基于高分辨率衛(wèi)星影像的違章建筑監(jiān)測(cè)及時(shí)空分析

胡衛(wèi) 范龍龍 龍洋洲

摘 ? ?要 ?中國(guó)的城市化水平不斷提高，與此同時(shí)，違章建筑也不斷涌現(xiàn)，給城市監(jiān)管帶來了很大的難題。本文以長(zhǎng)沙市城市建筑區(qū)為例，利用高分辨率衛(wèi)星影像結(jié)合大比例尺地形圖以及建筑規(guī)劃定位圖等多源數(shù)據(jù)，提取了兩年來長(zhǎng)沙市違章建筑圖斑，并分析了違章建筑的時(shí)空發(fā)展規(guī)律，為城市監(jiān)管提供了參考。

關(guān)鍵詞 ?高分辨率衛(wèi)星影像;違章建筑

中圖分類號(hào)：P237 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： China's urbanization level has been continuously improved. At the same time， illegal constructions have emerged， which has brought great problems to urban supervision. This paper uses high-resolution satellite imagery combined with large-scale topographic maps and building planning maps to extract illegal construction map spots from Changsha in the past two years. Finally， analyzes the spatio-temporal development of illegal buildings wich can provides a reference for urban supervision.

Key words： high-resolution satellite imagery; illegal constructions

0 ? 引言

改革開放以來，中國(guó)的城市化水平不斷提高，城市邊界不斷擴(kuò)張，省會(huì)城市程等級(jí)規(guī)模發(fā)展，長(zhǎng)沙市作為中部省會(huì)，城市面積逐年穩(wěn)步增長(zhǎng)[1]。在城市化整體水平不斷提高的背景下，違章建筑也不斷涌現(xiàn)，給城市監(jiān)管帶來了很大的難題。高分辨率衛(wèi)星影像具有成像范圍廣、時(shí)效性高、成本低等特點(diǎn)，在生態(tài)保護(hù)、農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)、城市管理等方面發(fā)揮了積極的作用。城區(qū)發(fā)展以及監(jiān)測(cè)是衛(wèi)星影像在城市的重要應(yīng)用領(lǐng)域，如李德仁、王密等人利用國(guó)產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星影像對(duì)北京市進(jìn)行違章建筑監(jiān)測(cè)，為北京市違法建筑清除提供了技術(shù)保障[3]。王快等對(duì)重慶市的綠地進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和分析[4]。本文對(duì)長(zhǎng)沙市主要城區(qū)進(jìn)行了為期兩年的疑似違章建筑圖斑提取，并分析了圖斑的空間聚集以及時(shí)序變化等情況。

1 ?數(shù)據(jù)來源

本文用到的數(shù)據(jù)包括長(zhǎng)沙市大比例尺地形圖、建筑規(guī)劃定位圖、高分辨率衛(wèi)星影像、90米分辨率的DEM數(shù)據(jù)等。建筑規(guī)劃定位圖范圍涵蓋違章建筑監(jiān)測(cè)區(qū)域。衛(wèi)星影像由Pléiades衛(wèi)星星座采集，該星座由Pléiades 1和Pléiades 2組成，經(jīng)過論證，該影像質(zhì)量滿足項(xiàng)目需要[5，6]。其具體參數(shù)見表1：

每年進(jìn)行三次監(jiān)測(cè)，三次監(jiān)測(cè)所用到的衛(wèi)星影像的采集時(shí)間分別為當(dāng)年的3月、7月及11月左右，具體的時(shí)間由于當(dāng)時(shí)的天氣等原因稍有浮動(dòng)，浮動(dòng)時(shí)間為一個(gè)月左右。

2 ?監(jiān)測(cè)圖斑提取及入庫

進(jìn)行違建圖斑的提取需要對(duì)相鄰兩期的衛(wèi)星影像進(jìn)行對(duì)比，并結(jié)合定位圖數(shù)據(jù)，對(duì)于上期影像是綠地等非房屋地塊，而本期影像上為房屋地塊的范圍進(jìn)行提取，具體流程如圖1：

