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1、太原市科技项目可行性研究报告项目名称：城镇建筑物监控管理系统所属领域： 电子信息及物联网技术应用申请单位：山西神地科技有限公司协作单位：太原理工大学起止时间：2011年8月-2012年12月太 原 市 科 学 技 术 局填报时间：二0一一年10月一、立项的背景和依据1、 项目研究目的太原是山西省的省会，濒临汾河，三面环山，自古就有“锦绣太原城”的美誉。太原是山西省的政治、经济、文化、教育、科技、交通、信息中心。建设整洁美丽的太原是所有太原人心中共同的理想。然而，在城市建设中，总是出现一些不和谐的因素。违章建筑不仅对城市景观存在破坏性的影响，还对城市的环境、交通、电力、煤气管道等公共资源进行侵占
2、和危害。近年来，太原市不断有违章建筑危害公共安全的报道出现，而这种现象存在监管难度大，拆除后再次重建等问题，难以根治。“隐匿”在喧嚣城市中的村庄，向来是外来务工者青睐的住处。近年来，急速涌至的城市化浪潮将这些村落裹挟其间，逐渐形成 “城中村”这一独特景观。建设“一流的现代宜居城市”，离不开“城中村”的改造。虽然目前政府已经出台相关的改造措施，并进行了相应的规划。随着城市规模的扩张，城乡结合部也面临着拆迁，改造等。如何监管这些地区的规划和发展，是当前城市管理者所面临的棘手的问题。针对城市规划中出现的这些问题，本项目寻求通过遥感手段辅助进行城市规划中的监督管理，解决目前城市管理中存在的这些问题，主
3、要有以下几个方面：违章建筑监察通过高分辨率遥感卫星影像检测城市违章建筑项目，规划应用部门能够及时地获取更丰富的辅助决策信息，使规划监督检查工作由被动查处转变为主动出击,从而为真正做到早发现、早处理、早制止,将违法建设消灭在萌芽状态提供技术保障。城乡建设用地发展演变分析利用遥感影像中提取城中村，城乡结合部等专题信息，并进行多时相的对比分析获取城乡建设用地的发展变化过程， 以期能为科学合理地进行城乡规划，控制城乡建设用地规模提供一定的技术支撑。2、 项目的科学价值和意义城市规划（urban planning）研究城市的未来发展、城市的合理布局和综合安排城市各项工程建设的综合部署，是城市建设和管理的
4、依据。近些年来，我国的城市化进程越来越快。城市规划建设信息也日益纷繁复杂。城市违章建筑识别与监管，旧城改造与城市扩张等都是城市规划部门的重要工作，RS 和 GIS 技术的发展，为准确、高效的城市建筑识别与管理提供了新的契机。遥感技术可以快速获取大量空间数据、大范围地提取地表覆盖信息，直观准确地表现城市规划信息。遥感数据的宏观、快速、综合、多层次、多时相的优势已经逐渐成为城市规划和检测城市违章建筑的重要信息源之一。遥感技术因具有周期短、成本低、实效性高等特点,在城市违法建设查处、城市布局、历史文化保护、城市的调整和改造、城市交通、城市的环境和绿化等方面均可以发挥良好的作用, 目前在西方发达国家中
5、已得到了广泛的应用。我国在遥感领域已经进行了二十多年的研究和应用,取得了大量的研究成果,国产高分辨率遥感卫星的数据源也实现了从无到有的发展,为我国遥感科技的应用起到了巨大的推动作用,已经初步具备了国产高分辨率卫星影像的获取和处理系统, 在基础理论上已经形成了一套成熟的理论和方法,在实践上也开发出了许多实用系统, 积累了丰富的经验,在国民经济的很多方面都有成功的实践，特别是在地理空间信息的变化检测与更新方面,遥感技术已逐渐占据了主导地位。近年来, GIS技术也获得了飞速发展并广泛应用于国民经济的各行各业。作为一种空间管理、分析的有效技术，GIS可为遥感应用提供各种有用的辅助信息和分析手段. 目前
6、，已有不少学者对基于遥感影像和GIS相结合的地物自动变化检测技术进行了研究,并取得了大量成果。充分发挥我国自主产权的遥感和GIS技术优势,充分利用高分辨率卫星特别是国产高分辨率卫星数据，将多时相遥感和GIS技术应用于城市规划的违法建设监测、城市及周边管理、交通规划等具有重要的意义。3、 国内外研究现状和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，遥感技术在城市规划领域中的应用越来越广泛。国内今年来已有多地采用卫星数据进行城市规划方面的时间，并且取得了一定的成果。武汉、襄樊、南京等地早在上世纪九十年代就开始采用高分辨率的航空遥感数据进行城市规划方面的研究。北京市自2004
