基于高分辨率卫星影像的违章建筑监测及时空分析

胡卫 范龙龙 龙洋洲

摘    要  中国的城市化水平不断提高，与此同时，违章建筑也不断涌现，给城市监管带来了很大的难题。本文以长沙市城市建筑区为例，利用高分辨率卫星影像结合大比例尺地形图以及建筑规划定位图等多源数据，提取了两年来长沙市违章建筑图斑，并分析了违章建筑的时空发展规律，为城市监管提供了参考。

关键词  高分辨率卫星影像;违章建筑

中图分类号：P237                          文献标识码：A

Abstract： China's urbanization level has been continuously improved. At the same time， illegal constructions have emerged， which has brought great problems to urban supervision. This paper uses high-resolution satellite imagery combined with large-scale topographic maps and building planning maps to extract illegal construction map spots from Changsha in the past two years. Finally， analyzes the spatio-temporal development of illegal buildings wich can provides a reference for urban supervision.

Key words： high-resolution satellite imagery; illegal constructions

0   引言

改革开放以来，中国的城市化水平不断提高，城市边界不断扩张，省会城市程等级规模发展，长沙市作为中部省会，城市面积逐年稳步增长[1]。在城市化整体水平不断提高的背景下，违章建筑也不断涌现，给城市监管带来了很大的难题。高分辨率卫星影像具有成像范围广、时效性高、成本低等特点，在生态保护、农业监测、城市管理等方面发挥了积极的作用。城区发展以及监测是卫星影像在城市的重要应用领域，如李德仁、王密等人利用国产高分辨率卫星影像对北京市进行违章建筑监测，为北京市违法建筑清除提供了技术保障[3]。王快等对重庆市的绿地进行了监测和分析[4]。本文对长沙市主要城区进行了为期两年的疑似违章建筑图斑提取，并分析了图斑的空间聚集以及时序变化等情况。

1  数据来源

本文用到的数据包括长沙市大比例尺地形图、建筑规划定位图、高分辨率卫星影像、90米分辨率的DEM数据等。建筑规划定位图范围涵盖违章建筑监测区域。卫星影像由Pléiades卫星星座采集，该星座由Pléiades 1和Pléiades 2组成，经过论证，该影像质量满足项目需要[5，6]。其具体参数见表1：

每年进行三次监测，三次监测所用到的卫星影像的采集时间分别为当年的3月、7月及11月左右，具体的时间由于当时的天气等原因稍有浮动，浮动时间为一个月左右。

2  监测图斑提取及入库

进行违建图斑的提取需要对相邻两期的卫星影像进行对比，并结合定位图数据，对于上期影像是绿地等非房屋地块，而本期影像上为房屋地块的范围进行提取，具体流程如图1：

首先，需要对本期的影像进行精确的校正，校正过程包括：使用PCI Gematica软件利用卫星影像自带RPC数据和DEM数据进行校正，然后使用ARCGIS软件参考大比例尺地形图和外业实测控制点以及无人机航飞数据对影像添加控制点对局部细节进行校正。

疑似违建图斑的提取通过双屏联动目视解译的方法获取，左侧为往期影像，右侧为本期影像，鼠标位置在左右两屏的坐标位置一致。如果往期影像为非建筑用地，本期影像为建筑用地，或者建筑范围较往期有所扩大，建筑物形状、位置、大小等与定位图不符，则绘制该范围为疑似违建图斑。如果定位图所示建筑范围与影像现状一致，则不进行绘制。

针对内业提取得图斑，各城管分局将对本辖区内的图斑进行筛选剔除，剔除的图斑主要有以下两种：①建筑审批尚在进行中，定位图数据没有及时更新;②根据以往外业调查经验判定该图斑并非违章建筑。

图斑成果整理完成后，将对图斑进行自动编号。图斑数据以及对应的影像数据将在城管执法监督系统中进行更新，随时可供执法人员浏览查询。另外，将为其提供分街道的图斑打印图纸，用于外业的调查工作。

