衛片執法土地監測相關技術研究

林文金

（福建省測繪院，福建 福州 350001）

0.引言

我國土地資源總量多，但是人均占有量少，尤其是耕地少，耕地后備資源少。所以嚴守國家18億畝耕地紅線既是國家土地督察機構的神圣職責和艱巨任務，也是地方各級政府的神圣職責和艱巨任務。然而某些地方為了地方經濟的發展，在利益的驅使下，違法占用土地的現象屢禁不止。

為履行好“統一行使全民所有自然資源資產所有者職責，統一行使所有國土空間用途管制和生態保護修復職責”[1]，加大我國山、水、林、田、湖、草和海洋等自然資源調查、監測、監管力度[2，3]，利用先進的衛星遙感技術，代替傳統的巡邏、舉報等手段，主動、動態地監測違法用地，提高違法用地監測效率，加強土地執法檢查力度，落實對土地的保護。

衛片執法就是依據衛片對一個行政區域的土地利用和礦產資源勘查開采情況開展執法檢查。通過對衛片監測所反映土地利用情況發生變化的地塊和礦產資源勘查開采情況逐一進行檢查，掌握該行政區域的新增建設用地和礦產資源勘查開采情況，發現、制止并查處違法用地和違法勘查開采礦產資源行為。

1.技術路線

得益于我國遙感技術的飛速發展，使用衛星影像監測違法用地才得以實現。使用衛星影像監測違法用地的核心是衛星影像。充分利用資源系列和高分系列的中、高分辨率衛星遙感影像[4-6]，特殊情況下可以采用商用高分辨率衛星影像，由省自然資源廳統籌，以鄉、鎮為監測基本單元，以一定時間間隔為監測周期，輪流監測每個鄉鎮。

對搜集的衛星影像進行校正與勻色，并確定基底影像，以此為參照目標，對比前后時相的影像，參考相關資料，進行人機交互式對比分析，結合技術指標和變化區域甄別原則，提取疑似違法圖斑[7]。

提取的疑似違法圖斑以矢量形式附帶相關屬性錄入到數據庫[8]，疊加衛星影像與矢量數據，制作一圖斑一截圖。制作的圖斑截圖留底存檔，同時供外業核查使用。

疑似違法圖斑以離線的形式下發至各區、縣，由各區、縣核實圖斑實際情況并提供佐證材料，對確定違法了的圖斑進行處置。省自然資源廳調配相關技術人員抽查區、縣成果，根據實際情況更新疑似違法圖斑數據庫。將更新的數據庫作為下一輪監測的專題數據繼續進行監測。監測適當批次后，更換基底影像，繼續進行監測。相關技術路線（如圖1所示）：

圖1 技術路線

2.技術要點

利用衛星影像進行違法用地監測的目的是利用影像找出違法區域，首先應對獲取的衛星遙感影像、專題數據、歷史監測情況進行綜合分析，確定監測要素類別、監測范圍和鄉鎮個數。監測過程中比對前后時相影像，應該盡量減少疑似違法圖斑的遺漏，提高準確率，以達到最佳效果。衛片疊加專題數據（如圖2所示）：

圖2 衛片疊加專題數據

2.1 監測周期

首先應確定監測所使用的基底影像，基底影像應覆蓋全省，不同景影像時間間隔不應相差過大，盡量控制在一個月以內，優先使用高分辨率影像。每個監測周期若對所有鄉鎮均進行監測，需要耗費大量的人力、物力。同時自然資源部國土衛星遙感應用中心、國家高分對地觀測重大專項辦下發的國產資源系列和高分系列的中分辨率（2-2.5m）和高分辨率（優于1m）影像也不會每次都覆蓋全省，而且影像自身等因素的影響（例如，云量超標、偏移超限）也不支持每次均對所有鄉鎮進行監測。所以合理地監測周期可以起到節約成本，提高監測效率的作用。

每期監測不以特定鄉鎮為目標，而以獲取的影像所覆蓋的鄉鎮為目標，剔除云量超標、偏移超限的影像，根據下發的合格影像確定監測鄉鎮。本輪未監測的鄉鎮在后續監測過程中逐步覆蓋過去。

違法占用土地一般隨時間的變化逐漸增大，如果監測得過于頻繁，時間短變化小，難以發覺，也浪費資源，如果監測周期過大，就不能及時制止并處置違法，所以應當選擇合理地監測周期。本文按照以下原則進行監測：已完成監測的同一區域，亞米級高分影像超過30日再次覆蓋或中分辨率影像超過50日再次覆蓋才進行新一輪的監測。監測基底影像，每半年至一年更新一次。首次基底影像應根據實際情況與省自然資源廳具體要求來確定。以此建立“一月一監測、一月一報表、一月一報告”的監測機制。

2.2 目標獲取

衛片執法的核心是獲取疑似違法目標，主要方法是疊加前后時相影像、專題數據、上一輪監測成果，通過人機交互式對比分析，提取疑似違法用地圖斑。

圖斑提取前應搜集村一級的行政界線數據、土地利用年度變更調查數據、建設用地審批數據、三用地數據（宅基地、臨時用地、設施農用地審批或備案數據）、基本農田數據、礦權審批數據、各類違法處置數據等相關專題數據，標識或甄別排除專題數據范圍內的疑似違法圖斑，篩選出疑似違法目標。