7、年起就已经采用国产卫星数据进行了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。国内其他地区如广州，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，凸显出了其速度快，普查范围广，查准率高等优点，同时也为城市改造，工程建设等节约了大量的成本。4、对国家或我市经济和社会发展的意义与作用基于高分辨率卫星影像检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、扩张等进行动态检测，具有发现率高、发现及时、工作效率高等特点。通过使用国际国内遥感卫星数据将大大降低项目的数据和设计成本，使用国产
8、卫星数据将在一定程度上对国产卫星数据给予有利的支持。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与集成, 从而使整个违法建设监测和发现的流程更加高效，该项目不仅是“3S”集成技术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检测城市违章建筑项目具有巨大的社会和经济效益价值，同时该项目技
9、术提高了城市检测信息获取的能力和效率。其数据和检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，具有重大的社会意义。二、现有研究基础、特色和优势违章建筑自动或半自动快速普查是本项目的一个主要内容。利用传统方法监测违章建筑，需要人员巡视，工作量大，并且受地面环境影响，受遮挡，效率低下，效果不好。本项目可以很好的为城镇建设提供服务。本项目具有如下优点：1. 自动化程度高，检测精确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。3. 以为城市用地变化，城市用地扩张提供有利的指导。三、研究方案与预期目标3.1研究内容本项目的目标采用高分辨率遥
10、感影像，结合城市规划资料实现城市违章建筑普查，城市建筑物变化监测及重点区域的监控与变化分析。其总体工作流程设计如图1所示。城市规划资料GIS数据多时相卫星影像数字化辐射、几何纠正规划资料影像配准影像影像配准遥感影像-规划资料违章建筑普查多时相遥感影像-规划资料建筑物变化监测重点区域（城中村，城乡结合部）提取与变化监测违章建筑普查结果城市建筑物变化检测结果重点区域变化检测结果分析处理、决策图1 系统结构图3.1.1基于遥感影像与规划资料违章建筑普查违章建筑自动或半自动快速普查是本项目的一个主要内容。利用传统方法监测违章建筑，需要人员巡视，工作量大，并且受地面环境影响，受遮挡，效率低下，效果不好。
11、利用遥感影像高空探测、无遮挡、覆盖范围广等优势，可以快速准确的发现大范围内的违章违规建筑，具有自动化程度高，检测精确等优点。3.1.2基于规划资料的变化内容分析基于多时相遥感影像，规划资料的变化检测与分析主要是利用卫星遥感具有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。再结合城市规划资料，利用GIS技术数据处理功能和空间分析能力，以及提供的属性信息查询手段，对变化图斑进行分析、判别、去伪等处理。系统采用遥感图像与GIS集成分析的方法，把不同时相图像变化检测的结果叠加在GIS数据上进行分析，确定变化的地物和类型，能监管现有违章违法建筑物的拆迁整治，及时发现城市各种
12、违章违法建设，适用面广，检测的结果更可靠，精度更高。3.1.3遥感影像重点区域提取技术与变化分析基于遥感影像的重点地区提取与变化分析则是利用遥感影像多时相观测的优点可以准实时的监测城市重点区域的建设进度。城市建设中需要针对城中村改造，工业区建设，城市扩张等进行动态的监测，利用多时相遥感影像可以较为精确的获取这些区域不同时刻的范围和建设情况，进行变化分析和进度监控。结合城市大比例尺地形图，可以为城市用地变化，城市用地扩张提供有利的指导。3.1.4多时相影像数据的管理和调度对每年的不同时相影像数据，分别建立无缝影像库。在实际应用中，需要对不同时相的影像数据进行浏览和分析，因此不同时相影像数据的管理
