卫星遥感建筑物动态监测系统方案设计

卫星遥感建筑物动态监测系统方案设计二O一九年二月i目录第一章方案综述...........................................................................................21.1项目建设背景.............................................................................21.2现状及发展趋势.........................................................................21.3系统建设的必要性......................................................................31.4系统特色优势.............................................................................3第二章系统详细设计...................................................................................52.1系统框架.....................................................................................52.2系统构成.....................................................................................52.3系统数据库建设.........................................................................72.4系统主要功能.............................................................................82.5系统工作流程...........................................................................10第三章系统应用方向及成效...................................................................14第四章结论.................................................................................................15第五章相关国家卫星介绍.......................................................................155.1资源一号02B星......................................................................155.2资源三号01星.........................................................................155.3资源三号02星.........................................................................165.4天绘一号卫星...........................................................................165.5高分专项卫星...........................................................................172第一章方案综述1.1项目建设背景近年来，随着城市飞速发展，区位优势凸显，城市化水平不断提高，城市影响力进一步提升的同时，违法建设与城市规划矛盾也呈现井喷式增长，对新的规划观念、管理方法及工作方式产生诉求。规划监察主要采取城市网格化管理，常规的手段是人工巡查，发现规划违法行为，获取与分析，耗时费力，效率低且不能保障全覆盖，建立违法建设动态监测系统，基于遥感和地理信息系统技术辅助城乡规划督察具有全面及时准确，同时可进行空间定位和定量分析，做到“监测有手段、执行有依据、事后有跟踪”，达到违法建设“早发现、早制止、早处理”的工作目标[1]。维护了城乡规划的严肃性、权威性。建立违法建设遥感动态监测系统，采用不同时期的高分辨率卫星遥感影像进行城市建设变化监测，并且与GIS、GPS、移动技术相集成，利用基础空间数据、总规、历史及最新不同时相的遥感影像数据，通过检测变化、自动和半自动人工比对、空间分析等技术实现对城市建设的监控，第一时间为城乡规划管理部门提供精确的辅助决策。既可掌握被督察城市规划的总体情况，如规划管理水平、规划审批情况、违法建设的类型及规模，还可以监督风景名胜区、历史文化街区和历史文化风貌区、城市绿地、水源保护区等敏感地区的规划执行情况。是规划研究和管理手段从定性转变为定性与定量相结合的综合体现。是城市规划不可或缺的重要组成部分和技术支撑。利用卫星遥感技术辅助城乡规划督查，通过不同时期遥感影像，辅以违法建设动态监测系统，定期对城乡规划实施情况进行遥感监测，是现代科学技术应用日常工作的典范，是提高城乡规划管理水平和行政监管效能的有效措施，本文总结查违监测的工作流程、分析动态监测系统的实际成效及探讨后期的发展方向。1.2现状及发展趋势随着遥感技术的发展，特别是近年来高分辨率遥感影像的普及应用，遥感技术在城市建筑物规划领域应用越来越广泛。