卫星遥感数据在城乡规划动态监测中的应用

汪波 龚威平 孙越 刘树军（住房和城乡建设部城乡规划管理中心，北京 100835）

1 引言

“十一五”期间，伴随着我国经济的高速增长，城市化进程的不断加速，城市规模、建设的快速发展，各城市的面貌日新月异。在此期间，发生在城市中的新建、改建和迁建工程项目数量快速增加，土地盲目性和无计划性利用问题日益突出，侵占绿地、毁坏文物等违法、违规行为时有发生，严重影响了城市的健康发展，因此需要及时对其进行监测和监督管理[1]。以遥感技术为重要支撑手段的城乡规划动态监测工作，逐渐被各级城乡规划行政管理部门所重视，为遥感技术在我国城乡规划管理领域的应用拓展了新的发展方向[2]。城乡规划动态监测是利用“3S”技术，即遥感（RS）技术、地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS），客观、真实、高效地反映城市的建设活动及用地变化情况，以城市总体规划为依据，监督其是否符合城市总体规划要求的工作。

2 中高分辨率卫星遥感数据应用类型

在城乡规划、城市建设领域，对城市规模、发展方向、建筑面积、建筑密度、容积率等反映城市建设指标的精度要求越来越高，因此，对卫星遥感数据产品的需求也在不断提高。目前，我国城乡规划动态监测工作可使用的中高分辨率遥感卫星主要包括：斯波特-5（SPOT-5）、资源-2、“先进陆地观测卫星”（ALOS）、中巴地球资源卫星-02B（CBERS-02B）、地球资源观测系统-B（EROS-B）、“艾科诺斯”（IKONOS）、“快鸟”（QuickBird）、“世界观测”（World-View）和地球之眼-1（GeoEye-1）等，见图1。

图1 城乡规划动态监测中使用的中高分辨率遥感卫星Fig.1 Remote sensing satellites of middle and high resolution used in dynamic monitoring of urban-rural planning

不同类型、不同分辨率的卫星遥感数据，在具体的处理方法上有一定的差异，但基本原则都是基于卫星遥感数据具有的全色和多光谱波段的特性，结合不同的波段组合方式，融合出分辨率较高、色彩信息丰富的卫星遥感影像图[3]。图2为几颗国外卫星遥感数据融合后的影像产品。

图2 几颗国外卫星遥感数据融合后的影像产品Fig.2 Products by data fusion of several satellites

3 城乡规划动态监测技术原理与工作流程

3.1 技术原理

城乡规划动态监测的技术原理是：将配准、纠正、融合的前、后两期卫星遥感数据叠加对比，提取出反映城市建设活动的变化图斑[4]，使用地理信息系统技术对变化图斑的面积、范围等进行定量统计，对变化图斑的用地属性信息等进行定性分析及存储管理，与城市总体规划数据进行叠加，将变化图斑的准确位置定位在城市总体规划图上，从而对变化图斑的用地面积、用地性质等变化是否符合城市总体规划进行判定。城乡规划动态监测工作的原理见图3。

图3 城乡规划动态监测工作原理示意图Fig.3 Schematic diagram of dynamic monitoring of urban-rural planning

3.2 工作流程

城乡规划动态监测的工作流程可分为四部分（见图4）。第一部分，基础资料的收集与准备。此阶段工作重点是根据城乡规划动态监测任务要求，选择符合时间要求、分辨率要求的遥感数据。同时，为保证遥感数据几何校正的精度，要求地形图比例尺不小于1∶10 000。第二部分，遥感数据处理。此阶段工作包括遥感数据的几何校正、融合；城乡规划资料的数字化；基于城市地形图，配准、叠加遥感数据和城市规划资料。其重点是遥感数据和城市规划资料的配准叠加。第三部分，变化图斑提取、用地属性信息分析与管理。第四部分，违法、违规建设行为判别、查处。

图4 城乡规划动态监测工作流程示意图Fig.4 Flow diagram of dynamic monitoring of urban-rural planning

4 监测任务

城乡规划动态监测工作，主要以《中华人民共和国城乡规划法》对城市总体规划强制性内容的定义为重要依据。概括分为：城市规划区范围、规划期限内城市建设用地的发展规模，以及根据建设用地评价确定的土地使用限制性规定；城市各类绿地的具体布局与保护；自然与历史文化遗产保护；城市基础设施和公共服务设施用地布局与保护；城市水源保护区和水系等生态敏感区的布局与保护等[5]。

5 卫星遥感数据在城乡规划动态监测中的应用成果

5.1 城市用地规模的监测

2009-2010年，通过对我国36个城市建设用地面积的监测，发现各监测城市在上一年度城市建设用地面积的基础上均有一定幅度的增长。36个城市的城市建设用地面积达到了11 069.5km2，较上一年度增长了196.81km2，平均增长5.47km2。增长方式主要表现为以下3种。

1）均匀增长

基于卫星遥感影像数据量测，某市城市建设用地面积2009年11月为331.89km2，2010年11月为355.43km2，增长了23.54km2，增长率为7.09%。对比该市城市总体规划图（2000-2010年），城市建设用地的增长表现在城市的各个方向，呈现出均匀向外扩张的城市增长趋势（见图5（a））。

2）单一方向突出增长

基于卫星遥感影像数据量测，某市城市建设用地面积2009年12月为81.65km2，2010年10月为85.25km2，增长了3.6km2，增长率为4.4%。对比该市城市总体规划图（2010-2020年），城市建设用地的增长突出表现在南部区域，呈现出向南部区域扩张的增长趋势（见图5（b））。

