遥感信息在城市规划中的应用与展望

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摘要:城市遥感信息是城市的资源之一，本文介绍遥感信息在城市规划与管理中已经获得实际成果的应用途径和现状，分析了应用实践中的一些问题，展望了遥感信息在城市规划建设领域的应用前景。

关键词:遥感；城市规划；应用

中图分类号：TP7文献标识码：A 文章编号：

Abstract: Urban remote sensing information is one of the city's resources; this article describes the application of ways and the status quo of remote sensing information in urban planning and management to obtain practical results, and analyzes some of the problems in the application in practice, and future remote sensing information in the field of urban planning and construction application prospects.Key words: remote sensing; urban planning; application

1 引言

遥感技术（Remote Sensing）是一建立在空间科学、电子技术、光学、计算机技术、信息论等新的技术科学以及地球科学理论基础上的综合性技术，为现代前沿科学技术之一，具有宏观、动态、综合、快速、多层次、多时相的优势。在新技术迅猛发展的今天，遥感技术伴随着航空、航天技术的发展而不断地提高与完善，服务领域因之而不断扩展，受到普遍重视，显示出极其广泛的应用价值、良好的经济效益和巨大的生命力。

城市遥感是遥感技术的一个具体应用。城市遥感信息是城市重要的信息资源之一，遥感技术在城市规划与管理方面的应用主要有：快速实现城市范围国土资源与生态环境的多层次、全方位综合调查；系统地研究城市资源与环境的空间分布规律及其相互联系、相互制约的关系；按不同层次、不同内容编制系列基础图件，客观、真实、系统地反映城市的建设成就和存在问题等几个方面。遥感技术在在城市中的应用，为制定城市国民经济和社会发展的中长期规划、国土资源和生态环境的综合整治规划以及城市经济可持续发展规划提供了科学依据。

2 遥感

“遥感”，顾名思义，就是遥远地感知。传说中的“千里眼”、“顺风耳”就具有这样的能力。遥感平台是用来固定和运载传感器的物体，如卫星、火箭、航天飞机、热气球等。传感器就是安装在遥感平台上探测物体电磁波的仪器，针对不同的应用和波段范围，人们已经研究出很多种传感器，探测和接收物体在可见光、红外线和微波范围内的电磁辐射。遥感就是利用传感器把这些电磁辐射按照一定的规律转换为原始图像。原始图像被地面站接收后，再经过一系列复杂的处理，才能提供给不同的用户使用。

例如，大兴安岭森林火灾发生的时候，由于着火的树木温度比没有着火的树木温度高，它们在电磁波的热红外波段会辐射出比没有着火的树木更多的能量，这样，当消防指挥官面对着熊熊烈火担心不已的时候，如果这时候正好有一个载着热红外波段传感器的卫星经过大兴安岭上空，传感器拍摄到大兴安岭周围方圆上万平方公里的影像，因为着火的森林在热红外波段比没着火的森林辐射更多的电磁能量，在影像着火的森林就会显示出比没有着火的森林更亮的浅色调。当影像经过处理，交到消防指挥官手里时，指挥官一看，图像上发亮的范围这么大，而消防队员只是集中在一个很小的地点上，说明火情逼人，必须马上调遣更多的消防员到不同的地点参加灭火战斗。

3 遥感资料的应用

3.1 遥感资料的制图应用

当前，高分辨率卫星遥感技术的发展已经到了一个前所未有的高度，法国SPOT 5和美国IKONOS、QUICKBIRD卫星影像的地面分辨率分别达到2.5m、1m、0.61m，在未来两年内，更高分辨率的卫星遥感影像将进入商业运行。这就使得卫星遥感技术突破了仅能进行定性分析的局限，而跨入定性和定量分析的新境界 。

遥感影像通过正射处理、辐射增强和均衡后，可作为挂图使用，亦可作为工作底图供土地更新调查、城市规划等使用。与传统成图方式比较具有节省人力、物力、成图时间快等特点。

3.1.1 航天遥感制图

所谓航天遥感是指以航天器为传感器承载平台的遥感技术。航天遥感实践中，针对具体应用需求，选择不同的传感器如：成像雷达、多光谱扫描仪等，通过卫星地面站获取合适的覆盖范围的最新的图像数据，利用遥感图像专业处理软件对数据进行辐射校正、增强、融合、镶嵌等处理，同时，借助应用区域现有较大比例尺的地形数据，对影像数据进行投影变换和几何精纠正，并从地形图上获得境界、城市、居民点、山脉、河流、湖泊以及铁路、公路等典型地貌地物信息和相应地名信息，进行相应的标注和整饰，制作数字正射影像图。