国内近年以来已有多地自主采用卫星3数据进行城市内建筑物动态监测，并且取得了一定的成果。北京市自2004年起就已经采用国产卫星数据进行北京市违章建筑的普查工作，并取得了卓有成效的工作，有利的保障了北京奥运建设工作。其他地区如广州、长春等地也先后采用卫星数据进行违章建筑普查，城中村改造监测等，为城市发展和建设贡献了巨大的力量，凸显了其速度快，普查范围广，查准率高等优点，同时也为城市改造、调查取证、工程建设等节约了大量的成本。1.3系统建设的必要性基于高分辨率卫星影像监测城市违章建筑项目，集成了高科技RS、GIS、GPS技术对城市违章建筑、城市发展改建、扩张等进行动态监测，具有发现率高、发现及时、工作效率高等特点。基于高分辨率多时相遥感卫星影像和GIS的变化检测研究目前正经历一个快速的发展时期，由于它涉及到影像几何辐射校正、影像特征提取和描述、知识表达、多源数据和知识库集成分析等众多理论、方法和大量应用细节。对现有的先进技术方法进行整合和集成，从而使整个违法建设监测和发展的流程更加高效，该系统在我国城市违章建筑监测方面的实际应用，也为该技术在我国城市规划、退耕还林、占补平衡及土地管理、历史文物保护等相关领域的推广应用提供了宝贵的借鉴和参考。综上所述，基于高分辨率卫星影像监测城市违章建筑物项目具有巨大的社会和经济效益价值，同时该系统技术提高了城市监测信息获取的能力和效率。其数据和监测数据结果不仅可以满足城市建设发展规划的需要，而且还可以推动城市安全建设。所以该项目的建设是十分必要的，具有重大的社会意义。1.4系统特色优势违章建筑自动或半自动快速普查是本系统的一个主要内容。利用传统方法监测违章建筑，需要人员巡视，工作量大，并且受地面环境影像，受遮挡，效率低下，效果不好。本系统的建设相比具有如下优势：1.自动化程度高，监测精确2.可定期重复观测的优势，通过多时相遥感影像的对比，可以及时发现地表的各种变化。43.以城市用地变化，城市用地扩张提供有利的指导。5第二章系统详细设计2.1系统框架根据系统应用需求，系统以现有网络和专业服务器等基础设施为基础，采用Oracle大型数据库为数据库信息管理系统，通过相应空间数据访问引擎分别对基础数据、规划审批数据、业务管理数据等进行建库，在数据库建设的基础上，基于C/S和B/S相结合的开发模式，实现监测数据库管理,影像信息提取,违法建设变化图斑提取等系统设计与开发，建立了违法建设遥感动态监测系统。2.2系统构成整个系统分为基础分析系统和应用分析系统两个部分，其中基础分析系统由数据预处理系统，影像分析系统，数据匹配系统，变化检测系统四个部分组成；应用分析系统由违章建筑普查系统，违章建筑监测系统，重点区域监测系统等组成。图2.2-1系统构成2.2.1数据预处理子系统数据预处理子系统实现卫星影像与规划资料的前期处理。6为了保证遥感卫星的影像数据在后面的子系统中的综合使用处理，需要把各种多时相得影像数据进行读入和格式化，以便得到同一格式的图像数据方便后面的图像处理。为了保证违章查询数据的精度和可靠性，需要把原始的卫星影像数据进行基本的图像处理、几何校正和辐射校正。基本图像处理模块读入原始卫星影像，并完成图像格式转换、增强处理等操作，并将结果输出到该时相的影像数据库中，供后续各个模块调用；根据当地城市的地势变化情况和建设情况，选取合适的算法进行校正处理，获取高精度的正射影像。通过投影变换，将遥感图像纳入到一定的制图坐标系中，同时根据需要对多幅遥感图像进行影像镶嵌处理。为将各种城市规划数据应用于系统中，需要对各种纸质的数据进行数字化，对已经数字化的数据进行分类管理、存储。2.2.2数据配准子系统数据配准子系统实现对影像与影像，影像与规划资料，地形图的配准。只有经过配准的数据在空间关系上才一致，才能应用于后续的分析。2.2.3影像分析子系统影像分析系统实现监控系统中所需的影像分析功能。在违章建筑普查，典型地物提取中需要诸多的影像分析操作，如边缘检测，纹理分析，光谱匹配等才能正常运转。在影像分析系统中，针对可能用到的影像分析算法，实现基于像素的影像处理如边缘检测、纹理分析，光谱分析、分类；基于对象的影像处理，如分割，对象特征提取对象分类。建筑物监管系统主要采用高分辨率遥感影像作为数据源，目前公认的面向对象的影像分析方法更适用于高分辨率遥感影像的分析，因此面向对象的影像分析技术将是本系统的核心。2.2.4变化检测子系统变化检测子系统是建立在影像分析子系统基础上的高级分析系统，实现像素级的变化检测，对象级的变化检测，分类后图像变化检测等功能，并且提供完善的后处理技术。针对高分辨率遥感影像面向对象的变化检测系统将会是本部分的重点内容。72.2.5违章建筑普查子系统违章建筑普查子系统实现基于遥感影像与规划资料的违章建筑普查。以影像分析为基础，采用GIS叠置分析或模式识别知识实现现有违章建筑的排查，并排查结果输出，作为执法检查的依据。2.2.6违章建筑变化监测子系统违章建筑变化检测系统，监测现有违章建筑的整治拆迁工作和违章建筑的出现过程。以现有违章建筑数据为基础，结合多时相遥感影像实现现有违章建筑拆除进度的监控，及时了解整治情况。同时，根据多时相遥感影像及时发现违章建筑的修建、扩建等，将其消灭在萌芽状态。所有监测结果输出，并提供作为执法监察参考数据。2.2.7重点区域监测子系统重点区域监测子系统实现城市重点区域的提取，变化趋势的分析等。城市建设和改造涉及到城镇村，城乡结合部的拆迁改造，根据政府规划和多时相卫星遥感影像，实现重点区域的提取，以及变化分析，用以监管这些地区建设的进度。相关监测结果输出，作为城市规划的参考。2.3系统数据库建设将所采集或收集到的各类数据、文本、图片等数据，按照基础数据库、城乡建设用地现状专题数据库、建设变化专题数据库、专题应用数据库进行分类，并根据各类数据库的不同特点进行组织和管理，满足海量数据存储、关联、分析、挖掘和可视化的要求。1）基础数据库主要包括：高分遥感数据、数字化后的规划数据、地形图数据和辅助的DEM、DLG和GPS数据