基于遥感影像在城市用地违法监察中应用现状及发展趋势

遥感影像在城市用地违法监察中的应用现状及发展趋势摘要：近年来，遥感技术已在我国的多个领域取得了深入的应用和发展。同时，遥感技术的高分辨率卫星数据可以对国土资源管理中的多个方面和领域进行准确的、可靠的探测，尤其是在城市用地违法监测中的应用，为城市用地执法监测人员对城市用地情况进行调查、执法并监督提供了真实的数据。本文阐述了遥感技术的应用现状，并重点分析了遥感技术在城市用地违法监察中的应用现状和发展趋势，阐明随着空间信息技术的推广，遥感技术必将成为今后城市用地管理的重要手段之一。关键词：遥感技术；城市用地违法监察：1.1遥感技术应用于土地利用动态监测土地利用动态监测是基于遥感影像技术对土地进行大面积、实时、动态的管理监测技术。由于我国现行土地管理体制造成了对非农用地缺乏宏观控制，出现了“批荒占耕”、“多批少报”、“闲置撂荒”等现象，导致国家大量土地资源、资产流失。“九五”期间，随着国家经济建设大发展，新一轮的城镇建设呈盲目扩张趋势，不断地蚕食着子孙后代的“保命田”。为控制这种土地严重流失的现象，必须加强管理。因此，各级土地管理部门及时获取土地利用动态变化信息，显得更为重要。迅速发展的数字遥感技术和计算机技术，为土地利用现状及变化信息的获取提供了及时有效的技术手段。陈述彭院士还提出遥感技术第二阶段必然是动态监测，遥感由静态到动态，由定性解释到定量调查，这是它的必然过程数字遥感技术的动态、宏观、及时以及能够得到同一区域时间段上影像系列等优点，结合计算机迅速处理的特点，是传统土地利用动态调查技术所无法比拟的。目前，各国都在开展数字遥感影像处理技术在土地利用动态监测中的应用研究并取得了阶段性进展。对于我国来说，由于国家和地方性基础设施的建设，农业产业结构的变化等导致土地利用变化加快，原有的调查资料已经不适用于现有发展水平，因此需要不断的及时更新遥感影像资料，提高精度，并基于遥感技术对土地利用变化进行动态监测，从而可以使国家及时掌握我国的土地利用变化信息，为下一步土地规划提供决策性服务。土地利用动态监测是基于同一区域不同年份的同一时相影像间存在着光谱特征的差异原理，来识别土地利用状态或现象变化的工作[4]。最常用的土地利用遥感监测方法基本上可以分两种：即逐个像元比较法(pixeltopixelcomparison)和分类后比较法(postclassificationcomparison)。逐个像元法是对同一区域不同年份同一时相的影像系列进行差异比较，确定土地利用变化的位置，接着再分类确定土地利用变化的信息，这样的方法提高了监测速度，同时也避免了分类过程中引入虚假的变化类型。分类比较法是对整个监测区的影像进行各自分类，然后比较在各影像系列同一位置分类结果，进而确定土地利用变化的类型和结果，该方法的优点是可以解决影像间辐射校正、匹配等问题。综上所述，土地利用动态变化遥感监测有多种方法，各方法都有其优缺点。总的来讲，多时域线性变换、神经网络的非线性变换和变化向量分析等方法充分利用了影像系列各波段所包含的变化信息，在进行数据压缩的同时，又增强了变化信息，其算法的精度比较高、处理速度比较快。今后还需对土地利用动态变化遥感监测技术和方法进行深入研究，以建立起我国宏观土地利用动态遥感监测体系，为我国国土资源管理提供技术支持[5]。1.2遥感技术应用于灾害管理各种灾害发生前一般都会出现各种先兆，而且很多灾害的发生都有一定的时空规律，彼此之间常有一定的关系，这就使遥感技术为自然灾害的预报提供了可能性[6]。利用卫星遥感技术对灾害实时监测，使这些灾害在灾害形成前后得到及时的解决，防范于未然。我国利用遥感技术开展各种地质灾害研究方面取得了重大进展，包括近年来开展的全国特大滑坡灾害调查及危险性评价、典型地质灾害监测预警与示范治理、重点地区地裂缝与地面沉降调查、国家重大工程区域地壳稳定性调查与评价等项目都是建立在遥感图像的分析判断基础上的。