在不同時間和空間的供給，實現“月發現、月預警、月處置”工作初衷。

關鍵字 月度衛片;執法監測;影像覆蓋率;統計

中圖分類號：P237 文獻標識碼：A

Statistics and Analysis of Coverage rate of Monthly Law Enfor-Cement Monitoring Satellite Images in Hunan Province

Tan Siyuan ， Zou Jianjian ， Xiao Xianghong ， Zhong Shufen

（The Second Surveying and Mapping Institute of Hunan Province， Changsha Hunan 410119）

Abstract： Based on the statistical analysis of the average， median and standard deviation of the image coverage rate of each county and district in Hunan Province from July 2020 to June 2021， we found that the overall performance of orthographic image coverage rate of monthly satellite image monitoring in Hunan Province was relatively good. However， there are significant differences in coverage in different regions. It has the characteristics of "high in the north and low in the south， high in the east and low in the west"， and different coverage performance is presented at different time periods. Using these analysis results， we can effectively guide the supply of monthly surveillance images in different time and space， and realize the original intention of "monthly discovery， monthly warning and monthly disposal".

Keywords： monthly satellite image; law enforcement monitoring; ratio of image coverage; statistics

為貫徹落實黨中央用最嚴格制度、最嚴密法治保護資源的精神，切實履行“兩統一”職責，充分發揮衛片在日常執法中及時發現、及時制止和秩序評價方面的作用，湖南省自然資源廳在國家季度衛片基礎上，開展“月發現、月預警、月處置”的衛片執法工作[1];在已有建設用地審批手續范圍外，以區、縣為單位，使用當月采集的最新遙感數據，制作覆蓋全省的土地利用遙感正射影像圖，與年度土地利用變更調查影像（前時相）套合、對比，提取兩期影像上疑似新增建設用地圖斑（與國家衛片重合圖斑不提取），形成每月疑似新增建設用地圖斑，上傳到湖南省違法用地監管信息系統，開展湖南省月度衛片執法工作。

作為“后時相”的當月影像成果來自于湖南省遙感統籌影像工作。湖南省為規范全省遙感影像數據管理，促進遙感影像數據的共享與應用，避免重復采購，啟動了遙感影像統籌工作，其能實現衛星資源一站式目錄檢索全球80余顆遙感衛星影像，為月度衛片執法遙感影像數據提供了有力的保障[2]。

本文通過對湖南省各縣、區2020年7月至2021年6月影像覆蓋率的平均數、中位數、標準差的統計與分析，探索衛片影像在不同時間段和空間位置的覆蓋特征，為后續的月度執法工作的影像供給方面提供指導建議。

1 數據來源

湖南省下轄14個地級行政區，共122個縣級區劃;各縣、區正射影像均由常見的國產衛星遙感影像制作而成，如高分一號、高分二號、資源三號、北京一號、吉林一號等;本文所涉及的影像覆蓋率由湖南省月度衛片執法監測工作所提供影像實際覆蓋面積統計得來（見表1）;本文所指的行政區是指縣級行政區，采用的行政區面積數據及行政區代碼來自于第三次國土調查;所統計、分析的對象為2020年7月至2021年6月各行政區影像覆蓋率。

2 用于統計與分析的指標

分析過程中所利用的基本指標及意義如下：

全省月度覆蓋率平均值（Aa）：即某月122個行政區影像覆蓋率算術平均值，用其表征該月湖南省整體影像覆蓋情況;平均值越高，整體覆蓋率越好。各行政區覆蓋率年度平均值（As）類似，即某行政區12個月影像覆蓋率的算術平均值;平均值越高，該行政區12個月以來影像覆蓋得較好。

全省月度覆蓋率中位數（ma）：即某月122個行政區影像覆蓋率中位數，用其衡量影像覆蓋率集中趨勢;中位數越大，表示高覆蓋率的行政區越普遍。各行政區覆蓋率年度中位數（ms）類似，即某行政區12個月影像覆蓋率中位數;中位數越高，該行政區12個月以來高影像覆蓋的月份越多。

全省月度覆蓋率標準差（σa）：即某月122個行政區影像覆蓋率標準差;用其衡量該月各個行政區影像覆蓋穩定性;標準差越小，各行政區影像覆蓋率差異小。各行政區覆蓋率年度標準差（σs）類似，即某行政區12個月影像覆蓋率標準差;標準差越小，該行政區每個月影像覆蓋差異小。

