衛(wèi)片執(zhí)法土地監(jiān)測相關(guān)技術(shù)研究

林文金

（福建省測繪院，福建 福州 350001）

0.引言

我國土地資源總量多，但是人均占有量少，尤其是耕地少，耕地后備資源少。所以嚴守國家18億畝耕地紅線既是國家土地督察機構(gòu)的神圣職責(zé)和艱巨任務(wù)，也是地方各級政府的神圣職責(zé)和艱巨任務(wù)。然而某些地方為了地方經(jīng)濟的發(fā)展，在利益的驅(qū)使下，違法占用土地的現(xiàn)象屢禁不止。

為履行好“統(tǒng)一行使全民所有自然資源資產(chǎn)所有者職責(zé)，統(tǒng)一行使所有國土空間用途管制和生態(tài)保護修復(fù)職責(zé)”[1]，加大我國山、水、林、田、湖、草和海洋等自然資源調(diào)查、監(jiān)測、監(jiān)管力度[2，3]，利用先進的衛(wèi)星遙感技術(shù)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的巡邏、舉報等手段，主動、動態(tài)地監(jiān)測違法用地，提高違法用地監(jiān)測效率，加強土地執(zhí)法檢查力度，落實對土地的保護。

衛(wèi)片執(zhí)法就是依據(jù)衛(wèi)片對一個行政區(qū)域的土地利用和礦產(chǎn)資源勘查開采情況開展執(zhí)法檢查。通過對衛(wèi)片監(jiān)測所反映土地利用情況發(fā)生變化的地塊和礦產(chǎn)資源勘查開采情況逐一進行檢查，掌握該行政區(qū)域的新增建設(shè)用地和礦產(chǎn)資源勘查開采情況，發(fā)現(xiàn)、制止并查處違法用地和違法勘查開采礦產(chǎn)資源行為。

1.技術(shù)路線

得益于我國遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，使用衛(wèi)星影像監(jiān)測違法用地才得以實現(xiàn)。使用衛(wèi)星影像監(jiān)測違法用地的核心是衛(wèi)星影像。充分利用資源系列和高分系列的中、高分辨率衛(wèi)星遙感影像[4-6]，特殊情況下可以采用商用高分辨率衛(wèi)星影像，由省自然資源廳統(tǒng)籌，以鄉(xiāng)、鎮(zhèn)為監(jiān)測基本單元，以一定時間間隔為監(jiān)測周期，輪流監(jiān)測每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

對搜集的衛(wèi)星影像進行校正與勻色，并確定基底影像，以此為參照目標(biāo)，對比前后時相的影像，參考相關(guān)資料，進行人機交互式對比分析，結(jié)合技術(shù)指標(biāo)和變化區(qū)域甄別原則，提取疑似違法圖斑[7]。

提取的疑似違法圖斑以矢量形式附帶相關(guān)屬性錄入到數(shù)據(jù)庫[8]，疊加衛(wèi)星影像與矢量數(shù)據(jù)，制作一圖斑一截圖。制作的圖斑截圖留底存檔，同時供外業(yè)核查使用。

疑似違法圖斑以離線的形式下發(fā)至各區(qū)、縣，由各區(qū)、縣核實圖斑實際情況并提供佐證材料，對確定違法了的圖斑進行處置。省自然資源廳調(diào)配相關(guān)技術(shù)人員抽查區(qū)、縣成果，根據(jù)實際情況更新疑似違法圖斑數(shù)據(jù)庫。將更新的數(shù)據(jù)庫作為下一輪監(jiān)測的專題數(shù)據(jù)繼續(xù)進行監(jiān)測。監(jiān)測適當(dāng)批次后，更換基底影像，繼續(xù)進行監(jiān)測。相關(guān)技術(shù)路線（如圖1所示）：

圖1 技術(shù)路線

2.技術(shù)要點

利用衛(wèi)星影像進行違法用地監(jiān)測的目的是利用影像找出違法區(qū)域，首先應(yīng)對獲取的衛(wèi)星遙感影像、專題數(shù)據(jù)、歷史監(jiān)測情況進行綜合分析，確定監(jiān)測要素類別、監(jiān)測范圍和鄉(xiāng)鎮(zhèn)個數(shù)。監(jiān)測過程中比對前后時相影像，應(yīng)該盡量減少疑似違法圖斑的遺漏，提高準(zhǔn)確率，以達到最佳效果。衛(wèi)片疊加專題數(shù)據(jù)（如圖2所示）：

圖2 衛(wèi)片疊加專題數(shù)據(jù)

