3S技術在石獅市“兩違”執法中的應用實踐

呂 爭 傅俏燕 王小燕 陳君穎 鄭琎琎

(中國資源衛星應用中心, 北京 100094)

0 引言

隨著國內城鎮化快速推進,城市中“兩違”(違法占地、違法建設)現象大量涌現,這嚴重影響了城市規劃和市政建設工作。特別在人多地少、資源匱乏的福建地區,“兩違”問題尤為突出,自2014年福建省委省政府就在全省開展了“兩違”綜合治理專項行動,為了健全執法巡查監管網絡體系,建立違法建設快速處置機制,當地政府開始在土地執法檢查中大量采用3S(遙感(Rernote Sensing，RS)、地理信息系統(Geographic Information System，GIS)和全球定位系統(Global Positioning System， GPS))技術。

目前3S技術已經在土地利用和違法用地監測方面得到了大量應用,如探討GF1與SPOT-5在土地利用變更調查遙感監測中的應用[1-3]、介紹3S技術在土地執法工作中的應用情況[4-6]、利用高分辨率影像進行建設用地提取和變化監測[7-10]等。然而目前絕大部分研究都只是描述3S技術如何應用于執法檢查的某個環節,未能將整個技術融入實際執法流程當中,并且他們大多是小范圍的試驗性質,沒有普適性和連續性,對結果精度和執行效果也沒有進行評價。本文以福建省石獅市為實踐區域,利用3S技術對石獅市城區范圍(總面積為168 km2)進行“兩違”圖斑的監測和提取,并上傳至執法監測中心的綜合管理系統中結合土地利用現狀圖、規劃審批信息,進行圖斑篩選并分發至執法人員的移動端導航設備中指導其快速進行實地核查。

1 3S技術在石獅市“兩違”執法中的應用流程

本次石獅市的“兩違”執法實踐主要利用每個月獲取的遙感影像與上月影像進行對比,發現、提取并篩選新增占地或建設圖斑等疑似“兩違”信息,及時將信息上傳責任轄區數據中心,依法處置并反饋結果,遏制新增“兩違”現象。

3S技術在石獅市土地“兩違”監察中的應用流程主要包括(1)利用RS技術采集不同時段遙感影像然后進行對比監測發現變化圖斑;(2)利用GIS技術將變化圖斑轉換為地理空間數據信息并導入“兩違”執法綜合管理平臺,對平臺數據庫中的變化圖斑和屬性信息進行統一管理,并疊加現有的土地利用和規劃審批信息進行綜合判斷、統計和分析,篩選出疑似“兩違”圖斑;(3)將“兩違”執法綜合管理平臺中疑似“兩違”圖斑分發至GPS移動終端,利用導航技術實地巡查并將取證結果反饋至管理平臺供網格監察人員參考執法。其應用流程如圖1所示。

圖1 3S技術在“兩違”執法中的應用流程

圖1中，DOM為數字正射影像圖(Digital Orthophoto Mop,DOM);MDB (Message Driuen Bean)格式是Microsoft Access軟件使用的一種存儲格式。

2 遙感影像獲取和處理

由于衛星遙感影像可以客觀真實的記錄地表特征,因此利用兩個不同時期的高分辨率遙感影像可以敏銳地發現城市中每一個街道和房屋的細微改變。近年來,我國高分辨率民用遙感衛星日益增多,其中高景一號衛星是國內首個具備高敏捷、多模式成像能力的商業衛星星座,目前有4顆在軌衛星,搭載0.5 m分辨率的全色相機和2 m分辨率的多光譜相機,幅寬12 km,單景最大可拍攝60 km×70 km影像,國內可實現1 d重訪。借助高景衛星可以在重訪周期和空間分辨率上完全滿足石獅市“兩違”衛片執法監察工作的每個月覆蓋并提取10 m2以上新增占地或建設圖斑等疑似變化圖斑信息的要求,另外為滿足衛片執法需求,還有以下條件:(1)不同條帶的衛星影像應具有10%的重疊區域；(2)衛星影像成果側視角不大于30°；(3)衛星影像成果云量不大于10%；(4)影像要求影像層次豐富,紋理細節清晰,色調正常,無明顯噪聲、斑點、壞線、接痕和變形,且城區建筑無異常高亮。

在采集完影像后須對其進行統一處理,將影像匹配在同一個參考基準上以便后續的影像對比及變化檢測。一般處理過程包括正射糾正、影像融合、鑲嵌拼接、影像勻光勻色、影像裁切等。

3 變化圖斑提取、分析與入庫

在衛星影像在完成正射鑲嵌融合等處理后,通過與上一期衛星影像進行比對,同時輔助疊加鄉鎮級的行政邊界、日常巡查發現的案件位置數據以及土地規劃和審批材料等,再依據影像地物特征,結合影像數據的時相、地域特點、地形地貌、周邊環境等綜合要素的影像解譯規則,提取地面10 m2以上新增占地或建設圖斑等疑似變化圖斑信息,如圖2所示。