13、和调度也是系统的重要内容之一。在不同时相无缝影像库的基础上，建立时相索引，再利用算法来实现多时相影像数据管理与调度。3.1.5基于遥感技术的城镇建筑物管理系统开发基于遥感技术的城镇建筑物监控系统主要用于城市违章建筑的发现，变化发现以及重点地区的变化分析。对于探测违章建筑，做到早发现，早处理。其流程包括资料收集，卫星数据处理，卫星数据与规划资料配准，变化检测等。系统工作流程如图2所示：前、后两期卫星影像数据城市规划资料城市大比例尺地形图卫星影像配准、融合卫星影像与地形图配准卫星影像与城市规划资料配准纸质资料图数字化提取变化图斑变化图斑变化前后用地性质分析用地属性信息管理违法违章建筑监测重点区域分
14、析变化前后用地性质与规划图对比分析城中村，城乡结合部变化信息分析变化图斑提取违章建筑探测卫星数据处理城市规划资料数字化资料收集图2系统工作流程3.1.5.1系统构成按照城市建筑物管理系统的工作流程，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，违章建筑检测系统，重点区域检测系统组成。数据预处理系统数据配准子系统违章建筑普查子系统变化检测子系统违章建筑变化监测子系统重点区域监测子系统影像分析子系统城镇建筑物监控管理系统基础分析系统应用分析系统图3系统构成3.1.5.2 数据预
15、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。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。为了保证违章查处数据的精度和可考性，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
16、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。3.1.5.3 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。3.1.5.4 影像分析子系统影像分析系统实现监控系统中所需要的影像分析功能。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，对象特征提取没对
17、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。3.1.5.5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。3.1.5.6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
18、检查的依据。3.1.5.7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。3.1.5.8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。相关监测结果输出成图，作
19、为城市规划的参考。3.1.6基于遥感技术的城市建设规划设计应用遥感影像图的直观形象与数字化矢量的实施测量和宏观性一体化布局分析优势，可提交城市改造、绿化以及改造地安全隔离交通疏导优化提供极大的方便和科学决策依据。3.1.7未来数字化城市化建设的基础数字化绿色环保城市建设是人类生存、科技进步和社会发展的必经之路，必需工作。西方发达国家和国内发达城市正在进行或已完成运行。城市遥感影像数据及矢量化工作是数字化城市建设的基础和重要内容。3.2拟解决的关键问题及项目的创新之处；本项目涉及的关键技术包括多源多时相影像配准和多时相遥感影像变化检测等技术。3.2.1多时相遥感影像及多源数据精确配准技术图像配准
20、是对不同时相、不同传感器或不同视角的同一场景的两幅或多幅图像、地图等进行匹配和空间关系对应的过程。影像匹配的精度将直接影响到后期地物提取和变化检测的精度，是整个系统正常工作的前提。在利用遥感影像进行违章建筑的提取中，需要将遥感影像与参考的规划资料，GIS数据等进行空间上的配准才能进行分析。由于采用的是两种完全不同的数据，传统的配准方法难以应用，但是影像中典型特征，如交叉口，河流等仍具有对应关系，研究基于典型地物特征的多源数据配准技术将有助于提高配准的精度和自动化水平。利用多源或多时相遥感影像进行变化检测，由于成像条件的差异，图像间会存在相对平移、旋转和尺度等变换，如果不对这些差异进行校正，会导
