基于空天地協同的福清市“兩違”變化監測

王 力

(福建省國土測繪院,福建 廈門 361000)

0 引言

在城鄉發展建設中,違法用地和違章建筑屢禁不止,不僅帶來了嚴重的安全和環境問題,而且破壞了法治尊嚴和損害了政府公信力[1]。中央城市工作會議后,明確要求各地“做到全面清查、處理并堅決遏制新增違法建設”,而準確和及時地掌握“兩違”實體信息是管理執法的前提和依據。目前,3S技術融合計算機技術在“兩違”方面已得到廣泛應用[2-4],并取得了大量的研究成果,形成了一套成熟的理論方法,開發了許多實用系統,積累了豐富的實踐經驗。顯然,技術已不是完全制約“兩違”監控的主要因素。鑒于“兩違”實體具有“建設周期短、隱蔽性強、面寬量大”等特點,協同發揮各技術優勢是實現“兩違”監控的有效途徑。福清市啟動“兩違”專項整治工作已有6年,適時梳理方案,分析成果,進一步探討優化實施策略,讓技術手段貼合管理流程,做到精準賦能,特別是推進中小城市“兩違”項目建設,強化國土空間規劃管理,助力鄉村振興等均具有重要的現實意義。

1 研究區概況

福清,縣級市,現下轄7個街道、17個鄉鎮以及2個國有農場,為中國縣域經濟百強縣之一,經濟活躍。在《福州市國土空間總體規劃(2021-2035年)》中,明確被定位為市域副中心城市;同時,隨著《福州市都市圈規劃》的批復,福清區位優勢日益凸顯,加強國土空間規劃管控愈發重要。本次監測范圍為福清陸域部分,面積約1 835 km2(見圖1)。

圖1 項目范圍及建成區重點監測區域Fig.1 Project scope and major monitoring areas in built-up area

2 空天地協同監測實踐

針對項目范圍廣、工期緊的特點,以高分辨率衛星遙感影像為主,航空遙感為輔的方式,獲取市陸域監測影像;同時結合項目需求,利用低空無人機對重點區域進行高頻監測;基于GIS平臺,按照所制定標準,以人工解譯為主,采集“兩違”疑似圖斑,并建立“兩違”數據庫;制作“兩違”疑似圖斑空間信息索引圖及表格,以村為單位巡檢,補充完善“兩違”相關信息,形成“分發—反饋—確認”工作流程上的閉環;建設“兩違”信息管理系統平臺。項目流程如圖2所示。

圖2 項目流程圖Fig.2 Project flow chart

2.1 工作底圖制作

以6月和12月為時段開展一年兩次“兩違”監測。由于衛星遙感受云層、霧霾、天氣影響較大,以及重點區域監測的需要,協同利用多源影像制作工作底圖(如圖3),以完全覆蓋監測區域。其中,衛星和航空遙感影像分辨率優于0.5 m(含),而無人機航拍影像分辨率按需設置。多源數字正射影像生產中[5-7],影像鑲嵌處理時,需保持構筑物完整度,并做勻光勻色,保證幅面清晰、自然,便于“兩違”疑似圖斑的發現與采集。

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

2.2 重點區域監測

建成區、規劃開發區是重點監測區域。同時,基于已采集“兩違”圖斑進行密度分析(見圖4),預測“兩違”圖斑增長明顯的區域,增加監測頻次,避免“跟風心理成氣候”[8],及時遏制該區域“兩違”上升趨勢。在影像的采用上,建成區仍以高分辨率衛星遙感影像為主;而規劃區、“增長區”等小范圍,主要采用低空無人機航拍。

圖4 “兩違”疑似圖斑空間分布密度分析示意圖Fig.4 Sketch of spatial density analysis for suspected “two violations” map spots

2.3 采集標準制定

“兩違”疑似圖斑的發現,主要以人工判斷為主,因此為統一作業方法,減少作業員認知差異,編制了圖斑采集作業指導書。根據本地化管理要求,把構筑物的建設狀態分為3類,分別是基礎、在建和建成?；谙噜弮善谟跋駥Ρ?構建物狀態又可分為2類共9種情形,其中“新建型”如空地-基礎、空地-在建、空地-建成、基礎-在建、基礎-建成、在建-建成;“翻建型”如建成-建成、建成-在建、建成-基礎。原則上“變化即提取”,做到不遺漏。

2.4 數據庫建設

基于GIS平臺,建立“兩違”數據庫,包含3個子庫：基礎地理信息庫用于存儲空間位置信息,如行政區界線、POI等,便于圖斑定位;疑似圖斑庫用于存儲采集的“兩違”疑似圖斑數據;規劃管控信息庫體現管控界線,如規劃區范圍、村莊管控邊界線等,便于快速了解規劃管控區域“兩違”狀況。

2.5 人工巡檢確認

以村為單位,制作“兩違”疑似圖斑索引圖(如圖5)及核查表格(如表1),并分發至各村。通過人工巡檢、拍照,確認圖斑實際情況并反饋給技術員,以進一步完善“兩違”疑似圖斑數據基礎庫。

