高分辨率遥感卫星在监测违法建设中的应用研究

高分辨率遥感卫星在监测违法建设中的应用研究

作者：胡新宇张志华文江平侯波

来源：《城市管理与科技》2010年第05期

近年来，在城市高速发展和日益膨胀的同时，也衍生了大量的违法建设，扰乱了城市的规划秩序，阻碍城市的持续性发展，对城市的规划建设和管理提出了新的要求,迫切需要规划观念和管理方法发生新的变革。

遥感卫星图像具有反映情况客观、准确、时效性高等特点，为我国规划建设和监督执法提供了一种系统有效的高技术手段，在城市的规划建设管理中可以起到重要的辅助作用，在违法建设监测方面可以发挥良好的成效。

卫星查违主要是采用遥感卫星拍摄的高分辨率遥感影像进行城市建设变化监测,并且与GIS、GPS技术相集成，利用基础的空间数据、历史遥感影像数据和最新的遥感影像数据，通过检测变化、人工比对、空间分析等技术实现对城市建设的监控，为城乡规划管理部门在第一时间提供精确的决策信息。

一、监测流程

自2001年开始，北京市规划委员会开始利用低分辨率遥感卫星进行违法建设监测，从2009年开始，北京市规划委员会联合北京市遥感信息研究所，利用高分辨率光学遥感卫星（1 m），全面开展对北京市违法建设进行定期监测的实际应用工作，已形成从遥感卫星发现到执法人员查处完善的工作机制，为防止新生违法建设的产生提供了有力的支持，使规划监督检查工作由被动查处转变为主动出击，成功将遥感高新技术应用到政府实际工作中去，收到了良好的效果。

在北京市违法建设定期监测工作中，整个违法建设监测流程主要分为:数据生产、违法建设核查和成果汇总上报三部分（见图1）。

数据生产的具体工作流程包括原始数据筛选、图像正射校正、图像镶嵌、变化检测、数据入库、人工对比分析、审批成果核对、图斑勾画、质量检查、数据输出等步骤。数据生产流程

由利用高分辨遥感卫星进行违法建设监测系统各子系统模块实施完成，并向违法建设核查人员提交变化图斑监测数据。

违法建设核查分为内业和外业两个步骤，内业主要是对提交变化图斑监测数据进行分类统计、综合数据核对和核查数据更新；外业主要是核查人员借助GPS导航设备，依据变化图斑监测数据进行现场核查。

成果汇总上报主要是对现场核查成果进行汇总、分类和统计，上报相关部门和领导，进入行政执法程序。

二、监测指标

违法建设监测是一项处理复杂、环节繁多的业务过程，涉及遥感图像处理、变化检测、对比分析、GPS导航和实地核查等多个技术环节和任务流程。为了保证各个技术环节衔接和任务流程通畅，必须对工作流程中涉及的多项技术指标进行严格的要求约束，主要需要考虑如下几个方面：最小监测面积、定位精度和遥感图像质量。

（一）遥感卫星可监测违法建设的最小面积

违法建设监测精度取决于遥感图像的分辨率，最小监测面积与遥感图像分辨率的2次方成正比。千米级(1000～5000 m)的气象卫星，只能用于宏观现象的调查和监测，如大陆飘移等，多属全球级巨型环境特征。陆地卫星可承担环境资源调查、环境质量评价、农作物监测等，一般在百米级(80～100 m)的地区范围内，监测面积从数千平方米到上万平方米，多属国家级、省级的大型环境特征的监测任务。SPOT卫星多光谱图像可完成中型环境特征如作物估产、林火、污染监测等任务，监测面积在数百平方米范围。违法建设属于小型环境特征，较小的建设变化一般在5～10 m的地区范围内，面积约50～100 m2，因此违法建设监测主要依靠高空间分辨率卫星图像和航空像片。

1.最小监测面积。在近十年的北京市违法建设监测中，利用不同分辨率的遥感图像进行了监测应用，积累了大量较小面积的变化图像。经大量实践应用，3 m分辨率的遥感图像最小可发现75 m2左右的城市建设变化，2 m分辨率的遥感图像最小可发现35 m2左右的城市建设变化，1 m分辨率的遥感图像最小可发现8 m2左右的城市建设变化。在实际的监测应用中，用于监测的遥感图像分辨率取决于违法建设监测最小面积指标。

2．定位精度。遥感图像的定位精度直接影响变化监测和对比分析效果以及GPS能否正确导航到实际的监测区域，由于城市地形较为复杂，既有平原，也有起伏较大的丘陵和山区。对于地形起伏大的地区（丘陵地、山地、高山地），必须采用地面控制点（GCP）和DEM对遥感图像进行正射纠正。卫星遥感数字正射影像的精度点位中误差（图上距离）平地不得大于0.7 mm，丘陵地不得大于0.84 mm，山地不得大于1.1 mm。最大限差不超过2倍中误差。一般2 m分辨率遥感图像纠正控制点在优于1∶10000比例尺地形图上选取。

3．遥感图像质量。违法建设的发现，是通过对遥感图像计算机变化监测和传统目视判读完成，遥感图像的质量极大地影响到变化监测和目视判读的效果，因此，卫星遥感影像应纹理清楚、层次丰富，反差适中、清晰易读，目视效果好；融合后的影像色彩真实自然，无偏色；镶嵌影像拼接处应灰度、色彩过度自然。

三、监测要求

违法建设监测的迟缓和失误将给国家和社会带来经济损失和负面影响，不利于国家规划政策的贯彻执行。这就要求违法建设监测工作更快、更准、更客观，主要体现在以下两个方面：时效性和准确性要求。

（一）时效性要求

违法建设具有严重的社会危害性，如果得不到及时严肃制止，其危害性更大，这就对卫星查违提出了更高的时效性要求。对于违法建设单位，如果在建设初期就被及时纠正，可以极大降低经济损失；建成以后再拆，必将造成重大的经济损失。对于纠违执法部门，如果在建设初期及时查处，大大减少执法的阻力，节约人力和物力，提高执法效能；反之，执法难度、行政以及司法成本就会大大提高。因而，提高卫星查违的时效性，即缩短卫星查违的监测周期对维护良好城乡规划管理秩序和保护国家的有限资源具有重大意义。

（二）准确性要求

利用遥感卫星监测违法建设准确与否，关系到执法效率和政府威信，违法建设监测的准确可以有效降低执法成本，增强执法部门的威慑力，违法建设监测的准确率主要与图像解译、卫星图像分辨率和传感器类型密切相关。图像解译水平依赖于解译人员素质和经验；卫星遥感图