特别是高分辨率卫星遥感影像的使用，使得航天遥感制图的应用也更加活跃，展示出非常好的前景，不仅在国土资源调查、土地利用监测、城市规划监测、重点风景名胜区监测中有了典型应用，而且，国家863计划信息获取与处理技术主题重大课题还开展了利用分辨率为0.61m的QUICKBIRD卫星影像进行城市大比例尺地形图的更新研究。此外，高分辨率卫星遥感影像还可提供立体像对，可用于直接生成DEM数据，甚至可以进行大比例尺地形图的获取与更新测绘。

3.1.2 航空遥感制图

所谓航空遥感是指以航空器如飞机、飞艇、热气球等为传感器承载平台的遥感技术。根据不同的应用目的，选用不同的传感器：如：航空摄影机、多光谱扫描仪、热红外扫描仪、CCD像机等，获取所需资料包括：航摄像片和扫描数据。其制图应用一般包括两大方面：

（1）摄影测量制图

在测绘领域中，摄影测量学已经是一门从理论到实践都非常成熟的学科。在我国应用摄影测量的原理和方法测绘地形图有相当长的历史。目前，1:5000及其以下小比例尺地形图的测绘，基本上都采用摄影测量方法施测。在城市测量方面，由于要求成图比例尺较大，过去由于航测仪器及作业水平的局限一直徘徊于有关实验，主要原因是，对于平面精度，只要工序控制完善尚能满足要求，但高程精度难以满足《城市测量规范》的要求。而近年来，计算机技术的发展给摄影测量制图带来了新的发展和变化，不仅在内业测图仪器上实现由测绘线划图到直接测绘数字地形图的转化，而且诞生了抛开了传统的摄影测量仪器设备，以软件实现地形数据采集与处理的数字摄影测量技术，这无疑是摄影测量技术发展史上的一次革命。数字测绘成果既可以通过硬拷贝输出获得线划图件，又可以借助相关的编码技术及格式转换接口，直接为GIS提供基础数据。

在我国测绘工作者的努力下，我国的数字摄影测量技术水平站在了世界先进的行列，这是中国测绘人可以引以为自豪的。与国外相关产品相比，具有我国自主知识产权的VirtuoZo NT和JX－4两大数字摄影测量系统，性价比更为出色，近几年迅速占领国内城市测绘的制高点，展示了极为广阔的发展前景。目前，应用数字摄影测量技术进行城市大比例尺地形图的测绘与更新，已经非常普遍，很多城市测绘部门已经形成了一定规模的生产能力。

实践表明，应用摄影测量技术进行城市大范围大比例尺空间基础信息的获取与更新，平面精度完全可以满足规范要求，在高程精度方面需要进行特殊的处理（如铺面水准实测）。与常规地面测量相比，其主要的优势在于周期短、成本低。

（2）正射影像图制作

正射影像图是一种既具有地物注记、图面可量测性等常规地形图的特性又具有丰富直观的影像信息的一种图件，是将航摄像片的中心投影经过机械式的或数字式的纠正转变为正射投影形式而生成的影像图件。在正射影像图上叠加某些地形信息，如道路信息、房屋信息等，制作复合式正射影像地形图，信息更为丰富，表现力更强，其在城市规划与管理方面的应用更具直观性。

正射影像图分为“常规正射影像图”和“数字正射影像图”两大类，前者是通过影像拷贝和正射投影仪纠正工艺，以纸基或胶片基承载的平面型影像图件。后者则是应用数字摄影测量技术和工艺制作的以数字形式存在的影像图件，可以方便地输出成纸基或胶片基图件。

正射影像图制作的优势在于，生产周期短、成本低。

3.2 遥感影像资料在城市规划设计中的应用

城市大比例尺地形图是城市规划设计、管理中应用最为广泛的一个图种，由于数字正射影像图具有地形图的坐标读取、长度、面积量测的特点,又具有丰富直观的影像信息,其特点正在被城市规划行业认同并在应用实践中得到进一步发掘。数字正射影像图作为规划设计的工作底图得到大量应用。

近些年来，由于计算机技术以及数字正射影像图生产技术的发展，数字正射影像图在城市规划设计、建设和管理中的应用日趋活跃，其特点正在被城市规划行业认同并在应用实践中得到进一步发掘，生产市场也日益扩大，城市在进行以基础信息获取与更新为目的的航摄时，一般都要求开展数字正射影像图的制作。

在用地审批业务上，利用影像数据解译，能比较直观地反映四邻关系、相关地貌地物类型。结合近期的控制性详细规划审查工作，利用遥感数据结合历年的用地审批数据以及全市的道路红线，提供了一个比较精确和详细的数据，可以给审查者一个很清晰的总体情况。

