遥感在查处违法建设中的应用研究

第36卷第3期2013年3月测绘与空间地理信息GEOMATICSSPATIAL INFoRMATloN TECHNOLOGYV0136，No3Mal-，2013遥感在查处违法建设中的应用研究隋克林，张晓东ff(天津带测绘院，天津300381)摘要：提出了一种将遥感影像用于查处城市违法建设的方法。本文根据遥感影像变化检测相关理论，对当前常用的遥感影像变化检测方法进行了对比和分析。通过实验验证，本文结合城市建筑物目标变化状况和相关信息，为查处违法建设提供快速、精确、有效的方法。关键词：变化检测；违法建筑；遥感中图分类号：TP79 文献标识码：B 文章编号：16725867(2013)03014603Application of Remote Sensing in Illegal Construction InvestigationSUI Kelin，ZHANG Xiaodong(Tianjin Institute of Surveying and Mapping，Tianjin 300381，China)Abstract：This paper has come up with a method to deal with illegal construction investigation in cities using remote sensing imagesBased on change detection theory about remote sensing images，the article has compared and analyzed current detection methods commonly used on remote sensing imagesThe experiment proves that this method proposed in the paper in combination with changes incity buildings and related information can achieve dealing with illegal construction fast，accurately and effectivelyKey words：change detection；illegal construction；remote sensing0引 言在城市发展的过程中，城市规划为其指引了方向和规范，保证城市健康、可持续发展，同时各地也均出现了一些违法违规建设现象。传统的查处违法建设方法往往难以做到有的放矢，无法切中目标，造成工作效率较低。遥感影像能够真实、全面地反映城市建设现状，并且能够提供建筑的精确位置和范围。近年来，已经有深圳等若干城市陆续开展了采用遥感技术查处违法建设的工作，能够快速、高效、精确地查处当地的违法建设现象，取得了较好的效果。但由于遥感影像相比于一般的图像具有较高的专业性，从中提取违法建设信息往往需要专业人员进行解析，将影响查处违法建设的速度。如何配以相关的平台，直接从遥感数据中分析建设变化、同时能够管理数据及信息。本文采取遥感影像的变化检测技术，基于图元信息，提取城市建设变化信息，结合相关批文，快速查处违法建设，最后使用GIS数据库技术管理所涉及的数据和信息。最近几十年来，国内外许多学者相继发表了许多基于遥感技术的变化检测理论和方法的论文。，按变化检测处理对象级别这些将变化检测方法划分为像元级、特征级和决策级三个层次。但是，多项研究与实践证明，目前还没有哪种方法被普遍认为是最优的，各自具有不同的适用性，同时也具有其局限性。本文对已有变化检测技术方法进行了总结与评价，从中选择在城市建筑物变化方面能够准确检测的方法。并在此基础上，提出了一种基于影像分割的变化检测新思路，综合各类分类方法的优势，与具体城区的实际影像结合，探索出一条适合城市建筑变化检测和查处违法建设的方案。1研究方法如图1所示。遥感用于查处违法建设共分为以下几个环节，其中影像分割和变化分析是影像获取变化信息的关键步骤，直接影像变化监测的效果，所以影像分割和变化分析也是本文研究的主要内容。11遥感影像预处理在图像分割前，有必要对原始图像进行适当的预处理以提高图像质量。同时为了尽可能的去除无用背景对分割结果的影响，先设定一个灰度阈值，初步滤除部分干扰因素。市场上获取到的数据一般是经过预处理的，所收稿日期：20120712作者简介：隋克林(1986一)，男，河南商丘人，助理工程师，硕士，2011年毕业于武汉大学地图学与地理信息系统专业，主要从事遥感图像解译和信息提取工作。第3期 隋克林等：遥感在查处违法建设中的应用研究 147图1遥感用于查处违法建设工作流程ng1 Worl她procedures of remote湖si哩inm,ml construction investigation以数据预处理本文研究的主要内容。12影像分割和变化检测目前研究的着重点大多是针对前后两期遥感影像进行遥感变化检测的算法研究上。如前文所述，按处理的信息层次将变化检测划分为像元级、特征级与决策级3个层次。研究较广的像元级的变化检测方法多是基于数理统计理论等，特征级的变化检测方法主要有基于分水岭分割算法的变化检测方法等。121基于数理统计的变化检测国内外基于数理统计的变化检测方法以及有不少研究成果。万幼川等学者曾提出了一种基于概率统计模型的变化检测方法，并将此方法应用于多时相高分辨率影像的变化检；基于数理统计变化检测主要以若干像素为研究对象，该类方法引用了邻域相关系数法这一概念，其定义见公式1。