21、致变化检测不能顺利进行。因此，在变化检测前，需要对不同时相的遥感图像进行配准，使得不同时相图像中的相同坐标表示地理环境的同一位置。在多时相遥感图像配准中，存在成像环境的差异以及图像本身的变化，使得选择稳健的对应特征量和相似性度量测度变得尤为重要。在目前的配准方法中，基于特征点或特征线的方法应用最广泛。目前针对多源遥感影像的配准依然存在诸多问题，但是出现了不少值得借鉴的研究成果，如采用旋转不变特征描述子，典型线状或面状地物等进行配准。在提取特征进行匹配的基础上，采用基于小面元的多源遥感影像配准方法将有助于保证各区域的配准精度，即在参考影像上提取特征点作为配准控制点，通过匹配获得同名点对，再基于小
22、面元微分纠正得到精确配准的影像。该方法能够取得非常高的自动配准精度，能够满足变化检测的需求。3.2.2多时相遥感影像变化检测多时相遥感影像变化检测技术是进行违章建筑变化监测，重点区域变化分析的基础，变化检测的结果直接决定了系统进行动态监测的能力，是本项目最为核心的关键技术之一。目前基于多时相遥感影像变化检测的方法多样，按照变化检测所依赖的基本单元的大小可以将变化检测分为以下两种类型：(1) 基于像素的变化检测基于像素的变化检测方法直接以像素级的光谱特征、纹理特征以及通过变换所获得具有某些实际物理意义的特征(植被指数，水体指数等)来获取变化量或者对影像进行分类，然后通过对变化量或者分类结果的分析
23、获取变化信息。该方法简单易行，但是对于影像中的噪声敏感，后处理工作量相对较大。(2) 面向对象的变化检测面向对象的变化检测方法首先从多时相影像中获取对象，对象是具有同质性的一系列像素的组合；然后以对象为单位提取出对象的光谱、纹理、指数特征等；最后对这些对象进行变化量得比较，获得变化的信息。面向对象的变换检测方法属于较高级别的检测方法，能克服噪声的影响，并且能有效的结合GIS数据进行变化分析，是目前最具有潜力的一种方法。该方法是作为本研究项目中变化检测最佳的备选方案。面向对象变化检测技术的技术路线：变化前影像变化后影像影像联合分割变化前影像对象特征提取分类训练库变化后影像对象特征提取检测算法直接
24、变化分析法对象分类变化图斑后处理结果分类结果对比分类变化检测法图4面向对象的变化探测技术流程图3.2.3项目创新之处项目充分利用了高科技的遥感，GIS等技术手段，在保证较高工作效率的同时降低作业成本。其中遥感影像能够具有观测范围大，可视角度好，无遮挡，成本低廉等优势。在影像分析中大量采用当前国际先进的技术手段，并结合GIS强大的空间分析功能，能极大的提高作业效率，降低成本。3.3项目技术路线根据项目流程，整个项目技术路线包括：监测资料数据源选择，数据调度与分析，系统应用和结果输出等几个关键技术步骤。监测数据源选择规划数据遥感数据数据配准数据预处理多时相数据调度与管理遥感影像分析违章建筑普查违章
25、建筑变化分析重点区域变化监测分析处理结果数据存储，打印输出数据调度与分析处理应用分析结果输出像素级分析对象级分析图5 项目技术路线3.3.1监测数据源选择城市规划遥感监测工作的开展，数据源的选择与应用该项工作取得成果的关键因素。主要涉及资料有高分辨率卫星遥感数据资料、城市规划资料、地形图资料等。3.3.1.1遥感影像数据利用遥感进行城镇建筑物监测的最要的环节之一是如何选择长期而稳定的数据源。随着航天遥感技术的进一步提高，不同用途可选择的不同类型卫星遥感数据产品已日益广泛。在卫星遥感图像上，不同类型的城市用地能否判读出，首先取决于它与周围地物的界线能否识别，如果地物的尺寸小于图像的空间分辨率，且
26、与背景的影像特征很接近，那么该地物就会与背景混在一起，就不可能对该地物进行判读。在城市用地的轮廓界线能够反映的情况下，进一步根据影像特征(颜色、形状、大小及纹理等)和相关分析确定城市用地的类型。在城乡规划、城市建设领域，对城市规模、发展方向、建筑面积、建筑密度、容积率等反映城市建设指标的精度要求越来越高，高分辨率卫星遥感数据产品的需求也在不断提高。当前国内外的商业卫星有很多，例如sport5, Ikonos, Quickbird, ALOS等卫星的对同一地区的多时相高分辨率的影像数据。目前用于城市规划的卫星影像主要采用SPOT，QICKBIRD，IKONOS等卫星影像。表1各类卫星遥感数据参数
27、统计数据类型空间分辨率覆盖面积来源重放时间SPOT52.5m全色6060km2法国5天10m多光谱ALOS2.5m全色7035km2日本2天10m多光谱7070km2中巴02B-HR2.36m全色2727km2中国、巴西104天20m多光谱113113km2EROS-B0.7m全色77km2以色列3天无多光谱IKONOS1m全色13.513.5km2美国3天4m多光谱GEOEYE-10.41m全色15.215.2km2美国3天1.65m多光谱QUICKBIRD0.61m全色16.516.5km2美国4天2.44m多光谱WORLDVIEW-10.51m全色1616km2美国6天无多光谱WORLD