首先，需要對(duì)本期的影像進(jìn)行精確的校正，校正過程包括：使用PCI Gematica軟件利用衛(wèi)星影像自帶RPC數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，然后使用ARCGIS軟件參考大比例尺地形圖和外業(yè)實(shí)測(cè)控制點(diǎn)以及無人機(jī)航飛數(shù)據(jù)對(duì)影像添加控制點(diǎn)對(duì)局部細(xì)節(jié)進(jìn)行校正。

疑似違建圖斑的提取通過雙屏聯(lián)動(dòng)目視解譯的方法獲取，左側(cè)為往期影像，右側(cè)為本期影像，鼠標(biāo)位置在左右兩屏的坐標(biāo)位置一致。如果往期影像為非建筑用地，本期影像為建筑用地，或者建筑范圍較往期有所擴(kuò)大，建筑物形狀、位置、大小等與定位圖不符，則繪制該范圍為疑似違建圖斑。如果定位圖所示建筑范圍與影像現(xiàn)狀一致，則不進(jìn)行繪制。

針對(duì)內(nèi)業(yè)提取得圖斑，各城管分局將對(duì)本轄區(qū)內(nèi)的圖斑進(jìn)行篩選剔除，剔除的圖斑主要有以下兩種：①建筑審批尚在進(jìn)行中，定位圖數(shù)據(jù)沒有及時(shí)更新;②根據(jù)以往外業(yè)調(diào)查經(jīng)驗(yàn)判定該圖斑并非違章建筑。

圖斑成果整理完成后，將對(duì)圖斑進(jìn)行自動(dòng)編號(hào)。圖斑數(shù)據(jù)以及對(duì)應(yīng)的影像數(shù)據(jù)將在城管執(zhí)法監(jiān)督系統(tǒng)中進(jìn)行更新，隨時(shí)可供執(zhí)法人員瀏覽查詢。另外，將為其提供分街道的圖斑打印圖紙，用于外業(yè)的調(diào)查工作。

3 ?結(jié)果與分析

為了進(jìn)一步挖掘違章建筑出現(xiàn)的區(qū)域以及三年來圖斑的變化情況，接下來對(duì)三年以來提取的疑似違章建筑圖斑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

首先對(duì)各期的圖斑數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，設(shè)201703期的圖斑數(shù)量為1，其他期的圖斑數(shù)量以201703期的圖斑數(shù)量進(jìn)行換算，結(jié)果如圖2：

遵循行政區(qū)劃限定、城區(qū)邊界走向等原則，通過目視解譯對(duì)長(zhǎng)沙市進(jìn)行建成區(qū)范圍線提取[1，2]，然后提取每個(gè)圖斑的中心點(diǎn)，然后以1km為半徑對(duì)違章建筑圖斑中心點(diǎn)進(jìn)行密度分析[7]，結(jié)果如圖3：

圖中紅線范圍表示建成區(qū)，建成區(qū)分為河?xùn)|、河西兩部分，藍(lán)線表示監(jiān)測(cè)范圍，綠色色塊表示疑似違建圖斑密度較小，而紅色色塊表示密度更大，a、b、c、d、e分別代表201703期（2017年3月與2016年12月對(duì)比）、201708期、201711期、201803期和201808期提取的疑似違建圖斑，不同時(shí)期的密度分類數(shù)均為8類，以五期圖斑密度的最大最小值為分類區(qū)間進(jìn)行均勻分類。

