發布時間：2020-05-09所屬分類：管理論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:針對城市管理中違章建筑的監測管理難題，本文設計研發了基于GIS與遙感影像的違建智能分析系統。通過不同時期城市定點區域遙感數據的對比分析，同時結合GIS的城市地理空間分析計算與綜合處理能力，實現了違章建筑的持續變化監測和查詢，可為城市管理部門
摘要:針對城市管理中違章建筑的監測管理難題，本文設計研發了基于GIS與遙感影像的違建智能分析系統。通過不同時期城市定點區域遙感數據的對比分析，同時結合GIS的城市地理空間分析計算與綜合處理能力，實現了違章建筑的持續變化監測和查詢，可為城市管理部門提供決策支撐。
關鍵詞:城市管理;違章監測;GIS分析
0引言
隨著國家城鎮化進程的加快，城市作為政治、經濟和文化的中心，在國民經濟和社會發展中發揮著重要的作用[1]。在城市規模不斷擴張的過程中，土地管理漏洞逐漸凸顯，各式各樣的違法、違章設施層出不窮，違法搶建、違法插建的行為屢禁不止。違章建筑最大的特征是它的存在或始建過程的違法、違規和違章，界定標準主要包括3個方面的內容:規模、時間以及地域上的范圍界定[2]。違章建筑侵占公共資源，損害了公民利益，制約著城市經濟發展和社會進步，是阻礙城市發展的桎梏。常規手段主要依靠市民舉報和人工巡查發現，確認過程還要與城市規劃部門進行溝通，往來的信息發聵機制致使拆違工作暴露種種問題，嚴重影響違章建筑的發現與處置效率，能夠及早發現違規、違法建筑，并對其開展有效的拆除監控對城市管理部門具有重要意義。近年來，GIS與遙感技術獲得了快速的發展并廣泛應用于各個領域，以GIS工具為基礎，高分遙感影像作為系統底圖，再集成城市地理空間信息數據成為眾多城市開展地理信息數據庫建設的相似模式[3]。多源的基礎數據積累也為城市管理中違章建筑監測與處置提供了有效的數據基礎支撐。
本文從城市管理角度出發，研究了GIS技術與高分遙感數據結合在違章建筑監測和管理中的流程與系統功能設計，并結合實際應用開發違規、違法建筑監測和管理系統，力圖為城市違章建筑分析管理提供解決方案。
1系統總體架構設計
系統采用面向服務的SOA架構技術，基于GIS與MIS技術實現違法、違規建筑物分析管理系統的建設。以分層設計理念，從邏輯結構角度將系統總體分為4層，即支撐層、數據層、服務層、應用層，實現不同層次之間的相互獨立與連接，保證系統具有高效的可用性、穩定性與擴展性[4]。總體架構如圖1所示。
1)支撐層。通過對存儲、計算、網絡及安全等硬件設施的虛擬化部署，構建可實現統一管理、按需分配的硬件資源池和網絡資源池，可通過虛擬化資源配置分配相應資源，通過“云終端”按需獲取動態資源及虛擬計算資源。
2)數據層。通過城市基礎地理信息數據、規劃審批數據、已有違章建筑案件數據、衛星遙感數據等多源異構數據的接入、整合分析，建立索引目錄，并與違章建筑案件文本資料進行關聯，為應用服務提供數據支撐。
3)服務層。主要包括為系統提供業務流轉、數據交換、表單索引、GIS服務于目錄服務的平臺服務引擎，以及提供業務服務的公共組件和數據管理相關組件。由數據共享與交換技術為上層應用提供二維GIS空間信息展示、影像分析、數據處理等功能。
4)應用層。為城市違建管理提供具體行業應用。包括違建信息的直觀展示、基礎數據管理、拆違進度跟蹤與結合時空分布、經濟與發展規律的輔助決策服務及常規巡查相結合的違章建筑識別分析服務。
2違建分析流程與關鍵技術
本文將遙感影像與城市地理空間信息結合，輔以規劃數據、審批數據對城市違章建筑進行精細化監測和管理。
2.1違建分析流程
違章建筑的分析流程以不同時期的多時相高分遙感影像為輸入，經過原始影像數據的拼接、矯正等處理方式進行精細加工處理，根據影像數據源的處理精細程度，選擇合適的方法對同一個地區相鄰兩個不同時期的影像進行配準，分析變化區域并在影像圖上進行變化圖斑的標記，再結合城市地理空間信息和GIS的空間分析能力，建立疑似違章建筑的案件數據，交由城市管理執法人員進行現場核實，對最終核實為違章建筑的案件進行立案處置，對核實不通過的疑似違建案件進行結案處理。分析流程如圖2所示。圖2違章建筑分析工作流程Fig.2Illegalbuildinganalysisworkflow
2.2違建分析關鍵技術
同一區域不同時間段的遙感影像通常被稱為多時相影像，多時相影像會因影像獲取過程中的光源反射、云層變化和傳輸誤差等因素引起較大誤差，所以在變化檢測之前要對原始影像數據進行輻射校正、幾何校正及配準等預處理，而遙感影像的配準精度會影響到最終的分析結果精度。
2.2.1遙感影像的精確配準
