城市“兩違”變化監(jiān)測設(shè)計與分析

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(shè)和違規(guī)用地。近年來，衛(wèi)星遙感監(jiān)測及無人機技術(shù)在“兩違”監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)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(xì)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(yīng)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(shù)的應(yīng)用可以為兩違建筑精細(xì)化治理和監(jiān)管提供有效技術(shù)支撐，優(yōu)化監(jiān)管效率。

2 項目設(shè)計

項目設(shè)計首先需進行基礎(chǔ)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(dǎo)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(shù)相結(jié)合方法，對該城市“兩違”監(jiān)測平臺設(shè)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(zhǔn)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(shè)計航線與分區(qū)，以及空域申請與備案等準(zhǔn)備工作，在無人機完成低空遙感的任務(wù)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(biāo)一致性、航向重疊度、旁向重疊度及旋片角等進行復(fù)核確認(rèn)。

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(diào)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(dāng)內(nèi)移，但移動量不應(yīng)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(diào)整影像點或地面點坐標(biāo)，反復(fù)進行調(diào)整計算。數(shù)字正射影像圖融合后的分辨率應(yīng)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(yīng)大于2個像元。

無人機正射影像制作包括資料準(zhǔn)備、像片控制測量、空中三角測量、數(shù)字高程模型生產(chǎn)、單片數(shù)據(jù)生產(chǎn)、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(biāo)，以判定其準(zhǔn)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(dǎo)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(zhì)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(shù)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(jié)合生成的兩景影像經(jīng)過內(nèi)業(yè)人員人工核對復(fù)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(fù)核，主要通過雙屏對比(如圖1所示)，完成，利用導(dǎo)航工具對自動標(biāo)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(shè)計

“兩違”監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫框架的建設(shè)主要包括基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)、“兩違”監(jiān)測數(shù)據(jù)以及“兩違”業(yè)務(wù)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(chǔ)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(chǔ)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(nèi)疑似違法建筑和疑似違法用地判讀標(biāo)示所繪制的圖斑。確認(rèn)兩違圖斑是疑似兩違圖斑經(jīng)過執(zhí)法人員現(xiàn)場確認(rèn)為違建的圖斑。兩違業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主要指“兩違”監(jiān)測與執(zhí)法任務(wù)或案件執(zhí)行過程中產(chǎn)生的審批、管理、評價、統(tǒng)計、分析等數(shù)據(jù)，包括巡查任務(wù)數(shù)據(jù)、拆除任務(wù)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(nèi)容、結(jié)構(gòu)、屬性字典等設(shè)計會因縣(市)不同而有所不同，需要結(jié)合實地調(diào)研完成。系統(tǒng)信息管理數(shù)據(jù)設(shè)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(guān)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(nèi)容結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)庫建設(shè)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(wù)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(lǐng)導(dǎo)可以方便查閱、統(tǒng)計、分析“兩違”業(yè)務(wù)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(nèi)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(zhǔn)化、無紙化，動態(tài)化監(jiān)管，極大地提高了管理效率。

3 小 結(jié)

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(gòu)建和設(shè)計，對城市兩違監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)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。