特别是2008年四川汶川大地震发生后，我国利用航天和航空遥感，及时开展汶川地震灾情评估工作，完成不同烈度人口影响评估，以及房屋倒损、道路损毁、人员伤亡等灾情及次生灾害评估、灾情综合评估、地震灾害范围评估、地震灾害经济损失评估等工作，为灾区重建规划提供了科学依据和决策咨询。第21届ISPRS大会表明，遥感技术用于监测和评估地震灾害已成为研究地震的一大热门。目前，遥感方法中合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术在监测地震形变方面的潜力已得到广泛认同。1.3遥感技术应用于城市用地违法监测土地资源是人类赖以生存最基本的自然资源，关系到人民群众的切身利益。城市发展中需要对土地按照一定的社会经济与目的，采取一系列的技术手段，对土地进行长期的周期性经营活动，因此土地也是一个城市发展的根本。但现实情况告诉我们，随着城市化的发展，建设用地需求不断增大，尤其是城市用地增长迅速。近年来，城市建设出现贪大求洋的不良倾向，城市规模“摊大饼”式地外延扩张，而城市内近10年的土地处于闲置状态，特别是新城区闲置土地，已用地容积率偏低。据有关部门统计，我国664个城市人均建设用地达113m2，而世界发达国家的人均城市用地为88.3m2，我国城市人均用地面积远高于发达国家人均城市用地水平。这对人均土地资源低于世界平均水平的的我国是个严峻的挑战。1997年至2004年,我国年均新增建设用地达4.67×104hm2，一边是城市人均用地面积严重超标,大量新增土地闲置,而另一边却是连续七年建设用地的持续增加。其中虽有政策、市场、规划等因素的影响，但城市土地利用变化的实时监控落后于土地利用的现势变化也是其中一个重要的原因[7]。因此，强化并合理科学的管理城市用地，综合保护并整治，对城市发展具有重要意义。城市用地违法监察是城市规划管理的主要职能之一，违法监察的主要内容包括对城市各类违法建设用地进行监测、调查及查处的过程[8]。目前，城市用地违法监测主要依靠人工巡查的方式而展开，通常分为全面巡查，重点调查和随机抽查三个过程。各种巡查方法同时并用，在一定程度上可以比较全面的查处城市用地的违法建设行为，但受制于人员、经费条件和时间等方面的原因，同时为了避免执法监测人员与违法单位的暗箱操作，在城市用地违法监测中就迫切需要一种客观公正的方法，及时快速有效的打击违法建设用地的行为。1.遥感影像在城市用地违法监察中的应用现状遥感作为一种不直接接触目标物体,通过远距离接收地物发射、反射的电磁波信息而识别物体的高新技术,目前已形成航天、航空、地面遥感多层次的遥感体系,特别是随着先进的遥感平台及新一代传感器的研制与使用,遥感数据处理能力的加强以及与地理信息系统(GIS)的结,使其综合性、多波段、多时相、信息更新快等特点更加突出,快速、准确、实时地获取大范围的资源与环境数据的功能更加完善,可以很好地满足对城市土地资源的利用实行“快、高、新、动”(即快速、高技术、新信息源、动态研究)监测的要求[9]。我国进入80年代后,航空和航天遥感技术已广泛地应用于土地资源调查及土地利用监测[10],其中包括了对城镇用地扩张的动态监测。利用遥感对城镇用地进行监测,与常规的实地调查相比,在时间和人力上表现出明显的优势,其迅速、及时的特点是常规方法难以比拟的。目前,遥感监测已成为了城镇用地扩张研究的主要手段。伴随着航天航空事业的迅速发展，遥感技术也得到快速提高，从而为城镇用地扩张动态监测提供了分辨率越来越高的信息源。根据所采用的遥感资料，可以把城镇用地扩张的遥感监测划分为航空遥感监测和航天遥感监测两大类。城镇用地扩张的航空遥感监测,所采用的信息源主要包括普通航空像片、彩色红外航空像片、多光谱航空像片等。这类航空像片可以比较清晰地显示全部地物的信息,其中彩色红外航空像片将天然彩色胶片3层乳剂中感兰光的乳剂换成了感近红外光的乳剂层,使同一张像片上显示可见光和近红外2个光谱段的地物信息,并以鲜明的假彩色表示物体影像,增强了色相和色差,大大地提高了摄影信息的容量,丰富了信息表达能力[11],从而成为了目前城镇用地扩张监测中使用最多的航空摄影图像类型。