卫片执法土地监测相关技术研究

林文金

（福建省测绘院，福建 福州 350001）

0.引言

我国土地资源总量多，但是人均占有量少，尤其是耕地少，耕地后备资源少。所以严守国家18亿亩耕地红线既是国家土地督察机构的神圣职责和艰巨任务，也是地方各级政府的神圣职责和艰巨任务。然而某些地方为了地方经济的发展，在利益的驱使下，违法占用土地的现象屡禁不止。

为履行好“统一行使全民所有自然资源资产所有者职责，统一行使所有国土空间用途管制和生态保护修复职责”[1]，加大我国山、水、林、田、湖、草和海洋等自然资源调查、监测、监管力度[2，3]，利用先进的卫星遥感技术，代替传统的巡逻、举报等手段，主动、动态地监测违法用地，提高违法用地监测效率，加强土地执法检查力度，落实对土地的保护。

卫片执法就是依据卫片对一个行政区域的土地利用和矿产资源勘查开采情况开展执法检查。通过对卫片监测所反映土地利用情况发生变化的地块和矿产资源勘查开采情况逐一进行检查，掌握该行政区域的新增建设用地和矿产资源勘查开采情况，发现、制止并查处违法用地和违法勘查开采矿产资源行为。

1.技术路线

得益于我国遥感技术的飞速发展，使用卫星影像监测违法用地才得以实现。使用卫星影像监测违法用地的核心是卫星影像。充分利用资源系列和高分系列的中、高分辨率卫星遥感影像[4-6]，特殊情况下可以采用商用高分辨率卫星影像，由省自然资源厅统筹，以乡、镇为监测基本单元，以一定时间间隔为监测周期，轮流监测每个乡镇。

对搜集的卫星影像进行校正与匀色，并确定基底影像，以此为参照目标，对比前后时相的影像，参考相关资料，进行人机交互式对比分析，结合技术指标和变化区域甄别原则，提取疑似违法图斑[7]。

提取的疑似违法图斑以矢量形式附带相关属性录入到数据库[8]，叠加卫星影像与矢量数据，制作一图斑一截图。制作的图斑截图留底存档，同时供外业核查使用。

疑似违法图斑以离线的形式下发至各区、县，由各区、县核实图斑实际情况并提供佐证材料，对确定违法了的图斑进行处置。省自然资源厅调配相关技术人员抽查区、县成果，根据实际情况更新疑似违法图斑数据库。将更新的数据库作为下一轮监测的专题数据继续进行监测。监测适当批次后，更换基底影像，继续进行监测。相关技术路线（如图1所示）：

图1 技术路线

2.技术要点

利用卫星影像进行违法用地监测的目的是利用影像找出违法区域，首先应对获取的卫星遥感影像、专题数据、历史监测情况进行综合分析，确定监测要素类别、监测范围和乡镇个数。监测过程中比对前后时相影像，应该尽量减少疑似违法图斑的遗漏，提高准确率，以达到最佳效果。卫片叠加专题数据（如图2所示）：

图2 卫片叠加专题数据

2.1 监测周期

首先应确定监测所使用的基底影像，基底影像应覆盖全省，不同景影像时间间隔不应相差过大，尽量控制在一个月以内，优先使用高分辨率影像。每个监测周期若对所有乡镇均进行监测，需要耗费大量的人力、物力。同时自然资源部国土卫星遥感应用中心、国家高分对地观测重大专项办下发的国产资源系列和高分系列的中分辨率（2-2.5m）和高分辨率（优于1m）影像也不会每次都覆盖全省，而且影像自身等因素的影响（例如，云量超标、偏移超限）也不支持每次均对所有乡镇进行监测。所以合理地监测周期可以起到节约成本，提高监测效率的作用。

每期监测不以特定乡镇为目标，而以获取的影像所覆盖的乡镇为目标，剔除云量超标、偏移超限的影像，根据下发的合格影像确定监测乡镇。本轮未监测的乡镇在后续监测过程中逐步覆盖过去。

违法占用土地一般随时间的变化逐渐增大，如果监测得过于频繁，时间短变化小，难以发觉，也浪费资源，如果监测周期过大，就不能及时制止并处置违法，所以应当选择合理地监测周期。本文按照以下原则进行监测：已完成监测的同一区域，亚米级高分影像超过30日再次覆盖或中分辨率影像超过50日再次覆盖才进行新一轮的监测。监测基底影像，每半年至一年更新一次。首次基底影像应根据实际情况与省自然资源厅具体要求来确定。以此建立“一月一监测、一月一报表、一月一报告”的监测机制。