皮爾遜相關系數r：用于度量2個變量之間的線性相關程度，其值介于-1與1之間，當系數越接近1時，2個變量組成的數據點離某條可描述的直線方程越近。

3 數據分析

本文對正射影像覆蓋率的統計與分析從以下2個角度出發：

（1）逐月統計全省正射影像覆蓋率，計算其平均值、中位數、標準差以及高覆蓋率占比等特征，從整體上分析湖南省正射影像覆蓋率年度特征;

（2）逐行政區統計其正射影像覆蓋率，計算各行政區12個月內覆蓋率平均值、中位數、標準差以及高覆蓋占比等特征，從各個行政區角度出發分析覆蓋率的空間特征。

3.1 全省正射影像覆蓋特征

（1）針對122個行政區影像覆蓋率進行逐月統計，獲得的平均值、中位數以及標準差結果如表2所示。

從表2中可知，2020年7月、2020年10月以及2021年4月出現了覆蓋率極低值;7月份的極低值是由于監測工作處于起步階段，工作方式、方法還在探索中，故存在影像資料收集不全的情況，在統計工作中屬于固有異常體現，仍具備統計意義;而同年10月以及2021年4月情況則不同，其屬于工作已走上正軌，因天氣原因收集不到影像資料，以致正射影像覆蓋率極低，這種情況屬于數據偶然偏離，在評估整體趨勢和特征會產生負面影響。

去除2020年10月及2021年4月異常值后，對統計數據進行折線化可看出（見圖1）：從2020年7月開始，Aa在不同的月份存在著波動，但整體上升的趨勢明顯;Aa雖然有起有伏，但低值也接近70%。同時，自2020年9月始，ma均保持著高水準，表明在這些月份中，最少超過半數的行政區保持著較好的影像覆蓋率。而σa起伏較大，如2020年9月份σa高達0.38，說明該月各行政區的影像覆蓋率不平衡，部分行政區覆蓋全面，部分行政區覆蓋稀少;2021年3月與2021年6月，σa為0，則該月各行政區影像覆蓋率做到了“雨露均沾”，數據也證明，這兩個月各行政區覆蓋率達到了100%。可以看出，盡管不同月份，各行政區影像覆蓋率存在一定的差異及波動，但整體上仍保持著較高的覆蓋率，能有效完成月度衛片監測工作職責職能。

（2）將2020年7月至2020年12月作為上期統計周期，2021年1月至2021年6月作為本期統計周期（見表3），兩者進行環比。覆蓋率平均值環比增長48.13%，中位數平均值環比增長61.09%，可以看出，上半年影像覆蓋率明顯要好于下半年，增長突出;這也表明，第三、四季度的月度衛片監測影像的獲取需提前部署，拓寬獲取渠道，進行適當補充，能讓月度衛片監測工作更上一個臺階。

（3）為直觀評估覆蓋率，可將影像覆蓋率分為3個級別，每個級別對應的影像覆蓋率如表4所示。根據日常衛片監測工作經驗，覆蓋率為一、二級時，該行政區能進行比較好的監測;覆蓋率為三級時，由于區域內大面積影像缺失，監測效力顯著下降。

逐月統計各等級影像覆蓋率的行政區個數，得出各等級覆蓋率情況表（見表5）。

從表5可以看出，一、二級覆蓋率占比接近60%以及超過60%的月份有8個。

取表5中“一、二級覆蓋率占比率”與“影像覆蓋面積占全省面積比”，計算二者相關程度，得出皮爾遜相關系數r=0.990 447 432，表明二者相關程度非常高;同時，計算出二者回歸于y=0.8 727x+0.1 212直線方程（見圖2），利用方程可建立數學模型用于指導衛星監測工作，如：要求在2021年12月監測面積占全省總面積的80%，通過模型可算出，完成目標工作至少需95個行政區的影像覆蓋率超過70%。

3.2 各行政區正射影像覆蓋特征

以各行政區面積為區分指標，統計各行政區12個月影像平均覆蓋率、中位數、標準差，制作散點圖（見圖3）。

散點圖顯示，As≥70%的行政區共計41個;60%≤As<70%，共計43個行政區（面積多小于400萬畝）;考慮到存在2個月覆蓋率異常低值產生的統計負面影響，仍然可以認定此84個行政區得到較好的監測（見圖4a）。ms普遍≥70%，共計92個行政區（面積多小于400萬畝），這些行政區半數以上的月份影像覆蓋率達到二級及以上（見圖4b）。σs在行政區面積的表現上無明顯差異，集中于0.3～0.5，影像覆蓋率穩定性表現較差，波動較大，且情況較為普遍。