通過對不同時間段、不同環境條件下的同一區域場景的兩幅以上影像數據進行匹配和對應，即為影像的配準過程[5]。原始遙感影像會因獲取條件的不同，每景影像會存在角度、尺度、范圍的偏轉和位移，如果不對這些誤差進行消除，會進一步將這些誤差引入分析結果，導致檢測過程不能完整執行。因此，需要將不同時間段影像中的同一坐標位置表示的地理位置進行絕對對應，通常使用基于特征點或特征線的方法，建立參考影像的控制點，由控制點信息將兩幅及以上影像數據進行幾何配準，確保不同影像的重疊范圍內具有嚴格的幾何對應關系。
2.2.2多時相遙感影像的變化分析
多時相遙感影像的差異分析主要通過地表物體的光譜特征差異和空間結構差異變化分析來識別違章建筑物，對大部分地表物體，光譜的差異特征是用于判斷是否發生變化的主要依據。基于光譜差異特征的原理實現對地表建筑物體變化監測，是目前最廣泛應用的方法。
遙感影像經過幾何精確配準后，影像之間能夠形成在一定誤差范圍內的配準，但為了進一步消除幾何配準帶來的誤差，系統采用基于最小二乘法的像素級偏差校正，通過對影像窗口內對應的同一幅范圍像素的灰度數據，運用最小二乘法迭代運算出影像中地物像素相關系數的最大值，得出兩幅影像的最佳匹配點，并依據相關系數判斷影像間像素級的變化情況，進一步消除幾何配準引入的誤差，并提升差異分析結果的精確度;在經過像素級的校正后，對像素級變化范圍進行提取，以此為基礎根據對范圍內的特征物進行分析提取，確定范圍內地物的變化特征;最后由大量數據積累形成的特征濾波算法對特殊天氣或者特殊光照條件下形成的錯誤分析圖斑進行清除，最終形成精確的變化目標圖像。
2.2.3基于GIS的地理空間分析
由影像處理分析形成的矢量變化圖斑數據，結合區域審批數據、規劃數據、已立案的違建圖斑數據、地形圖等數據，借助GIS的多源數據分析能力和空間分析能力，對提取的變化圖斑進行進一步的對比、判斷、剔除處理，最終形成疑似違章建筑圖斑，對應基礎地理信息，提取疑似違章建筑圖斑的經緯度坐標，通過與地形圖相結合，生成帶有城市位置信息的疑似違章案件。
3系統的設計與實現
系統主要為城市違章建筑監測與管理提供應用服務，同時也可通過結合GIS，實現城市空間角度的區域變化監測分析。系統可作為當前智慧城市建設中智慧城管的行業系統，提升城市管理執法部門對封閉小區與高層建筑物頂層違章建筑的監測管理能力，提高執法效率。
3.1系統設計
按照影像數據處理和拆違業務流程，將系統分為遙感影像數據管理、影像分析與變化檢測、違建信息管理與查詢、輔助違建處理等4個模塊，并在每個模塊下細分具體功能項。
1)遙感影像數據管理。此模塊主要完成城市區域高分影像數據、規劃信息數據、審批信息數據與區域空間地理信息數據的獲取和地上建筑物識別、管理，并通過多幅原始遙感影像的格式轉換、圖像增強、配準與校準鑲嵌處理，最終按照行政區劃進行分區域裁剪，形成系統能夠快速分析的區域影像數據，對數據建立索引目錄，并提供所有數據的添加、修改、刪除等基礎功能。
2)影像分析與變化檢測。該模塊通過對更新的區域影像數據進行自動識別，以更新區域上一個時間段的影像為基礎影像，疊加更新影像數據開展自動變化分析檢測，分析形成變化圖斑數據，再通過規劃數據、審批數據、違建案件數據的疊加，篩選出該時間段內新增的疑似違章建筑圖斑。
3)違建信息管理與查詢。對分析出的疑似違章建筑圖斑數據，結合GIS空間地理信息數據，形成附帶位置信息的疑似違章建筑案件，發送至巡檢人員進行現場確認，最終根據巡檢人員反饋的確認結果進行案件的立案，對立案的違章建筑案件會通過系統接口發送至執法部門，待拆違結束以后反饋最終處置結果，形成對違章建筑案件的全周期管理。該模塊還提供案件的智能搜索與分類統計功能，實現實時過程的不同角度統計查看。
4)輔助違建處理。通過現場反饋確認的違章建筑案件，結合GIS的空間分析能力，實現對違章建筑修筑、擴建及變化形態進行空間分析展示，并可對反復出現的違建行為進行動態監管，提供輔助預判分析。
3.2系統實現
系統在主流GIS軟件ArcGISEngine和ArcGISServer平臺基礎上開發，單節點支持百量級用戶并發訪問與操作，通過GIS數據庫與Oracle11g數據庫的結合使用，充分保證系統數據的海量存儲、高效訪問與安全穩定。
4結束語
本文通過多時相遙感數據與GIS的技術結合，設計并實現了對城市區域違章建筑監測與管理的信息系統。該系統針對當前城市越來越多的建筑物頂層違法、違規建筑與封閉小區的私搭亂建設施具有更優的管理效果，豐富城市管理相關部門的智能查違手段，提升管理部門工作效率，同時也是智慧城管以及智慧城市建設的重要組成部分。
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