2.2 目标获取

卫片执法的核心是获取疑似违法目标，主要方法是叠加前后时相影像、专题数据、上一轮监测成果，通过人机交互式对比分析，提取疑似违法用地图斑。

图斑提取前应搜集村一级的行政界线数据、土地利用年度变更调查数据、建设用地审批数据、三用地数据（宅基地、临时用地、设施农用地审批或备案数据）、基本农田数据、矿权审批数据、各类违法处置数据等相关专题数据，标识或甄别排除专题数据范围内的疑似违法图斑，筛选出疑似违法目标。

筛选疑似违法用地图斑通过对比同一区域在前后时相影像表现的不同纹理获取[9]，对比采用像元波段差值与人工判读的人机交互式方式进行。由于不同时相影像存在拍摄角度、气候、阴影等因素的差异，用像元波段差值法在存在较多房屋的城镇区域效果一般，在植被地区使用像元红波段差值，可以得到很好的效果。植被地区红波段差值效果（如图3所示）：

图3 植被地区红波段差值

在城镇区域使用像元波段差值法会产生很多噪声区域，所以城镇区域使用人工判读的方式进行，通过卷帘两期影像，提取疑似违法用地图斑。前后期影像卷帘比对变化区域效果（如图4所示）：

图4 前后时相卷帘比对

考虑到现实环境与影像分辨率的因素，并非提取图斑越细致越好。比如，单个集装箱即使在0.5m分辨率的影像上也难以与板房区分。如果前后时相影像的“变化”区域即提取为疑似违法图斑，那么将造成大量的误提取，而且增大工作量。根据变化主体的不同设置合适地提取指标，可以有效避免这种类型的误提取。图斑提取指标（如表1所示）：

表1 图斑提取指标

季节、气候、太阳角度等因素在影像上呈现的不同纹理，可能造成疑似违法用地图斑的误提取：休耕期对比耕种期的水稻田在影像上体现出推填土纹理，如果按照疑似推填土违法图斑提取，即为误提取，设施农用地也易误提取为构筑物，防火带与线状地物在影像上也难以区分。同时影像畸变、拍摄角度、曝光程度、匀光匀色等影像方面的因素也可能造成误提取。根据几类容易造成误提取的类型，做成相应的甄别原则，以提高图斑提取的准确率。

凡是合法审批的用地、用矿范围内的变化图斑都不提取，但是超出审批范围或者在审批范围外新增的疑似违法图斑且达到提取指标的应当提取；部下发（含上一期）的卫片执法图斑范围内的变化区域可以不用提取，如果新增扩大且达到上图指标的疑似违法图斑需进行提取；若上一期已经采集的推填土图斑且已录入图斑库，本次监测时推填土上有新的构筑物，需进行采集，“建设用地”审批范围外的推填土或者构筑物扩建且达到上图指标的需进行提取；逆向变化区域可以不提取，比如，房屋拆除；山区新增推填土可确定为季节轮种、树木砍伐、灾害滑坡等变化区域可以不提取。

2.3 成果输出

得到的疑似违法用地图斑还需要有一定的属性信息。根据图斑区域将提取的疑似违法用地图斑分为3类：土地、矿产、海洋；根据土地的性质将图斑细分为4类：建（构）筑物、线型地物、推填土、非粮化；根据图斑所属乡镇对图斑编号，编号在乡镇行政区划代码基础上顺序编写，按照图斑几何中心由西向东、由北向南编号，图斑编号必须为唯一值，不可重复。同时根据参考资料，记录图斑的市县镇村、面积、经纬度、前后时相影像名称、监测批次等属性信息。疑似违法图斑属性表（如表2所示）：

表2 疑似违法图斑属性表

根据属性信息（如图5所示）制作一图斑一截图，同一图斑制作前后时相两张截图（如图6所示）。截图附带图斑信息，方便实地核查使用。下发图斑后根据区、县反馈的结果，选取适当比例的图斑进行实地核查，防止有弄虚作假的现象出现。

图5 图斑属性信息

图6 图斑前后时相截图

根据反馈结果制作疑似违法图斑监测月报告，包括当月的监测概况（使用遥感影像、专题资料、监测范围等）、监测成果分布与变化情况（各县市分布统计及变化）、监测成果分析（监测成果占用基本农田与耕地情况、疑似耕地上新增住房情况、重复监测区域图斑变化情况），以及各地级市疑似违法图斑成果统计情况。

3.结束语

传统的土地执法主要采用巡逻、举报的方式获取疑似目标，这种方式效果不够理想。利用卫星遥感影像监测违法占用土地，主动、动态地获取疑似目标，可以提高违法用地监测效率，加强土地执法检查力度，落实对土地的保护。以此为基础可以将卫片执法应用到违法用海、违法用矿等相关领域，同时也可以细化监测方向，将卫片执法应用到各种专题监测，相信也会得到不错的效果。随着我国遥感技术的发展，相信在不久的将来，可以更加高频、便捷地获取更高分辨率的卫星影像，配合日益成熟的人工智能技术，卫片执法土地监测将会有进一步地突破。