基于空天地协同的福清市“两违”变化监测

王 力

(福建省国土测绘院,福建 厦门 361000)

0 引言

在城乡发展建设中,违法用地和违章建筑屡禁不止,不仅带来了严重的安全和环境问题,而且破坏了法治尊严和损害了政府公信力[1]。中央城市工作会议后,明确要求各地“做到全面清查、处理并坚决遏制新增违法建设”,而准确和及时地掌握“两违”实体信息是管理执法的前提和依据。目前,3S技术融合计算机技术在“两违”方面已得到广泛应用[2-4],并取得了大量的研究成果,形成了一套成熟的理论方法,开发了许多实用系统,积累了丰富的实践经验。显然,技术已不是完全制约“两违”监控的主要因素。鉴于“两违”实体具有“建设周期短、隐蔽性强、面宽量大”等特点,协同发挥各技术优势是实现“两违”监控的有效途径。福清市启动“两违”专项整治工作已有6年,适时梳理方案,分析成果,进一步探讨优化实施策略,让技术手段贴合管理流程,做到精准赋能,特别是推进中小城市“两违”项目建设,强化国土空间规划管理,助力乡村振兴等均具有重要的现实意义。

1 研究区概况

福清,县级市,现下辖7个街道、17个乡镇以及2个国有农场,为中国县域经济百强县之一,经济活跃。在《福州市国土空间总体规划(2021-2035年)》中,明确被定位为市域副中心城市;同时,随着《福州市都市圈规划》的批复,福清区位优势日益凸显,加强国土空间规划管控愈发重要。本次监测范围为福清陆域部分,面积约1 835 km2(见图1)。

图1 项目范围及建成区重点监测区域Fig.1 Project scope and major monitoring areas in built-up area

2 空天地协同监测实践

针对项目范围广、工期紧的特点,以高分辨率卫星遥感影像为主,航空遥感为辅的方式,获取市陆域监测影像;同时结合项目需求,利用低空无人机对重点区域进行高频监测;基于GIS平台,按照所制定标准,以人工解译为主,采集“两违”疑似图斑,并建立“两违”数据库;制作“两违”疑似图斑空间信息索引图及表格,以村为单位巡检,补充完善“两违”相关信息,形成“分发—反馈—确认”工作流程上的闭环;建设“两违”信息管理系统平台。项目流程如图2所示。

图2 项目流程图Fig.2 Project flow chart

2.1 工作底图制作

以6月和12月为时段开展一年两次“两违”监测。由于卫星遥感受云层、雾霾、天气影响较大,以及重点区域监测的需要,协同利用多源影像制作工作底图(如图3),以完全覆盖监测区域。其中,卫星和航空遥感影像分辨率优于0.5 m(含),而无人机航拍影像分辨率按需设置。多源数字正射影像生产中[5-7],影像镶嵌处理时,需保持构筑物完整度,并做匀光匀色,保证幅面清晰、自然,便于“两违”疑似图斑的发现与采集。

图3 多源影像制作工作底图Fig.3 Work base map created by using multi-source images

2.2 重点区域监测

建成区、规划开发区是重点监测区域。同时,基于已采集“两违”图斑进行密度分析(见图4),预测“两违”图斑增长明显的区域,增加监测频次,避免“跟风心理成气候”[8],及时遏制该区域“两违”上升趋势。在影像的采用上,建成区仍以高分辨率卫星遥感影像为主;而规划区、“增长区”等小范围,主要采用低空无人机航拍。

图4 “两违”疑似图斑空间分布密度分析示意图Fig.4 Sketch of spatial density analysis for suspected “two violations” map spots

2.3 采集标准制定

“两违”疑似图斑的发现,主要以人工判断为主,因此为统一作业方法,减少作业员认知差异,编制了图斑采集作业指导书。根据本地化管理要求,把构筑物的建设状态分为3类,分别是基础、在建和建成。基于相邻两期影像对比,构建物状态又可分为2类共9种情形,其中“新建型”如空地-基础、空地-在建、空地-建成、基础-在建、基础-建成、在建-建成;“翻建型”如建成-建成、建成-在建、建成-基础。原则上“变化即提取”,做到不遗漏。

2.4 数据库建设

基于GIS平台,建立“两违”数据库,包含3个子库：基础地理信息库用于存储空间位置信息,如行政区界线、POI等,便于图斑定位;疑似图斑库用于存储采集的“两违”疑似图斑数据;规划管控信息库体现管控界线,如规划区范围、村庄管控边界线等,便于快速了解规划管控区域“两违”状况。

2.5 人工巡检确认

以村为单位,制作“两违”疑似图斑索引图(如图5)及核查表格(如表1),并分发至各村。通过人工巡检、拍照,确认图斑实际情况并反馈给技术员,以进一步完善“两违”疑似图斑数据基础库。