2.1 監(jiān)測周期

首先應(yīng)確定監(jiān)測所使用的基底影像，基底影像應(yīng)覆蓋全省，不同景影像時間間隔不應(yīng)相差過大，盡量控制在一個月以內(nèi)，優(yōu)先使用高分辨率影像。每個監(jiān)測周期若對所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)均進行監(jiān)測，需要耗費大量的人力、物力。同時自然資源部國土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心、國家高分對地觀測重大專項辦下發(fā)的國產(chǎn)資源系列和高分系列的中分辨率（2-2.5m）和高分辨率（優(yōu)于1m）影像也不會每次都覆蓋全省，而且影像自身等因素的影響（例如，云量超標(biāo)、偏移超限）也不支持每次均對所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行監(jiān)測。所以合理地監(jiān)測周期可以起到節(jié)約成本，提高監(jiān)測效率的作用。

每期監(jiān)測不以特定鄉(xiāng)鎮(zhèn)為目標(biāo)，而以獲取的影像所覆蓋的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為目標(biāo)，剔除云量超標(biāo)、偏移超限的影像，根據(jù)下發(fā)的合格影像確定監(jiān)測鄉(xiāng)鎮(zhèn)。本輪未監(jiān)測的鄉(xiāng)鎮(zhèn)在后續(xù)監(jiān)測過程中逐步覆蓋過去。

違法占用土地一般隨時間的變化逐漸增大，如果監(jiān)測得過于頻繁，時間短變化小，難以發(fā)覺，也浪費資源，如果監(jiān)測周期過大，就不能及時制止并處置違法，所以應(yīng)當(dāng)選擇合理地監(jiān)測周期。本文按照以下原則進行監(jiān)測：已完成監(jiān)測的同一區(qū)域，亞米級高分影像超過30日再次覆蓋或中分辨率影像超過50日再次覆蓋才進行新一輪的監(jiān)測。監(jiān)測基底影像，每半年至一年更新一次。首次基底影像應(yīng)根據(jù)實際情況與省自然資源廳具體要求來確定。以此建立“一月一監(jiān)測、一月一報表、一月一報告”的監(jiān)測機制。

2.2 目標(biāo)獲取

衛(wèi)片執(zhí)法的核心是獲取疑似違法目標(biāo)，主要方法是疊加前后時相影像、專題數(shù)據(jù)、上一輪監(jiān)測成果，通過人機交互式對比分析，提取疑似違法用地圖斑。

圖斑提取前應(yīng)搜集村一級的行政界線數(shù)據(jù)、土地利用年度變更調(diào)查數(shù)據(jù)、建設(shè)用地審批數(shù)據(jù)、三用地數(shù)據(jù)（宅基地、臨時用地、設(shè)施農(nóng)用地審批或備案數(shù)據(jù)）、基本農(nóng)田數(shù)據(jù)、礦權(quán)審批數(shù)據(jù)、各類違法處置數(shù)據(jù)等相關(guān)專題數(shù)據(jù)，標(biāo)識或甄別排除專題數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的疑似違法圖斑，篩選出疑似違法目標(biāo)。

篩選疑似違法用地圖斑通過對比同一區(qū)域在前后時相影像表現(xiàn)的不同紋理獲取[9]，對比采用像元波段差值與人工判讀的人機交互式方式進行。由于不同時相影像存在拍攝角度、氣候、陰影等因素的差異，用像元波段差值法在存在較多房屋的城鎮(zhèn)區(qū)域效果一般，在植被地區(qū)使用像元紅波段差值，可以得到很好的效果。植被地區(qū)紅波段差值效果（如圖3所示）：

圖3 植被地區(qū)紅波段差值

在城鎮(zhèn)區(qū)域使用像元波段差值法會產(chǎn)生很多噪聲區(qū)域，所以城鎮(zhèn)區(qū)域使用人工判讀的方式進行，通過卷簾兩期影像，提取疑似違法用地圖斑。前后期影像卷簾比對變化區(qū)域效果（如圖4所示）：

圖4 前后時相卷簾比對

考慮到現(xiàn)實環(huán)境與影像分辨率的因素，并非提取圖斑越細致越好。比如，單個集裝箱即使在0.5m分辨率的影像上也難以與板房區(qū)分。如果前后時相影像的“變化”區(qū)域即提取為疑似違法圖斑，那么將造成大量的誤提取，而且增大工作量。根據(jù)變化主體的不同設(shè)置合適地提取指標(biāo)，可以有效避免這種類型的誤提取。圖斑提取指標(biāo)（如表1所示）：

表1 圖斑提取指標(biāo)