航天遥感监测城镇用地扩张的航天遥感监测,所采用的信息源主要来源于各种卫星、宇宙飞船等航天器所载的传感器。为了便于数据传输,通常将地物信息记录于数据磁带之上,发送回地面,各地面站将数据进行回放、纠正等处理,形成各种可视图像。这些图像就可直接用于土地利用的动态监测。常见的航天遥感图像有多光谱扫描仪(MSS)图像和专题制图仪(TM)图像2种,由于TM图像的光谱分辨率和几何分辨率都比MSS图像高,因此,为保证城镇用地扩张动态监测的精度,在航天遥感监测中,主要采用TM图像作为信息源。2.1技术流程遥感监测技术的一般技术流程，主要包括对监测区进行多时相、多源遥感数据进行纠正配准融合等预处理，通过影像判断提取变化信息，确定变化属性，然后经过外业核查及精度评定后，制作监察表格及执法检测图，最后执法部门利用新增建设用地变化情况，对违法行为进行处理[12]。前一时期遥感数据后一时期遥感数据纠正、配准、融合、镶嵌数据源选取监测底图制作新增用地变化识别与分类信息提取影像判读样本库提取变化图斑外业核查补充变化信息补充遗漏图斑精度与质量评价图1城市用地违法监测流程图2.1.1数据源选取由于卫星遥感资料的精度越高越能获得准确的判别信息，因此普遍采用高分辨率遥感影响资料对城市用地情况进行监测。选择最佳波段组合，对数据进行预处理，即对图像效果进行辐射校正和遥感图像增强处理，只有在可靠的辐射校正的基础上的监测结果，才能避免伪变化。而对图像的增强处理可以通过多种方法实现，包括简单的数学处理增强变化信息，多时域线性变换增强信息，变化量分析以及多时域非线性变换增强信息。经过一系列的处理后，最后获得原始的城市影像底图。2.1.2变化图斑提取对前后两个时期的卫星影像资料进行对比，按一定的方法以监测区为单位提前新增建设用地变化信息，根据所规定的要求表示变化的图斑，建立图斑变化属性，然后为外业核查提供信息[13]。对前后两个时期卫星遥感时间间隔较短的卫星图像，可以采用目视解译的方法提取变化的用地的信息，而对于时间间隔较长的卫星图像，则采用计算机自动解译的分析方法，如：主成份分析法、最小距离分析法、神经元法、光谱角法等。目视解译的最大有点是方便灵活，解译者在解译过程中能够充分利用影像解译标志和其它辅助信息识别地物。但解译者的经验和专业知识(包括对所研究地理区域的熟悉程度)以及影像本身的差异或限制,都会导致解译结果的不一致。因此在城市用地动态监测的过程所涉及到的变化区域不多的情况下，可以采用此方法。计算机自动解译分类。该方法主要优点是处理速度快,并且可重复性强,其中,最大似然法有着严密的理论基础,对于呈正态分布的数据,具有很好的统计特性,而且判别函数易于建立,是目前最常用的分类方法。为克服单纯依靠光谱信息分类精度不高的缺点,在分类过程中往往加入适当的辅助信息来改善分类精度。通常是在GIS支持下,将专家知识和遥感信息进行复合处理,但因区域性和地段性限制,也较难产生通用的方法。2.1.3外业核查在外业核查时需要检测并确认遥感内业操作时的变化图斑并补充遗漏的图斑，填写外业调查记录表，为变化的信息分类处理及精度评价提供依据。外业核查提供城市建设变化的真实信息，利用外业核查及监测变化的图斑数据，与实地测量面积进行比较，将最终获取的监测结果提供给执法部门，作为执法的可靠基础资料和执法报保障。2.2遥感技术在执法监察中的作用遥感监测具有覆盖面广、宏观性强、快速、多时相、信息丰富等特点，因此在城市用地执法监测中具有重要的作用。首先，采用遥感技术能及时更新城市用地变化，比如ikonos卫星每天绕地球飞行15圈，每三天就可以对地面上任何一个区域进行一次拍摄，若降低分辨率，它每天都可以重访一次同一区域，因此，可通过分析获得的监测数据，及时发现违法占用土地情况；此外，ikonos卫星的精度高，它可以拍摄到地面上不足一米的物体的全色图像和直径为4米的物体的多光谱图像，其它遥感监测卫星如quickbird其全色波段分辨率为0.61米，彩色多光谱