卫星遥感影像在宁波市规划督察中的应用

徐莹， 叶晓婷， 吴亚文

(1.宁波市测绘设计研究院，浙江 宁波 315042； 2.宁波市阿拉图数字科技中心，浙江 宁波 315042)



卫星遥感影像在宁波市规划督察中的应用

徐莹1*， 叶晓婷1， 吴亚文2

(1.宁波市测绘设计研究院，浙江 宁波 315042； 2.宁波市阿拉图数字科技中心，浙江 宁波 315042)

遥感督察工作对于促进新型城镇化健康发展、城乡规划科学有序实施和依法行政具有重要意义。本文以宁波市为例，基于卫星遥感影像的光谱特征，利用多时相的遥感影像，采取人机交互的作业方式得到变化图斑，然后根据城乡规划资料赋予变化图斑相关属性，最后得到图斑数据库，凸显了卫星遥感影像应用于城市规划督察的优势和特点。

卫星遥感影像；规划督察；变化图斑

1 引 言

规划的实施成效、城市建设的现状是规划部门和政府部门推进城市化进程中的关注点，这是一个周期性长期性的工作。经济高效地开展城市建设督查需要有力的工具，遥感作为一门对地观测综合性技术，能够全方位(地面遥感、航空遥感、航天遥感)、高时效的获取目标区域的影像数据，已经被广泛应用于城市建设发展中。童庆禧院士在2013年欧亚经济论坛科技分会上指出，“遥感技术、空间信息技术，包括卫星、遥感等，都会对我们城市的发展起着一种监督保证的作用”。遥感变化检测通过对多时像遥感影像进行定量分析，发现地物变化的特征和过程，而这些地物变化的特征和过程往往都涉及城市土地的利用开发、城市违法建设等规划、管理部门关心的内容。与传统的城市变化调查方法相比，遥感变化检测具有快速、经济等特点，具有广阔的应用和发展前景。

图斑核查是开展遥感督察的重要手段，是发现问题和查处问题的基础，也是客观评估规划实施情况的基础。为了摸清宁波市城市建设的现状，维护城市规划的严肃性，有效遏制违法建设势头，推进城市的有序建设，宁波市首次利用卫星遥感影像辅助城乡规划督察，旨在发现宁波市发展中的违法建设、发展的不合理之处，定期向规划部门、政府部门提供有效的资料，为管理部门提供决策支持。

2 数据介绍

规划督察动态监测工作的有序开展，关键是收集完备的基础资料。资料主要包括卫星遥感影像数据、城乡规划成果等。

2.1 卫星遥感影像数据

宁波市城市规划遥感监测工作，采用了2014年11月高分一号、资源一号、资源三号卫星遥感数据以及2013年10月PLEIADES(普莱亚)的卫星遥感数据。如表1、图1、图2所示：

卫星遥感影像数据资料统计表 表1

图1 宁波市2013年10月卫星遥感影像

2.2 城乡规划资料

城乡规划资料包括的相关城乡规划资料主要有城市总体规划、城市强制性内容规划矢量图和规划四线资料等。

3 遥感督查的技术流程

遥感督查主要是利用多时相的遥感影像，对其进行处理和分析，发现变化的地物，结合规划等辅助资料对变化地物进行判别和分析。实现的总体框架主要包括数据收集与处理、动态监测、行政核查以及成果制作四个部分。数据收集与预处理主要是前期进行方案设计后包括采购的高分辨率影像以及集合规划数据，并对数据进行预处理；动态监测主要是建立城市建设动态监测系统，通过高分辨率影像对比、自动提取加之人工判读提取变化图斑；行政核查主要是结合规划管理系统中的数据进行建设行为分类，识别合法建设图斑、违法建设图斑以及自然变化图斑，进行疑似违法建设图斑初判，并将疑似违建图斑移交相关部门，进行实地核查；成果制作包括城市建设监测数据库制作、统计图表和专题图的制作，如图3所示。

变化监测是整个流程的重要基础，具体实施可分为以下4个步骤。

3.1 数据预处理

影像预处理，对不同时期的遥感影像进行大气校正、正射纠正、融合等预处理流程。由于研究区范围较

图3 规划督察动态监测总体框架

大，研究区全覆盖影像需由多景不同时相获取的影像融合组成(2013年N景，2014年N景)。多景影像之间不可避免存在差异，需进行校正、配准、正射纠正、调色、融合等数据预处理操作。

3.2 “人机交互”变化图斑提取

变化图斑提取，主要是利用计算机自动分类和人工解译相结合的方法，对比不同时相的遥感正射影像，提取变化图斑。

变化图斑的提取其本质是影像的分类和变化检测。遥感影像分类是指根据遥感图像中地物的光谱特征、空间特征、时相特征等，对地物目标进行识别的过程。目前已有多种分类方法和算法，主要分类模式包括：监督分类、非监督分类、人工目视解译等，针对不同的区域特点，有其适用的各类算法。不管是基于象元级别的分类还是基于对象的分类，由于遥感影像数据的复杂性，其“同物异谱”、“同谱异物”的特点，高精度的影像分类一直是遥感影像应用的重点与难点。本文研究范围覆盖宁波全大市，遥感影像为多时相多景影像融合，自动分类精度难以保证达到要求，因此采用基于面向对象的自动分类后人工目视解译的手段，人机交互的方式进行变化图斑提取。

