基于高分辨率遙感影像的城市動態監測研究

■張志文

（遼寧省地理信息院　遼寧　沈陽　110034）

基于高分辨率遙感影像的城市動態監測研究

■張志文

（遼寧省地理信息院遼寧沈陽110034）

城市規劃動態監測是一個復雜、巨大、實時性強的系統工程。本研究利用區域高分辨率遙感影像，借助影像融合技術、影像解譯技術和空間分析技術，成功實現了對城市規劃實施中變化信息的提取，并結合規劃管理規則等數字技術對城市建設進行了初步監督管理。

遙感影像城市規劃動態監測

面對目前城市規劃建設中存在的若干問題：違法建設大量出現、城鄉結合部建設混亂、毀壞文物大拆大建、無規則擅自批建等，有必要采取一種實時有效的方式來加強城市規劃監管。遙感技術（RS）、地理信息系統（GIS）等信息技術在城市規劃領域的應用，為城市規劃中違法建設的監測與管理提供了一種高效的技術手段。

1　遙感影像技術

遙感技術是高效的信息采集手段，利用遙感技術獲取的遙感數據具有能取得大面積的綜合信息、能最準確地反映現狀信息、速度快等特點，正好適應了城市規劃發展趨勢的需要，成為目前獲取和更新城市信息的最好手段，遙感數據也因此成為城市地理信息的重要數據源。

1.1遙感影像的選擇目前商業化的主要遙感

目前商業化的主要遙感影像列表通過對幾種遙感衛星影像的比較，在遙感影像的輔助下進行城市規劃動態監管時，為了提高發現違法建設用地的效率和準確性，同時結合衛星遙感影像的分辨率和性價比，可采用高分辨率的IKONOS和QuickBird衛星遙感影像進行研究。

1.2遙感影像的處理

獲取了遙感衛星影像后，首先對影像進行糾正、配準和鑲嵌的處理，然后進行影像的融合和增強，為后續的變化信息提取做準備，

2　遙感影像變化圖斑的提取

變化圖斑的提取可分兩類：基于多時相遙感影像的變化信息提取和基于單時相遙感影像的變化信息提取。對于多時相遙感影像，當同一地物反映在前一時相影像上的信息與其反映在后一時相影像上的光譜信息一一對應時，作多時相影像融合，就能如實地顯示出地物的正確光譜屬性。但如果兩者信息表現為不一致時，那么融合后影像的光譜就表現得與正常地物有所差別，此時稱地物發生了光譜特征變異，這些地物可以通過影像判讀來勾繪出來，多時相遙感影像變化圖斑提取流程對于單時相遙感影像，主要是利用現有城市總體規劃、控制性詳細規劃、建設項目數據庫和高分辨率衛星遙感數據，實現城市用地變化信息的檢測與提取，從而達到監測城市違法建設的目標。

3　信息提取

3.1高分遙感路網提取

一般道路具有以下特征：（1）道路寬度變化不大，且變化緩慢；（2）道路方向改變較慢；（3）道路不太可能很短；（4）道路局部平均灰度變化較慢；（5）景物灰度變化較大。其中前3個條件為必要條件，后2個為附加條件，附加條件可提高道路提取的精度。根據以上特征選擇適合于長條狀地物特征的主動輪廓模型，該算法亦稱“蛇”模型。在某個掃描扇區內，n個追蹤方向相當于釋放n掃描蛇，每條蛇都擁有自己的m個蛇節（待考察的掃描剖面連線）；然后在每條蛇的蛇節上進行像元灰度、梯度等特征掃描，同時搜索滿足條件的梯度極值點對，當滿足k個時，則為該蛇記k個積分；最后選擇積分最大方向為下個搜索方向和起始位置，并重新搜索直至某條路段追蹤結束。

3.2高分遙感車輛提取

首先，影像中車輛與背景一般有明顯的梯度差異，因此采用增強梯度變化較大的區域，削弱梯度變化較小的區域，同時經過形態學膨脹與腐蝕處理，剔除車輛周圍的平滑道路和綠地等。圖像膨脹操作能獲取較好的亮目標邊緣，對于暗目標采用腐蝕操作則效果較好，故對測試影像目標邊緣檢測結果采用支持向量機作為分類器對特征進行分類。