3）城市规划建成区内部增长

基于卫星遥感影像数据量测，某市城市建设用地面积2009年12月为145.97km2，2010年11月为147.53km2，增长了1.56km2，增长率为1.07%。对比该市城市总体规划图（2006-2020年），城市建设用地增长基本在城市规划建成区范围的控制范围内，呈现出在内部增长趋势，因该市城市总体规划确定的规划建成区面积较大，城市扩张仍有较大的发展空间（见图5（c））。

图5 2009-2010年某些城市建设用地规模变化示意图Fig.5 Diagram of land size changing in some cities from 2009to 2010

5.2 城市总体规划强制性内容的监测情况

1）涉及城市绿线内容的监测情况

2009-2010年，对我国36个城市的动态监测发现，涉及城市绿线内容的变化图斑数量为3 045个，面积为10 802.69hm2，分别占全部变化图斑数量、面积的16.17%和14.70%。图6为2010年1-10月某市动态监测涉及城市绿线内容示意图。

2）涉及城市蓝线内容的监测情况

2009-2010年，对我国36个城市的动态监测发现，涉及城市蓝线内容的变化图斑数量为117个，面积为580.58hm2，分别占全部变化图斑数量、面积的0.62%和0.79%。图7为2009年11月-2010年6月某市动态监测涉及城市蓝线内容示意图。

3）涉及城市黄线内容的监测情况

2009-2010年，对我国36个城市的动态监测发现，涉及城市黄线内容的变化图斑数量为256个，面积为916.66hm2，分别占全部变化图斑数量、面积的1.36%和1.25%。图8为2010年5-8月某市动态监测涉及城市黄线内容示意图。

4）涉及城市紫线内容的监测情况

2009-2010年，对我国36个城市的动态监测发现，涉及城市紫线内容的变化图斑数量为180个，面积为628.29hm2，分别占全部变化图斑数量、面积的0.96%和0.86%。图9为2010年3-7月某市动态监测涉及城市紫线内容示意图。

图6 2010年1-10月某市动态监测涉及城市绿线内容示意图Fig.6 Diagram of a city dynamic monitoring involved green line from January to October 2010

图7 2009年11月-2010年6月某市动态监测涉及城市蓝线内容示意图Fig.7 Diagram of a city dynamic monitoring involved blue line from November 2009to June 2010

图8 2010年5-8月某市动态监测涉及城市黄线内容示意图Fig.8 Diagram of a city dynamic monitoring involved yellow line from May to August 2010

图9 2010年3-7月某市动态监测涉及城市紫线内容示意图Fig.9 Diagram of a city dynamic monitoring involved purple line from March to July 2010

6 结束语

城乡规划监督检查贯穿于城乡规划制定和实施的全过程，是城乡规划管理工作的重要组成部分，也是保障城乡规划工作科学性与严肃性的重要手段。城乡规划主管部门可以通过对在建项目的跟踪管理、巡察或调查、受理举报等方式，同时结合卫星遥感数据，掌握城乡规划的实施情况。利用中高分辨率卫星遥感数据对城乡规划实施动态监测，从宏观到微观，从历史到现状，从定量到定性地获取城市发展演变的信息，充分发挥遥感影像数据快速、客观、全面的特性，及时将违法、违规的建设活动处理在事前、事中状态，在减少相关经济损失程度和降低处罚实施难度等方面发挥重大的作用。当然，中高分辨率遥感数据的应用还需解决很多问题，如何更好地利用遥感技术辅助城乡规划督察工作，在体制、程序上建立完善约束制度，还有待进一步研究。同时，随着我国“天绘”（TH）卫星遥感数据的进一步开放使用，相信国产的航空、航天遥感数据能在我国城乡建设领域发挥更加重要的作用。

（References）

[1]全国人民代表大会常务委员会法制工作委员会.中华人民共和国城乡规划法解说[M].北京：知识产权出版社，2008

The Commission of Legislative Affairs of the Standing Committee of the National People’s Congress.The urban-rural planning act interpretation of the People’s Re-public of China[M].Beijing：Intellectual Property Publishing House，2008（in Chinese）

[2]胡明星.GIS和神经网络在城市发展规划中的应用[J].四川测绘，2001，24（2）：70-71

Hu Mingxing.Applications of GIS and neural network in city development planning[J].Surveying and Mapping of Sichuan，2001，24（2）：70-71（in Chinese）

[3]孔春芳，吴冲龙，徐凯.基于多特征的城市用地高分辨率影像分类与提取[J].数据采集与处理，2009，22（3）：315-320

Kong Chunfang，Wu Chonglong，Xu Kai.Classification and extraction of urban land-use information from highresolution image based on multi-feature of objects[J].Journal of Data Acquisition ＆Processing，2009，22（3）：315-320（in Chinese）

[4]冯德俊，李永树，兰燕.基于主成分变换的动态监测变化信息自动发现[J].计算机工程与应用，2004，40（36）：199-202

Feng Dejun，Li Yongshu，Lan Yan.The automatic detection methods of changing information for dynamic monitoring by principal component transform[J].Computer Engineering and Applications，2004，40（36）：199-202（in Chinese）

[5]全国人民代表大会常务委员会.中华人民共和国城乡规划法[Z].北京：法律出版社，2008

The Standing Committee of the National People’s Congress.The urban-rural planning act of the People’s Republic of China[M].Beijing：Law Press，2008