28、VIEW-20.52m全色16.416.4km2美国4天2.4m多光谱资源三号2.1m全色6060km2中国59天6.5m多光谱在项目开始之前，要根据实际情况对遥感数据源的选择做充分而必要的讨论和研究，以确定最后的数据源类型。在确保项目成本开支的前提下，保证每年4次（根据实际情况要求而定）对城市范围的遥感数据覆盖。近年随着我国遥感卫星蓬勃发展，国产卫星的影像数据已经具有相当高的精度，完全可以满足高分辨率卫星影像对城市违章建筑的检测系统建立的要求，并且与国外卫星的同级数据相比具有很大的价格和时效稳定的优势。资源二号卫星是我国自主研制的高分辨率遥感卫星，采用太阳同步轨道设计，可以获取2.36m全色
29、波段的影像数据。通过卫星的侧摆成像，一个季度内可以至少一次以上覆盖全城区域，为城市违章建筑的查处工作提供了良好的时效性，2.36m的空间分辨率可以满足查处100的违章建筑的需求。计划于2011年底发射的资源三号卫星是基于成熟的资源二号卫星平台，通过针对性的设计和修改，满足测绘任务和国土资源勘测任务的高分辨率遥感卫星。卫星采用太阳同步轨道，回归周期为59天，重访周期为5天，全色CCD相机的空间分辨率提高到2.5m和多光谱相机提高到10m。资源三号卫星的特性和精度将会为城市违章建筑的查处提供更加高精度和稳定的数据源。3.3.1.2城市规划资料基于高分辨率卫星影像的城镇建筑物管理中，GIS中的空间分
30、析和数据转换等功能在此项目的系统中起着重要的作用。除了高分辨率卫星影像数据以外，还需要已有的城市GIS矢量数据、城市规划审批图等辅助数据。经法定程序批准的城市总体规划是一定时期内城市发展目标、发展规模、土地利用、空间布局以及各项建设的综合部署和实施措施，是引导和调控城市建设，保护和管理城市空间资源的重要依据和手段。城市规划遥感监测中使用的城市规划资料包括：城市总体规划文本、图纸及附件、城市大比例尺地形图等。纸制城市总体规划资料需进行精度较高的数字化处理。3.3.2数据分析调度与分析3.3.2.1多时相多源数据调度无缝影像数据库技术主要包括影像分块技术、空间索引技术、数据的无缝组织技术和多分辨率
31、金字塔的数据组织技术等。通过数据分块可以减少数据的网络传输数据量，方便数据压缩和有利于在计算机的内存中对图像数据进行运算处理。因此对存储的图像数据采用对用户透明的图像分块和重构方法来组织数据。在关系数据库中，以小的图像块作为一条记录来对其进行操作是非常适合的。由于在影像数据库中数据是按照分块的方式存储的，而且数据块的划分是非常规则的并且彼此之间没有重叠，格网索引的建立和维护相当方便。按照格网对图像块进行编号，然后通过编号和数据块的对应关系来索引图像块。3.3.2.1影像配准与数据分析影像配准技术包括多源遥感影像，多时相遥感影像，遥感影像与数字化规划资料之间的配准等。通过对影像、数字化的规划资料
32、寻找同名特征，寻找数据之间的空间相关性，通过小面元微分纠正的方法，保证数据在空间上具有一致性，以保证变化分析的精度。影像数据分析应用成熟的数字图像处理技术，对影像数据进行分析，其中包括像素级的和面向对象的影像分析。像素级分析用于影像中数字特征的提取，如点、线等特征分析，像素级的变化检测分析，像素级分类方法等处理。面向对象的影像分析技术通过影像分割首先获取同质对象，通过对对象特征的分析实现对象级的影像分类，变化检测，地物提取等。在高分辨率遥感影像处理中，面向对象的处理方式能明显优于像素级的处理。3.3.3应用分析3.3.31违章建筑普查将遥感影像数据与城市规划资料，GIS数据进行空间配准之后，直
33、接将遥感影像与规划资料进行叠置分析或将遥感影像进行分类后叠置分析的方式进行快速的违章建筑提取。直接叠置分析：将城市规划资料进行遥感数据进行直接的叠置分析，根据规划区域的划分，结合影像的光谱、纹理以及边缘等信息，采用模式识别或者人工智能的方式实现违章建筑的提取。这种方法需要较为高级的机器学习方法，专门针对本项目做相应的优化改进。分类后叠置分析：将遥感影像分类为城市建筑用地和非建筑用地两类，然后将分类后的结果与规划资料进行自动的分析判别，获取违章信息。这种方法取决于影像分类的精度，目前常用的方法有基于像素的分类，面向对象的分类等方法。在高分辨率遥感影像处理中，通常采用面向对象的影像分类方式。因此研