4　信息數據應用城市群交通路網監測技術

（1）交通隊列狀態判別城市群交通特點是點多、線長、面廣，而目前通過十字路口視頻信息統計的瞬時交通隊列狀態數據宏觀性不足，且信息存儲占用空間大，城鄉偏僻區域數據缺失，核心城市間數據共享不足，導致對城市群范圍交通狀態進行評價時無數據支持。將高分辨率遙感影像車輛和道路信息引入后，可克服以上不足，還可以為重大節假日全區域交通狀態監測和緊急狀態下的交通疏導指揮提供信息?；诟叻直媛蔬b感影像的對交通隊列狀態判別的技術路線。由于目前道路提取還無法準確區分道路中心，而交通隊列是分車向進行的，因此采用道路寬度平均分配法，使用ENVI、ArcMap等工具將道路提取的矢量文件圖層進行人工分割。研究發現發生擁堵或緩行后，道路車輛表現為隊列狀態，對此，諸多學者將交通狀態的判別信息聚集到了基于高分遙感的隊列信息提取。針對前人應用邊緣提取、線形和寬度函數來建立車輛隊列模型的不足，作者提出交通密度法作為隊列判別依據，交通密度定義某條道路上車輛面積總和占單位面積的百分比。采用對一般道路隊列狀態下車輛占道面積統計評價值，計算不同隊列下的隊列交通密度k，作為隊列判別閾值。根據實際擁堵隊列表現經驗，車輛隊列長度小于20m，多數為紅綠燈等候。因此，采用計算機自動分塊法，將單方向矢量道路數據進行截斷劃分為n個20m長的隊列搜索塊，只需判斷計數的搜索塊，然后對搜索塊進行統計計數，即可得到全區域形成≥k的隊列長度及其分布。（2）新建住宅公交站點需求分析城市群的發展表現為城市融合、公交聯網，城市連接區域的住宅建設又關系融城的質量和進度。同時，在城市區域內由于中國行政管理體制“條”、“塊”化模式，公交站點布局與住建部門、規劃部門缺乏有效的信息共享，城市群范圍內此現象更為嚴重，導致諸多新建建筑小區公交站點建設“先住人后通車”，公交公司依靠居民投訴意見進行公交補點，滯后期短則0．5a，長則3a以上。由于交通站點對周邊商業經濟具有吸引作用，若不能及時調整公交站點，不僅導致居民出行困難，而且延緩周邊經濟發展和城市化進程。對此，提出對前后兩幅高分影像進行新建小區異常信息比對，確認新建小區面積和位置，粗略估計小區人口數量，按公交布局標準規范，以1km緩沖區搜索周邊公交線路，判斷是否滿足該小區公交需求，對不能滿足的小區用特殊標示標記，并將結果發送至公交規劃部門。

5　城市規劃動態監測系統的開發

城市規劃動態監測系統的開發使得遙感影像分析技術的運用更加靈活，其中各種規劃審批信息、批后監管、違法建設等數據庫的建立使得影像監測更加直觀、快捷，為城市規劃建設動態管理提供輔助決策。根據管理級別和范圍的不同，系統分為省級和市級兩個版本。省級版城市規劃動態監測系統體系結構。省級版實現不同時相遙感影像雙窗口對比判斷，提取發生變化圖斑，對城市遙感影像及各類規劃信息數據庫進行整合集成，建立城市遙感影像、變化圖斑信息和城市總體規劃等數據庫。圍繞變化圖斑,疊加各類數據庫信息進行比較分析，初步了解城市規劃中違法建設情況。市級版本具有省級版本一切功能，并在省級版本的基礎上加以細化。市級版的城市規劃動態監測系統由圖形信息查詢、數據管理與維護以及信息發布幾個部分組成。圖形信息查詢采用VB+MapObjects進行開發，實現各種圖形調用、數據綜合查詢、統計分析、指標計算等功能，達到各種空間數據查詢、瀏覽使用的目的。

6　結語

數據獲取是源頭，信息提取是關鍵，行業應用是驅動力。對此，本文所述方法基本打通了影像信息提取—行業應用的鏈路，有助于提高相關業務的科學化水平，是一種有益的探索和實踐。然而還存在諸多困難，如路網信息提取還需結合人工干預，高分遙感數據共享程度較低，行業應用尚在探索階段，其深度和廣度還需進一步挖掘和拓展。隨著高分辨率遙感影像數據的“平民化”，加大數據在交通行業應用的廣度和深度是今后交通工程領域各界關注的重點。

[1]王天鵬.遙感影像中道路的半自動提取研究 [D].解放軍信息工程大學碩士學位論文，2004.

[2]戴昌達，姜小光，堂伶俐.遙感圖像應用處理與分析 [M].北京，清華大學出版社. 2004年3月第1版

P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-9-351-1

孫亭亭（1992～），女，環境哲學專業，研究方向為生態文明。