表1 XX村“兩違”疑似圖斑核查表

圖5 圖斑空間位置索引圖示意Fig.5 Index map for spatial location of map spots

2.6 信息管理平臺建設

基于.NET平臺、jQuery框架及EasyUI用戶界面,采用ArcServer和ArcEngine二次開發“兩違”信息管理平臺,并通過IIS服務器發布。平臺(見圖6)主要功能模塊有多源影像數據展示與管理、圖斑定位查詢、圖斑統計匯總、“兩違”案件派發、核查信息錄入以及標準文檔輸出等。

圖6 “兩違”信息管理平臺Fig.6 Platform of “two violations”information management

3 結果分析

較傳統“兩違”人工巡檢,本項目提高了“兩違”信息化管理水平。在獲取數據源方面,協同多平臺遙感,形成了多源多時相影像數據體系,保障了數據的全覆蓋和延續性,構建了“兩違”長效監測機制的基礎,尤其對于管控、遏制高頻“兩違”區域起著關鍵性基礎數據支撐作用;在圖斑提取方面,通過統一作業標準,保證數據采集的標準化,減少了差錯率;通過建立人工巡檢反饋機制,進一步提高了數據的有效性和完整性;利用“兩違”信息管理平臺,使業務流程化,實現“兩違”案件的信息化管理,提高了辦公效率。從成果類型看,“兩違”形式呈現多樣化,主要表現有違搭、超限(面積、層數等)、違占、違建等。從多年成果數據對比看,在高壓、精準治違態勢下,“兩違”圖斑數量呈逐年下降趨勢;但同時多年結果也表明“兩違”現象并未完全消滅,每年均有不同程度的違法案件。

可見,城鄉“兩違”監測是一項“復雜、長期、系統”的項目工程,任重道遠。新形勢下,面對精準賦能的現實管理需求,建立一種合理的空天地協同的“兩違”常態化監測機制,特別是中小型城市(尤其是起步晚的縣市級)構建長效控違機制的內在要求。因此,有必要對“兩違”監測實施過程中存在的問題進行探討及優化策略,以進一步提高項目實施的長效性。

4 存在問題及討論

4.1 影像體系方面

實踐表明,單平臺單時相低頻次的遙感監測不足以保障“兩違”信息獲取的時效性,而多平臺遙感影像數據體系的建立是有效的但成本高,特別是大范圍的無人機航拍和航空遙感,耗費更大。研究表明,高分辨衛星遙感影像足以反映違法圖斑輪廓[9]。實質上,影像作為工作底圖,更多是為了索引“兩違”疑似圖斑的空間位置,因此在構建多源影像體系上選擇以多源多時相衛星遙感為主,無人機航拍和航空遙感為輔即可。另外,在保障時效性的情況下,通過調整實施計劃,可以充分利用國土衛片執法、耕地監測、年度變更等影像資源,進一步減少影像源成本。

4.2 變化檢測方面

項目主要是以人工目視解譯完成“兩違”疑似圖斑的提取,雖然精準,但耗時耗力。實際上,遙感影像地理空間變化檢測與更新技術有很多成功實踐[10]。項目有嘗試引入自動檢測技術,如通過密度分析,篩選出重點監測區域;通過DSM變化,提取部分圖斑,但這些方法仍需人工進一步核實,精準度不足。因此,在遙感影像變化檢測技術上需要更進一步研究,訓練更多樣本,以提高本地化檢測精度,輔助圖斑采集。另外,要充分利用往期已采集的“兩違”圖斑庫,通過剔除重復性圖斑,減輕作業員和巡檢員工作量。

4.3 管理平臺方面

目前,多數地方采用獨立開發“兩違”信息管理平臺,實現了“兩違”案件信息化,提升了管理效率[11]。但在項目推廣過程中,項目組也遇到了一些困難,如分散的基礎資料需重新收集整合、基層因不習慣比較抵觸新平臺使用、因相關數據涉密性需重新改造網絡硬件等。實際上,各地政府已開發國土空間監測“一張圖”、“多規合一”等管理平臺,數據共享度高且應用廣泛,因此可通過在已有平臺上增加“兩違”模塊,從而實現“兩違”信息化管理,在減少重復性系統開發的同時,也減輕了基層工作人員多平臺切換的使用負擔。

4.4 檔案管理方面

通常,基于影像采集的“兩違”圖斑屬性信息只包含空間信息和規劃管控信息,相關信息不完善;同時由于現實條件下,“兩違”案件又無法做到“發現即處置”,因此建立“兩違”檔案式管理顯得十分必要,也是日后處置的溯源依據。因此,一方面,在確認為“兩違”的基礎上,調查與完善“兩違”的基本信息,包括戶主、身份證信息、聯系方式、占地面積、建設結構、用地類型等,形成“一案一檔”;另一方面,為加快處置進度,可對形成的檔案進一步分類,如“長高長胖”型、“無中生有”型以及“加蓋簡易”型等,為分析區域“兩違”情況及其處置方案提供更加準確信息。

5 結論

本文基于福清市歷年“兩違”項目實踐經驗,剖析了“兩違”監測管理全過程,總結存在的問題并得出以下結論：

1)隨著社會經濟發展,人地矛盾愈發凸顯,“兩違”形勢也將愈發嚴峻;

2)在采用日趨先進技術的同時,應綜合考慮技術、成本和本地化需求三者之間關系,做到精準賦能,是中小城市實施“兩違”項目和建立長效控違機制的重要內在驅動力;

3)新形勢下,“兩違”項目實踐優化及節約性是“兩違”監控研究的重要方向之一。