图4 基于面向对象的高分辨率影像变化检测流程图

面向对象的影像分类通过对影像的分割，使同质像元组成大小不同的对象，从而突破了以像元为基本分类和处理单元的局限性，不仅考虑地物的光谱信息，而且兼顾几何信息和拓扑信息以及影像对象间的语义关系，分类结果较为可靠且可以有效避免大量斑点噪声，实现较高层次的遥感图像分类和目标地物提取。基于面向对象的变化图斑提取流程如图4所示，主要包括影像分割、分类规则、信息提取及变化检测等步骤。

本研究在eCognition软件平台上实现两期影像的变化检测。通过对比分析几种基于eCognition的分割效果，采用多尺度分割方法对影像进行分割，如图5所示。多尺度影像分割采用自下而上的区域合并方法形成对象。将影像以对象的形式建立层次结构，像素层和整个影像视为两个特殊的对象层，任何分割所形成的对象层则介于其间；大尺度分割下所形成的对象是由小尺度分割所形成的对象组合产生的，以确保不同尺度下的对象可以构成层次结构，从而有利于不同层次间信息的传递。

图5 分割对比图

通过对象所包含像素的光谱信息以及多边形的形状信息、纹理信息、位置信息以及多边形间的拓扑关系等信息的组合来不同用地类别建立各自规则，通过不同分类规则的层间传递，使得分类规则的建立不仅可以利用本层对象信息，也可以利用比本层高或低的其他层次的对象信息。根据叠置分析法，将两个不同时相高分辨率影像中分类结果进行叠置分析，提取出变化的区域。

结论规则增加Existenceofsubobjects前时相=0Existenceofsubobjects后时相=1减少Existenceofsubobjects前时相=1Existenceofsubobjects后时相=0未变化Existenceofsubobjects前时相=1Existenceofsubobjects后时相=1

图6 变化规则

在自动分类的基础上，以分类结果为辅助数据参考，采用人机交互的方式，运用ArcMap卷帘法对比前后期影像提取变化图斑，如图7所示。

图7 ArcMap卷帘法

目视识别工作本身也是有规律可循的，人机交互式遥感解译法是使人和计算机相互配合同时进行遥感分析的方法，它考虑了人与计算机两者的优势，以便更有效、更准确地对遥感图像进行解译。例如，变化前是简易居民房，变化后是多层建筑，反映在图像的每个像元上都是水泥的光谱特性(灰度值)，在物理属性上没有发生任何改变，这种变化很难通过计算机自动提取变化图斑，只能通过人机交互的方式进行判读。目视解译运用了解译者的综合知识，对遥感对象进行分析、识别。本次采用了 2.5 m分辨率的影像，可识别影像上不小于200个像素、且实地面积大于 800 m2的变化图斑。3.3 变化图斑属性编辑

变化图斑提取后，提取的变化图斑仅包含空间信息和图形信息，没有属性信息，需要通过对两期遥感影像以及影像与城市总体规划图和矢量文件的叠加分析，进行属性的判读，赋予变化图斑属性信息。其中，对规划用地类别的判读以及是否违反总规强制性内容的判读是属性判读的工作重点。

规划用地类别是根据《城市用地分类与规划建设用地标准》GB 50137-2011的规定，城市用地主要分为二大类，建设用地(H)和非建设用地(E)。另外，由于城市建设用地中存在正在建设的施工用地，规定：从遥感影像上判定被工程建设占用的施工场地为施工用地；施工用地是本次定义的用地类别。

涉及的强制性内容主要为城市总体规划的强制性内容，市规划区参照城市总体规划的“四线”来执行，“四线”主要包括绿线、蓝线、紫线和黄线。

变化图斑与总体规划图进行叠加分析，把提取的变化图斑的规划用地性质与城市总体规划的用地分类体系相对应，并判别变化图斑是否违反总规强制性内容。3.4 外业核查

外业核查工作主要针对一是内业无法判读仅勾绘范围的图斑，外业进行100%的核查，并将核查成果反馈给内业；二是内业可判读确定变化并勾绘的图斑，选择城市的重点区域，如市县的城区，按照位置随机均匀抽取变化图斑进行外业核查。外业核查主要采用“远看近判”、“走到问到”的方法开展实地核查工作，将图斑的用地性质等调查内容确定准确，采用专用的核查软件和PDA/GPS仪器设备辅助开展核查工作。

4 结 语

使用卫星遥感影像提取变化图斑，按图索骥，大大降低了外业工作量，从而降低时间成本和经济成本。督查结果可查处涉及工业企业改扩建、涉及市政道路、水利设施、公园绿地等公共设施建设、施工工棚等临时建设的违章建设行为以及无法定规划依据或在城乡规划确定的建设用地外取得规划许可、控规未落实总规强制性内容的行政违法行为。遥感督查有显著的社会效益和经济效益，有效监控城市规划的实施，遏制违法建设，维护城市的健康发展。

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Application of Remote Sensing Image in Urban Planning Supervision of Ningbo

Xu Ying1，Ye Xiaoting1，Wu Yawen2

(1.Ningbo Institute of Surveying and Mapping，Ningbo 315042，China；2.Ningbo Institute of Surveying & Mapping，Ningbo 315042，China)

Remote sensing supervision is of great significance of promotion the healthy development of the new type of urbanization，Urban and rural planning scientific and orderly implementation and law-based administration. This paper based on spectral characteristics of satellite remote sensing image to extract the variation spots using multi-temporal satellite remote sensing images and human-computer interaction method. According the urban and rural planning data to retrieve the information of the variation spots，then put them to the database. This paper highlights the advantages of satellite remote sensing image application in urban planning supervision.

remote sensing image；urban planning supervision；the variation spots

1672-8262(2016)05-51-04

P236

B

2016—03—25

徐莹(1986—)，女，硕士，工程师，主要从事测绘地理信息技术的研究工作。