圖2 兩期影像對比檢測“兩違”變化圖斑

在變化圖斑提取過程中,嚴格依據變化圖斑的提取標準,并參照歷年工作經驗建立起的變化圖斑樣本庫,采用人機交互方式對影像上新增或者變更建設用地圖斑進行勾繪、提取,并依據影像特征判斷變化圖斑類型。

目前土地執法監察工作關注的主要是違法占地和違法建設。具體包括:違反土地利用總體規劃擅自將農用地改為建設用地的;非法占用土地建住宅的;不符合土地利用總體規劃確定的用途的建筑物、構筑物重建、擴建的;土地管理法律、法規規定應予以拆除的等。以上主要歸納為新增建筑、建筑加建、新增臨時建筑,如表1所示。因此在影像的變化監測過程中需重點篩選這

3大類變化圖斑,并且根據石獅市國土部門提供的土地利用現狀、永久基本農田現狀、耕地現狀等土地規劃文件進行圖斑判讀、分析和篩選,形成疑似“兩違”圖斑。

除了提取疑似“兩違”圖斑,為了對圖斑進行管理、分析和分發,必須對圖斑進行編號和標注,并編輯其屬性信息,主要包括圖斑編號、圖斑坐落鎮(區)、圖斑中心點坐標、圖斑面積、審核資料名稱、原地類、現地類、變化類別、圖斑之記文件、前后時相、圖斑違章性質等。此外每個圖斑需生成一個圖斑之記用來詳細展示圖斑的變化信息。最后對圖斑按照鄉鎮行政區劃進行匯總和統計,并且入庫。

4 “兩違”執法綜合管理平臺

疑似“兩違”圖斑的大量生產和持續入庫必然需要地理空間數據庫的統一管理,無論是指導各鄉鎮(街)的監察執法人員實地核查,還是用多期連續的監測數據進行違法地點時空分布特征、動態變化規律方面的數據分析,都需要建立一個“兩違”執法綜合管理地理信息平臺來統籌完成。

此平臺集成3S技術,將GIS和導航技術融入“兩違”執法工作流程當中,能全程跟蹤記錄、反饋現場情況、進行外業核查和責任判定。它以“兩違”數據和執法任務的統一管理為核心思想,延伸出兩個層面的執法業務應用,即服務器端的“兩違”數據管理應用和移動端的執法巡查應用。平臺總體架構包括網絡硬件設施、影像數據庫和地理信息數據庫、空間信息和定位導航模塊支持、服務器端和移動端業務應用系統、各巡查及執法網格等。

表1 土地執法部門關注的城市土地利用變化圖斑類型

其中服務器端和移動端業務應用系統是綜合管理平臺的重點建設內容,它是連接“兩違”信息數據和城管執法用戶的橋梁。其中服務器端“兩違”執法數據管理應用采用B/S (瀏覽器/服務器模式，Browsor/Server)架構,使用MySQL(關系型數據庫管理系統，由瑞典MySQL AB公司開發)進行后臺數據庫管理,部署于上級執法部門數據中心,主要用于導入和匯總影像和“兩違”圖斑數據,然后派發和管理巡查任務,它具有“兩違”圖斑管理、執法任務管理、影像管理、“兩違”圖斑統計和分析以及平臺用戶管理等功能;移動執法巡查應用運行在Android系統下,采用MVVM (模型、視圖、視圖模型，Model-View-ViewModel)架構和GPS技術開發,用于各巡查網格和執法網格,主要用來接收和執行巡查任務、導航規劃巡查路線、拍照取證以及巡查反饋等。

6 服務器端與移動端聯動執法

“兩違”執法綜合管理平臺中服務器端和移動端的執法應用采取以市為督導,鄉鎮(街)為主導、村(居)為基礎的三級聯動管理。首先各鄉鎮的服務器端給村級執法人員分配巡查任務,下發疑似“兩違”圖斑信息,執法人員借助村級各執法網格的移動執法系統進行疑似“兩違”圖斑巡查與跟蹤,現場確認違建情況,并向上級服務器端申請土地認定,查看土地審批情況,如果確屬違建則拍照取證并上傳錄入,向市級管理網格上報,市級治違部門協調組織各鄉鎮級部門判定是否拆除,最后在服務器端進行拆除錄入。

7 結束語

目前石獅市城區“兩違”執法監測工作已經完成了8期任務,利用遙感監測變化圖斑7 028

處,累計變化面積7.99 km2。其中土地利用執法工作重點關注的疑似“兩違”圖斑(包括新增建筑、建筑加建、新增臨時建筑等類別)共3 922處,累計下發巡查圖斑面積達1 076 102 m2,占石獅市總面積的0.65%,違法發現率達94%。另外,“兩違”執法頻率從以前的一個季度全面巡查一次到目前的每月只重點巡查“兩違”區域即可,極大地減少了基層執法人員的工作量,縮短了執法人員到執法現場的時間。由此可見,3S技術不僅能夠充分融入“兩違”實際執法工作流程中的每個環節,還可以對整個城市進行大范圍持續地執法監測,使得執法效率有了質的飛躍。