34、究开发面向对象的影像分类系统也是本项的一项内容之一。面向对象的变化检测方法输入数据为已经配准好的两幅多时相影像数据，以保证两幅影像上相同对象的边界一致。该方法主要有以下几个部分组成：影像联合分割：以多时相数据为基础，通过采用联合分割方式，针对两幅影像获取一个分割结果，使得分割结果能够与两幅影像均套合。并且影像中变化区域和未变化区域能够有效的分开。对象特征提取：以相同的对象形状和范围，分别在变化前和变化后影像上提取对象的光谱、纹理、指数等特征。这些特征是区分对象是否发生变化的基础。对象级变化检测技术：在提取对象特征的基础上，可以采用两种方法进行变化分析，获取变化图斑。一种是采用分类的方式，以相同
35、的样本对两组对象进行分类，然后比较分类后的结果，这种方法需要人工的选取部分样本点或者单独建立样本库，但是该方法可以回避影像相对辐射校正的问题，并且可以得出变化的类型。另一种是直接根据对象特征的变化，判断出哪些对象发生了变化，这种方法不需要分类的样本，操作上相对简单一些，但是只能获得对象是否变化，无法获得变化的类型，同时该方法需要对影像进行较为精确的相对辐射校正。3.3.4违章建筑变化分析根据图像处理与变化检测产生的矢量图斑图、审批图、矢量地形图、影像图等各种资料，利用GIS技术数据处理功能和空间分析能力，以及提供的属性信息查询手段，对变化图斑进行分析、判别、GIS数据中包含了丰富的语义和非语义
36、信息，是经过解译后的地物符号表达，可以作为知识库。系统采用遥感图像与GIS集成分析的方法，把不同时相图像变化检测的结果叠加在GIS数据上进行分析，确定变化的地物和类型。充分利用GIS数据库中的先验知识与GIS集成分析的变化检测方法，判断出变化区域是否合理。通过预先设定的项目进度数据，结合变化分析的结果判断项目进度是否满足要求。 3.3.5重点区域变化监测在面向对象影像处理中，采用对象分类方法，实现地物的半自动提取，这样的方法需要对影像中不同的地物选择样本，提取精度受对象特征选择和分类方法精度的影响。研究直接针对典型地物的提取技术将有助于将简化人工操作，提供提取精度。目前已有多种针对特定地物的提
37、取方法，如植被提取，房屋提取，道路提取等。针对本项目中城中村和城乡结合部监测需求，结合地物所特有的光谱、纹理特征以及空间关系，研究结合光谱、纹理特征以及空间关系约束的典型区域提取技术将提高系统的自动化水平。通过在多时相遥感影像上提取对应的地物，并分析其变化，监测这些重点区域的变化情况。3.3.4数据存储与输出将分析结果存储，输出打印以便执法监察。3.4、年度研究计划及预期进展经费预算科目费用备注2011年度2012年度差旅费12会议费12材料费1010设备费55人员费816协作费510管理费510其他支出336年度小计3861合计993.5、预期研究成果及提交形式。预期成果主要为：1 研究论文
38、 58篇国内核心期刊论文。2 技术报告 基于遥感技术的城市建筑物监控技术研究报告。3 软件系统 基于遥感技术的城市建筑物监控系统软件。4 人才培养 23名硕士研究生，1名博士研究生。四、项目的组织管理及人员结构1 组织管理本项目将实行严格的组织管理，做到各负其责，环环相扣，详见组织保证体系图。省环保局项目负责项目组长、技术顾问室内组组长野外组组长遥感组组长野外工作员遥感解译员面调查组组长资料整理组员2 项目组人员组成及分工项目负责人1人，高工，负责项目全过程及成果质量。项目执行负责人1人，工程师，负责项目实施总体安排。技术顾问1人，教授级高工，关键技术问题把关。项目组长3人，高工，项目组织实施
39、者，负责项目的具体实施。技术员14人，高工、工程师，项目具体实施者。序号姓 名 职务职称 业务专业项目角色与作用1陈虎维教授级高工地理信息系统项目负责人2张建军 工程师 行政管理项目执行负责人3乔玉良教授遥感与GIS专家、项目技术负责4沈俊涛工程师地理信息系统野外工作员5张敦芳工程师测绘工程野外工作员6李程工程师环境科学野外工作员7段红巍工程师环境工程野外工作员8李程工程师环境科学野外工作员9弓晓敏工程师地理信息系统遥感解译员10李红玲工程师地理信息系统遥感解译员11李军工程师环境科学遥感解译员12赵鹏工程师土地资源管理遥感解译员13王瑞国工程师农业遥感与土地利用遥感解译员14孔艳荣工程师土地利用与信息技术遥感解译员15 费燕明太原理工大学研究生 遥感遥感解译员16 黄玉宝太原理工大学研究生 遥感遥感解译员17宋翠霞经济师经济管理资料整理组员18孟江红工程师环境工程资料整理组员