直覺上來講，面積小的行政區越容易實現正射影像的高覆蓋率，統計數據同樣支持此結果;同時，統計結果也顯示具備較好監測條件的行政區面積多在400萬畝以下;在以后類似衛星監測工作開展可行性評估時，可嘗試將“面積小于400萬畝”做為一項參考指標。

統計各行政區正射影像平均覆蓋率以及一、二級覆蓋率月份個數，制作空間分布圖（見圖5）。覆蓋率在空間位置上存在如下特征：

（1）湘北地區要好于湘南，湘東地區要好于湘西;從圖5可看出代表影像覆蓋率從北往南、從東往西逐漸變小的趨勢;

（2）覆蓋率高的地區集中于常德、益陽、婁底、長沙;而湘西州、張家界、懷化影像覆蓋率較差;這一點從各地級市影像平均覆蓋率和一、二級影像覆蓋月份個數（從各地級市的縣級行政區統計而來）也能得到驗證（見圖6）;

3.3 異常覆蓋率特征

不同于2020年7月，2020年10月及2021年4月是在月度衛片監測工作步入正軌后出現覆蓋率異常低值，造成覆蓋率低的原因是天氣惡劣，不利于衛星拍攝。統計特殊月份內各行政區影像覆蓋率，制作了特殊月份影像覆蓋率特征圖（見圖7）;對比二者，影像覆蓋率在天氣普遍多云多雨的月份，在不同空間位置呈現如下特征：

（1）湘南地區覆蓋率整體低下，多接近零覆蓋。如：道縣、桂陽縣、嘉禾縣、江華瑤族自治縣、藍山縣等。

（2）湘東南地區以及常德地區部分縣具備較好的影像覆蓋率。如：茶陵縣、桂東縣、汝城縣、炎陵縣、資興市、安鄉縣、鼎城區、漢壽縣。

（3）重點地區長沙、株洲與湘潭核心區域影像覆蓋率極差，如：芙蓉區、岳麓區、荷塘區、蘆淞區、石峰區、天元區、雨湖區、岳塘區等。

以上特征表明，在天氣多云多雨的月份、影像難以獲取的時間段，湘南地區以及長株潭核心區域需重點關注，提前采取相應的措施，方能確保該月月度執法工作無虞;而湘東南或常德地區，只需針對性對局部地區進行調查或干預，便能很好完成工作任務。

4 結論

（1）通過逐月對全省覆蓋率平均值、中位數等指標分析，除去因獲取不到影像特殊時期，湖南省月度衛片監測從2020年第三季度開始逐漸步入正軌，整體上具備70%以上的平均覆蓋率，半數以上的行政區有8個月的覆蓋率平均值接近或超過90%。同時，環比分析表明：上半年的影像覆蓋率高于下半年，下半年影像的收集需要加強。盡管不同月份，各行政區影像覆蓋率存在一定的差異及波動，但整體上仍能有效地落實“月發現、月預警、月處置”工作職能。

（2）“一、二級覆蓋率占比率x”與“影像覆蓋面積占全省面積比y”可建立數學模型進行相互預測，該模型用直線方程y=0.8 727x+0.1 212進行描述。

（3）在統計周期的12個月內，有84個行政區具備較好的影像覆蓋率，同時半數以上的月份影像覆蓋率超70%，但影像各個月份覆蓋不穩定;各行政區覆蓋率在空間位置上存在“北高南低、東高西低”的特征;覆蓋率高的行政區集中于常德、益陽、婁底、長沙;而湘西州、張家界、懷化影像覆蓋率較差。

（4）在后續的工作，需對覆蓋率較差的地區采取針對性措施;且在多云多雨、影像難以獲取的特殊月份，湘南地區以及長株潭核心區域需提前部署，采取相應的措施，才能確保月度執法工作順利開展。

參考文獻/References

[1]喬思偉.自然資源部法規司司長魏莉華：全力推進自然資源法治建設[J].資源導刊，2018，11：10-11.

[2]湖南省國土資源廳、湖南省發展和改革委員會、湖南省財政廳.湖南省遙感影像數據統籌共享管理辦法[E].2018-10-15.