篩選疑似違法用地圖斑通過對比同一區域在前后時相影像表現的不同紋理獲取[9]，對比采用像元波段差值與人工判讀的人機交互式方式進行。由于不同時相影像存在拍攝角度、氣候、陰影等因素的差異，用像元波段差值法在存在較多房屋的城鎮區域效果一般，在植被地區使用像元紅波段差值，可以得到很好的效果。植被地區紅波段差值效果（如圖3所示）：

圖3 植被地區紅波段差值

在城鎮區域使用像元波段差值法會產生很多噪聲區域，所以城鎮區域使用人工判讀的方式進行，通過卷簾兩期影像，提取疑似違法用地圖斑。前后期影像卷簾比對變化區域效果（如圖4所示）：

圖4 前后時相卷簾比對

考慮到現實環境與影像分辨率的因素，并非提取圖斑越細致越好。比如，單個集裝箱即使在0.5m分辨率的影像上也難以與板房區分。如果前后時相影像的“變化”區域即提取為疑似違法圖斑，那么將造成大量的誤提取，而且增大工作量。根據變化主體的不同設置合適地提取指標，可以有效避免這種類型的誤提取。圖斑提取指標（如表1所示）：

表1 圖斑提取指標

季節、氣候、太陽角度等因素在影像上呈現的不同紋理，可能造成疑似違法用地圖斑的誤提取：休耕期對比耕種期的水稻田在影像上體現出推填土紋理，如果按照疑似推填土違法圖斑提取，即為誤提取，設施農用地也易誤提取為構筑物，防火帶與線狀地物在影像上也難以區分。同時影像畸變、拍攝角度、曝光程度、勻光勻色等影像方面的因素也可能造成誤提取。根據幾類容易造成誤提取的類型，做成相應的甄別原則，以提高圖斑提取的準確率。

凡是合法審批的用地、用礦范圍內的變化圖斑都不提取，但是超出審批范圍或者在審批范圍外新增的疑似違法圖斑且達到提取指標的應當提取；部下發（含上一期）的衛片執法圖斑范圍內的變化區域可以不用提取，如果新增擴大且達到上圖指標的疑似違法圖斑需進行提取；若上一期已經采集的推填土圖斑且已錄入圖斑庫，本次監測時推填土上有新的構筑物，需進行采集，“建設用地”審批范圍外的推填土或者構筑物擴建且達到上圖指標的需進行提取；逆向變化區域可以不提取，比如，房屋拆除；山區新增推填土可確定為季節輪種、樹木砍伐、災害滑坡等變化區域可以不提取。

2.3 成果輸出

得到的疑似違法用地圖斑還需要有一定的屬性信息。根據圖斑區域將提取的疑似違法用地圖斑分為3類：土地、礦產、海洋；根據土地的性質將圖斑細分為4類：建（構）筑物、線型地物、推填土、非糧化；根據圖斑所屬鄉鎮對圖斑編號，編號在鄉鎮行政區劃代碼基礎上順序編寫，按照圖斑幾何中心由西向東、由北向南編號，圖斑編號必須為唯一值，不可重復。同時根據參考資料，記錄圖斑的市縣鎮村、面積、經緯度、前后時相影像名稱、監測批次等屬性信息。疑似違法圖斑屬性表（如表2所示）：

表2 疑似違法圖斑屬性表

根據屬性信息（如圖5所示）制作一圖斑一截圖，同一圖斑制作前后時相兩張截圖（如圖6所示）。截圖附帶圖斑信息，方便實地核查使用。下發圖斑后根據區、縣反饋的結果，選取適當比例的圖斑進行實地核查，防止有弄虛作假的現象出現。

圖5 圖斑屬性信息

圖6 圖斑前后時相截圖

根據反饋結果制作疑似違法圖斑監測月報告，包括當月的監測概況（使用遙感影像、專題資料、監測范圍等）、監測成果分布與變化情況（各縣市分布統計及變化）、監測成果分析（監測成果占用基本農田與耕地情況、疑似耕地上新增住房情況、重復監測區域圖斑變化情況），以及各地級市疑似違法圖斑成果統計情況。

3.結束語

傳統的土地執法主要采用巡邏、舉報的方式獲取疑似目標，這種方式效果不夠理想。利用衛星遙感影像監測違法占用土地，主動、動態地獲取疑似目標，可以提高違法用地監測效率，加強土地執法檢查力度，落實對土地的保護。以此為基礎可以將衛片執法應用到違法用海、違法用礦等相關領域，同時也可以細化監測方向，將衛片執法應用到各種專題監測，相信也會得到不錯的效果。隨著我國遙感技術的發展，相信在不久的將來，可以更加高頻、便捷地獲取更高分辨率的衛星影像，配合日益成熟的人工智能技術，衛片執法土地監測將會有進一步地突破。