表1 XX村“两违”疑似图斑核查表

图5 图斑空间位置索引图示意Fig.5 Index map for spatial location of map spots

2.6 信息管理平台建设

基于.NET平台、jQuery框架及EasyUI用户界面,采用ArcServer和ArcEngine二次开发“两违”信息管理平台,并通过IIS服务器发布。平台(见图6)主要功能模块有多源影像数据展示与管理、图斑定位查询、图斑统计汇总、“两违”案件派发、核查信息录入以及标准文档输出等。

图6 “两违”信息管理平台Fig.6 Platform of “two violations”information management

3 结果分析

较传统“两违”人工巡检,本项目提高了“两违”信息化管理水平。在获取数据源方面,协同多平台遥感,形成了多源多时相影像数据体系,保障了数据的全覆盖和延续性,构建了“两违”长效监测机制的基础,尤其对于管控、遏制高频“两违”区域起着关键性基础数据支撑作用;在图斑提取方面,通过统一作业标准,保证数据采集的标准化,减少了差错率;通过建立人工巡检反馈机制,进一步提高了数据的有效性和完整性;利用“两违”信息管理平台,使业务流程化,实现“两违”案件的信息化管理,提高了办公效率。从成果类型看,“两违”形式呈现多样化,主要表现有违搭、超限(面积、层数等)、违占、违建等。从多年成果数据对比看,在高压、精准治违态势下,“两违”图斑数量呈逐年下降趋势;但同时多年结果也表明“两违”现象并未完全消灭,每年均有不同程度的违法案件。

可见,城乡“两违”监测是一项“复杂、长期、系统”的项目工程,任重道远。新形势下,面对精准赋能的现实管理需求,建立一种合理的空天地协同的“两违”常态化监测机制,特别是中小型城市(尤其是起步晚的县市级)构建长效控违机制的内在要求。因此,有必要对“两违”监测实施过程中存在的问题进行探讨及优化策略,以进一步提高项目实施的长效性。

4 存在问题及讨论

4.1 影像体系方面

实践表明,单平台单时相低频次的遥感监测不足以保障“两违”信息获取的时效性,而多平台遥感影像数据体系的建立是有效的但成本高,特别是大范围的无人机航拍和航空遥感,耗费更大。研究表明,高分辨卫星遥感影像足以反映违法图斑轮廓[9]。实质上,影像作为工作底图,更多是为了索引“两违”疑似图斑的空间位置,因此在构建多源影像体系上选择以多源多时相卫星遥感为主,无人机航拍和航空遥感为辅即可。另外,在保障时效性的情况下,通过调整实施计划,可以充分利用国土卫片执法、耕地监测、年度变更等影像资源,进一步减少影像源成本。

4.2 变化检测方面

项目主要是以人工目视解译完成“两违”疑似图斑的提取,虽然精准,但耗时耗力。实际上,遥感影像地理空间变化检测与更新技术有很多成功实践[10]。项目有尝试引入自动检测技术,如通过密度分析,筛选出重点监测区域;通过DSM变化,提取部分图斑,但这些方法仍需人工进一步核实,精准度不足。因此,在遥感影像变化检测技术上需要更进一步研究,训练更多样本,以提高本地化检测精度,辅助图斑采集。另外,要充分利用往期已采集的“两违”图斑库,通过剔除重复性图斑,减轻作业员和巡检员工作量。

4.3 管理平台方面

目前,多数地方采用独立开发“两违”信息管理平台,实现了“两违”案件信息化,提升了管理效率[11]。但在项目推广过程中,项目组也遇到了一些困难,如分散的基础资料需重新收集整合、基层因不习惯比较抵触新平台使用、因相关数据涉密性需重新改造网络硬件等。实际上,各地政府已开发国土空间监测“一张图”、“多规合一”等管理平台,数据共享度高且应用广泛,因此可通过在已有平台上增加“两违”模块,从而实现“两违”信息化管理,在减少重复性系统开发的同时,也减轻了基层工作人员多平台切换的使用负担。

4.4 档案管理方面

通常,基于影像采集的“两违”图斑属性信息只包含空间信息和规划管控信息,相关信息不完善;同时由于现实条件下,“两违”案件又无法做到“发现即处置”,因此建立“两违”档案式管理显得十分必要,也是日后处置的溯源依据。因此,一方面,在确认为“两违”的基础上,调查与完善“两违”的基本信息,包括户主、身份证信息、联系方式、占地面积、建设结构、用地类型等,形成“一案一档”;另一方面,为加快处置进度,可对形成的档案进一步分类,如“长高长胖”型、“无中生有”型以及“加盖简易”型等,为分析区域“两违”情况及其处置方案提供更加准确信息。

5 结论

本文基于福清市历年“两违”项目实践经验,剖析了“两违”监测管理全过程,总结存在的问题并得出以下结论：

1)随着社会经济发展,人地矛盾愈发凸显,“两违”形势也将愈发严峻;

2)在采用日趋先进技术的同时,应综合考虑技术、成本和本地化需求三者之间关系,做到精准赋能,是中小城市实施“两违”项目和建立长效控违机制的重要内在驱动力;

3)新形势下,“两违”项目实践优化及节约性是“两违”监控研究的重要方向之一。