相关系数代表了某一区域内不同时相遥感影像差异性，通过每一像素的相关系数数值的大小来反映该像素变化的可能性和程度，再通过设定阈值判断是否发生变化。至烈g(i，z)一罾(i,j)叭i,j，1)一灭ij)P(i J)=i二兰兰兰=二二=_再= (1)荟磊(g(iJ，z)一否(i)2善磊抓i，z)一灭iJ)2相关系数越小，该地区发生变化的可能性就越大。一般情况下，发生变化区域相关系数较小，而未发生变化区域的相关系数则较大，中等相关系数出现于轻微变化区域。对相关系数图像而言，给定阈值T，变化检测结果如式(2)所示，Pchange表示变化类，Punchange表示非变化类。菇Punc幡hange：T 【 、 此方法能够清晰地反应出前后两期影像的每一处差异，但是这些差异受很多因素的影响，比如影像色调，两期影像的配准等。所以检测出的变化比较琐碎，容易破坏地物目标完整性和连贯性。122基于分水岭分割的变化检测分水岭算法是一种在图像分割利于广泛应用的算法。近年来，分水岭算法也随着在遥感影像分割方面的研究，进而被应用到影像的变化检测领域。从一些研究的结果看，基于分水岭算法的变化检测的应用理论正在逐渐成熟，针对前后两期遥感影像进行变化检测的准确率一般在70左右甚至更高。若分水岭分割生成的所有区域的集合用R表示，则：R=U，i=1，2，t (3)式3中，为第i个区域，g为区域总数。本文则以区域灰度特征为度量标准，对相邻区域进行合并的方法。分别以t和表示rf和ri的平均灰度，用dl和d，表示ri和之间的灰度差异度如公式4、5所示。t=g(m，n，)，t=g(m，玮，k) (4)diJ=Ili一I (5)将两个时相的影像的波段进行叠加，形成一个新的波段数为原来两倍的影像，以新影像为输入数据，采用分水岭方法对影像进行分割。分水岭算法的不足之处在于对图像的过分分割现象比较严重，往往把图像被分割成过多的小区域，致使感兴趣目标淹没于其中。通常情况下可以使用平滑滤波或者设定较高阈值和尺度，然后在给定的分割尺度下进行区域合并，保持地物的完整性和连贯性。城市建筑物在遥感影像中呈现为一个个相互独立的小单元，单元与单元之间往往由其它地物类别填充，所以建筑物单元内的特征较为相似。本文先使用分水岭算法对影像进行分割，保持了地物目标的完整性和连贯性，再通过相关系数法检测影像变化。13调取违规建筑信息得到区域内的变化信息之后，从规划部门获取相关审批文件和资料，便可以发现违法建设状况。在仅存在审批文档文件的情况下，可以对变化信息进行人机交互，精确确定违法建设的数量和位置。14 GIS数据库管理系统本文的查处违法建设的方法涉及到海量栅格数据(遥感影像)、矢量数据(图元)和相关批文信息等多种数据，设计了一套适合管理适量数据、栅格数据和文档信息的数据管理系统，实现资源的快速调度。2实验结果本文收集了天津市红桥区2011年第一季度和2011年第三季度两个时期的wofldview影像作为研究数据，其覆盖范围内建筑物数量众多，轮廓形状具有代表性。该数据分辨率均是05 m，能够清晰地反映地面建筑情况，较适合用于地面违法建设信息的获取。本文采用该数据对前面所述的技术流程进行了实验。148 测绘与空间地理信息 2013年实验结果表明，本文所提的方法对查出违法建设用地信息是有效的，检测结果如图2所示。单纯的基于数理统计的变化检测方法所提取出的变化信息比较琐碎，容易破坏实际地物的完整性。从表1中可以看出，基于统计的方法出现了较多的误检现象。对影像先分割再进行变化检测提取出的变化图元轮廓并不是很精致，但是能够分辨出建筑物变化区域的位置和大小，这说明遥感的方法对于查出违法建设用地是可行的。相比于单纯基于统计的方法，使用分水岭算法对影像分割后再进行变化检测的结果出现误检则少很多。图2 2011第一季度和第三季度Worldview形象Fig2 Worldview imag姻for the first quarter in 2011and the third quarter in 2011 respectively经过实地考证和红桥区规划部门提供的资料佐证，本文所提方案检测出的建设变化信息均被一一验证。实验统计结果见表1。试验区域内共检测出43处变化，实际批准项目31个，变化检测正确率为7209，基本达到预期目标。由于检测周期过小，红桥区2011年第一季度到2011年第三季度未出现违法建设，故查处违法建设数为0，经实地验证，与实际情况相符。从而证明本文的变化检测方案用于查处违法建设的研究能够及时发现违法建设，并准确定位。该方法具有时效性、准确性和实用性。表1实验结果统计Tab1 Experiment result statistics3结束语本文探讨了一种将遥感影像及遥感变化检测理论用于查处城市违法建设的方法。文章对当前遥感变化检测的研究进行了分析和总结，并使用红桥区woddview影像进行了验证。实验证明，本文所提的方法能够及时、精确地检测出城市建筑物变化信息，为查处城市违法建设提供了一个有效方法。研究中也遇到了一些问题，如检测图元的形状不够规则等，这将成为下一步研究工作的重要内容。参考文献：1 Sing HADigital change detection techniques using remotel sensed dataJInternational Journal of RemoteSensing，1989，10(6)：98910032Mouat，DA，Mahin，GC，lancaster，JRemote sensing techniques in the analysis 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