季節(jié)、氣候、太陽角度等因素在影像上呈現(xiàn)的不同紋理，可能造成疑似違法用地圖斑的誤提?。盒莞趯Ρ雀N期的水稻田在影像上體現(xiàn)出推填土紋理，如果按照疑似推填土違法圖斑提取，即為誤提取，設(shè)施農(nóng)用地也易誤提取為構(gòu)筑物，防火帶與線狀地物在影像上也難以區(qū)分。同時影像畸變、拍攝角度、曝光程度、勻光勻色等影像方面的因素也可能造成誤提取。根據(jù)幾類容易造成誤提取的類型，做成相應(yīng)的甄別原則，以提高圖斑提取的準(zhǔn)確率。

凡是合法審批的用地、用礦范圍內(nèi)的變化圖斑都不提取，但是超出審批范圍或者在審批范圍外新增的疑似違法圖斑且達到提取指標(biāo)的應(yīng)當(dāng)提取；部下發(fā)（含上一期）的衛(wèi)片執(zhí)法圖斑范圍內(nèi)的變化區(qū)域可以不用提取，如果新增擴大且達到上圖指標(biāo)的疑似違法圖斑需進行提??；若上一期已經(jīng)采集的推填土圖斑且已錄入圖斑庫，本次監(jiān)測時推填土上有新的構(gòu)筑物，需進行采集，“建設(shè)用地”審批范圍外的推填土或者構(gòu)筑物擴建且達到上圖指標(biāo)的需進行提取；逆向變化區(qū)域可以不提取，比如，房屋拆除；山區(qū)新增推填土可確定為季節(jié)輪種、樹木砍伐、災(zāi)害滑坡等變化區(qū)域可以不提取。

2.3 成果輸出

得到的疑似違法用地圖斑還需要有一定的屬性信息。根據(jù)圖斑區(qū)域?qū)⑻崛〉囊伤七`法用地圖斑分為3類：土地、礦產(chǎn)、海洋；根據(jù)土地的性質(zhì)將圖斑細分為4類：建（構(gòu)）筑物、線型地物、推填土、非糧化；根據(jù)圖斑所屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)對圖斑編號，編號在鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃代碼基礎(chǔ)上順序編寫，按照圖斑幾何中心由西向東、由北向南編號，圖斑編號必須為唯一值，不可重復(fù)。同時根據(jù)參考資料，記錄圖斑的市縣鎮(zhèn)村、面積、經(jīng)緯度、前后時相影像名稱、監(jiān)測批次等屬性信息。疑似違法圖斑屬性表（如表2所示）：

表2 疑似違法圖斑屬性表

根據(jù)屬性信息（如圖5所示）制作一圖斑一截圖，同一圖斑制作前后時相兩張截圖（如圖6所示）。截圖附帶圖斑信息，方便實地核查使用。下發(fā)圖斑后根據(jù)區(qū)、縣反饋的結(jié)果，選取適當(dāng)比例的圖斑進行實地核查，防止有弄虛作假的現(xiàn)象出現(xiàn)。

圖5 圖斑屬性信息

圖6 圖斑前后時相截圖

根據(jù)反饋結(jié)果制作疑似違法圖斑監(jiān)測月報告，包括當(dāng)月的監(jiān)測概況（使用遙感影像、專題資料、監(jiān)測范圍等）、監(jiān)測成果分布與變化情況（各縣市分布統(tǒng)計及變化）、監(jiān)測成果分析（監(jiān)測成果占用基本農(nóng)田與耕地情況、疑似耕地上新增住房情況、重復(fù)監(jiān)測區(qū)域圖斑變化情況），以及各地級市疑似違法圖斑成果統(tǒng)計情況。

3.結(jié)束語

傳統(tǒng)的土地執(zhí)法主要采用巡邏、舉報的方式獲取疑似目標(biāo)，這種方式效果不夠理想。利用衛(wèi)星遙感影像監(jiān)測違法占用土地，主動、動態(tài)地獲取疑似目標(biāo)，可以提高違法用地監(jiān)測效率，加強土地執(zhí)法檢查力度，落實對土地的保護。以此為基礎(chǔ)可以將衛(wèi)片執(zhí)法應(yīng)用到違法用海、違法用礦等相關(guān)領(lǐng)域，同時也可以細化監(jiān)測方向，將衛(wèi)片執(zhí)法應(yīng)用到各種專題監(jiān)測，相信也會得到不錯的效果。隨著我國遙感技術(shù)的發(fā)展，相信在不久的將來，可以更加高頻、便捷地獲取更高分辨率的衛(wèi)星影像，配合日益成熟的人工智能技術(shù)，衛(wèi)片執(zhí)法土地監(jiān)測將會有進一步地突破。