根據(jù)圖3可以發(fā)現(xiàn)圖斑數(shù)量整體呈不斷增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，201803期略有下降是因?yàn)樵撈诘谋O(jiān)測(cè)間隔相比較其他期的間隔更短。建成區(qū)的圖斑密度較其他地方更低，密度較高的地區(qū)在不同時(shí)期都表現(xiàn)出一定的一致性，即違建圖斑最密集的區(qū)域集中在建成區(qū)周邊的村鎮(zhèn)聚集地以及建成區(qū)邊界內(nèi)凹處的城鄉(xiāng)結(jié)合部。筆者認(rèn)為，造成這些區(qū)域違章建筑密集的原因可能有如下幾點(diǎn)：建成區(qū)周邊由違建產(chǎn)生的價(jià)值較其他地區(qū)更高，而違建成本較低;由于執(zhí)法人員欠缺，機(jī)構(gòu)溝通等原因，這些地區(qū)違建執(zhí)法力度較為乏力[8]。

使用多邊形提取的方法將建成區(qū)范圍內(nèi)的違建圖斑進(jìn)行提取，再次進(jìn)行密度分析，分類數(shù)為8，分類時(shí)以各期自身密度最大最小值為分類范圍進(jìn)行均勻分類。結(jié)果如圖4：

根據(jù)圖4可以看出，每期的圖斑密度相對(duì)較高的區(qū)域均有所差異，但是某些區(qū)域的圖斑密度在各期都表現(xiàn)出較高的數(shù)值，如圖4中紅線方框表示的范圍。疊加影像對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)這些區(qū)域主要分布在各個(gè)規(guī)模較大的別墅區(qū)、建成區(qū)邊緣的工廠倉(cāng)庫區(qū)及城市邊緣正往外建設(shè)的城市擴(kuò)張區(qū)，具體如圖5所示。

4 ?結(jié)語

本文利用高分辨率衛(wèi)星影像以及定位圖數(shù)據(jù)等對(duì)長(zhǎng)沙市進(jìn)行了為期兩年的疑似違章建筑圖斑提取，并對(duì)這些圖斑進(jìn)行了分析。通過分析發(fā)現(xiàn)，圖斑的密度隨著時(shí)間呈現(xiàn)出增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，另外，違章建筑在大面積別墅區(qū)、城市迅速擴(kuò)張區(qū)以及大面積廠區(qū)較為密集。本文的研究結(jié)果可以為給市違章建筑監(jiān)管提供參考，為執(zhí)法工作指明重點(diǎn)區(qū)域。

參考文獻(xiàn)/References

[1]張翰超，寧曉剛，王浩，邵振峰.基于高分辨率遙感影像的2000-2015年中國(guó)省會(huì)城市高精度擴(kuò)張監(jiān)測(cè)與分析[J/OL].地理學(xué)報(bào)：1-19[2018-12-13].

[2]寧曉剛，王浩，林祥國(guó)，等.京津冀城市群1990-2015年城區(qū)時(shí)空擴(kuò)展監(jiān)測(cè)與分析[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2018，47（9）：1207-1215.

[3]李德仁，王密，胡芬.利用我國(guó)高分辨率衛(wèi)星影像監(jiān)測(cè)北京市違章建筑[J]. 科學(xué)通報(bào)， 2009， 54（3）：305.

[4]王快，徐元龍.重慶市城市綠地變化監(jiān)測(cè)方法研究[J].中國(guó)城市林業(yè)，2017，15（05）：46-49.

[5]胡洋，習(xí)曉環(huán)，王成，肖勇.Pléiades衛(wèi)星影像融合方法與質(zhì)量評(píng)價(jià)[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，2014，29（03）：476-481.

[6]楊志波，趙瑩瑩，王慧妮.Pléiades影像在城市建設(shè)用地變化監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].地理空間信息，2013，11（05）：18-20+10.

[7]楊乃，李洋，黃遠(yuǎn)林.美國(guó)GIS相關(guān)學(xué)術(shù)科研單位空間分布特征分析[J/OL].測(cè)繪科學(xué)：1-15[2018-12-23].

[8]李凌方，王冰.城中村居民違建行為的影響因素研究——基于湖北省L市調(diào)查數(shù)據(jù)的實(shí)證分析[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2018，32（06）：127-134.