3  结果与分析

为了进一步挖掘违章建筑出现的区域以及三年来图斑的变化情况，接下来对三年以来提取的疑似违章建筑图斑进行统计和分析。

首先对各期的图斑数量进行统计，设201703期的图斑数量为1，其他期的图斑数量以201703期的图斑数量进行换算，结果如图2：

遵循行政區划限定、城区边界走向等原则，通过目视解译对长沙市进行建成区范围线提取[1，2]，然后提取每个图斑的中心点，然后以1km为半径对违章建筑图斑中心点进行密度分析[7]，结果如图3：

图中红线范围表示建成区，建成区分为河东、河西两部分，蓝线表示监测范围，绿色色块表示疑似违建图斑密度较小，而红色色块表示密度更大，a、b、c、d、e分别代表201703期（2017年3月与2016年12月对比）、201708期、201711期、201803期和201808期提取的疑似违建图斑，不同时期的密度分类数均为8类，以五期图斑密度的最大最小值为分类区间进行均匀分类。

根据图3可以发现图斑数量整体呈不断增长的态势，201803期略有下降是因为该期的监测间隔相比较其他期的间隔更短。建成区的图斑密度较其他地方更低，密度较高的地区在不同时期都表现出一定的一致性，即违建图斑最密集的區域集中在建成区周边的村镇聚集地以及建成区边界内凹处的城乡结合部。笔者认为，造成这些区域违章建筑密集的原因可能有如下几点：建成区周边由违建产生的价值较其他地区更高，而违建成本较低;由于执法人员欠缺，机构沟通等原因，这些地区违建执法力度较为乏力[8]。

使用多边形提取的方法将建成区范围内的违建图斑进行提取，再次进行密度分析，分类数为8，分类时以各期自身密度最大最小值为分类范围进行均匀分类。结果如图4：

根据图4可以看出，每期的图斑密度相对较高的区域均有所差异，但是某些区域的图斑密度在各期都表现出较高的数值，如图4中红线方框表示的范围。叠加影像对这些区域进行分析发现这些区域主要分布在各个规模较大的别墅区、建成区边缘的工厂仓库区及城市边缘正往外建设的城市扩张区，具体如图5所示。

4  结语

本文利用高分辨率卫星影像以及定位图数据等对长沙市进行了为期两年的疑似违章建筑图斑提取，并对这些图斑进行了分析。通过分析发现，图斑的密度随着时间呈现出增长的态势，另外，违章建筑在大面积别墅区、城市迅速扩张区以及大面积厂区较为密集。本文的研究结果可以为给市违章建筑监管提供参考，为执法工作指明重点区域。

参考文献/References

[1]张翰超，宁晓刚，王浩，邵振峰.基于高分辨率遥感影像的2000-2015年中国省会城市高精度扩张监测与分析[J/OL].地理学报：1-19[2018-12-13].

[2]宁晓刚，王浩，林祥国，等.京津冀城市群1990-2015年城区时空扩展监测与分析[J].测绘学报，2018，47（9）：1207-1215.

[3]李德仁，王密，胡芬.利用我国高分辨率卫星影像监测北京市违章建筑[J]. 科学通报， 2009， 54（3）：305.

[4]王快，徐元龙.重庆市城市绿地变化监测方法研究[J].中国城市林业，2017，15（05）：46-49.

[5]胡洋，习晓环，王成，肖勇.Pléiades卫星影像融合方法与质量评价[J].遥感技术与应用，2014，29（03）：476-481.

[6]杨志波，赵莹莹，王慧妮.Pléiades影像在城市建设用地变化监测中的应用[J].地理空间信息，2013，11（05）：18-20+10.

[7]杨乃，李洋，黄远林.美国GIS相关学术科研单位空间分布特征分析[J/OL].测绘科学：1-15[2018-12-23].

[8]李凌方，王冰.城中村居民违建行为的影响因素研究——基于湖北省L市调查数据的实证分析[J].华中科技大学学报（社会科学版），2018，32（06）：127-134.