在城市规划设计、建设和管理中，为了更真实、直观地了解城市的地形地貌及环境状况，对数字高程模型和数字景观模型等数据的需求也日益增多，利用遥感信息进行数字高程模型和数字景观模型的生产，在技术上已经日臻完善。实践中人们认识到，应用航空遥感信息进行生成数字高程模型（DEM）所需要平面坐标（X，Y）及高程（Z）的数据集的采集，比地面测绘或其它方式更为经济和快速。作为模型化的城市现状的表现形式，城市景观模型对于总体规划设计思想的形成以及把握城市建设和发展的方向，具有重要的作用。传统的城市景观模型是以纸板或其它材料制作的非数字式模型，要想做得逼真，费时费钱。应用数字摄影测量技术所具有的制作城市景观数字模型的功能，在计算机上非常逼真地再现城市现状，并可以多视角浏览，以辅助规划设计与建设的参与者及决策者开展相关工作，毫无疑问，其基础资料来源于各类遥感信息。

除此之外，近景摄影测量和三维激光扫描技术的遥感特征也应被正视，它们面向城市的现实目标体进行信息的获取，对城市规划、建设和管理的信息支持作用也是不可低估的，如文物保护测绘、城市标志性建筑和街区的三维建模等。

3.3 专题遥感调查与研究

城市规划、建设和管理是一个长期的过程，是一个包括城市方方面面的系统工程，与城市的历史、人文、地理环境以及经济建设紧密相关，因此，通过对一些可能影响城市建设和发展的专门课题的调查与研究，获得指导城市规划与建设的决策的信息，有着巨大的社会效益和经济效益，对于城市社会、经济、环境等协调发展具有重要意义。

3.3.1城市交通道路的遥感调查

城市道路网是城市的骨架，又是城市的命脉。城市道路网一旦形成，就决定了城市发展的轮廓。城市道路布局合理与否，直接关系到城市的发展是否经济、合理。因此，利用遥感进行交通道路的调查，对挖掘城市现有道路的潜力和改善道路交通条件有着重要的辅助作用。应用遥感数据调查城区内现有各种道路分布、长度、宽度、密度现状的目的，是为了研究市域道路交通存在的问题及与城市发展和建设的关系，以及如何通过治理，使道路交通更好地为人民生活和经济发展服务。

3.3.2 城市绿地的遥感调查

由于绿色植物具有明显区别于其他地物的光谱特征，因此，在一定的分辨率范围内，利用遥感技术不仅能够较为准确地判定和量测绿地覆盖情况，而且对判别绿地的类型、结构乃至植物的种类都是十分有效的。遥感数据以分辨率高、覆盖范围大，光谱信息丰富。它在绿地调查中表现在宏观和微观两方面：宏观上监测整个城区绿地的分布结构，评价布局的合理性和可持续发展性，微观上分析和研究城市绿地的数量和质量，以及植被的种类。

3.3.3 水域的遥感调查

随着城市的发展，愈来愈多的工业及生活污水排入城市周围的水体中，使这些水体的水质逐年恶化。由于水质的变化往往引起水的温度、密度、色度、透明度等物理性质的变化，进而导致水体反射波谱能量的变化。这种变化有些可以通过遥感手段监测到，这就是水环境污染遥感监测的物理基础。

一般情况下，水体越深，色调越深，水体越浅，色调越浅；水体含沙量越大，反射率整体提高，色调越浅；水体受污染程度越重，色调越深；静止的水体较深，湍流的河流色调相对较浅。其中河流呈现亮的白色调和灰色调，而公园的人工湖、老城区部分河段以及城郊养殖水塘表现为深色调。

受污染的水域 水库水面

城区河流 鱼塘

3.3.4 城中村的遥感调查

由于历史原因，遗留下来的杂乱无章的城中村、危旧房和一些手续没有办全的地块或者违法建筑,在很大程度上影响了城市的各个方面，利用遥感影像可以快速地获取他们的点位、范围等重要情况。

3.3.5 土地动态监测的遥感调查

进行土地动态监测的遥感调查可以为复核土地变更调查、提供准确的土地利用变化图斑数据；为配合土地执法检查提供技术支持；为监测土地利用规模发展的状况提供资料；为决策部门提供现势性的基础信息。

此外，遥感技术还可以开展很多专题的调查研究，如：1）城市土地利用现状调查；2）城市历史变迁动态研究；3）城市水系调查；4）城市污染源分布调查；5）城市垃圾调查；6）城市热岛效应调查；7）城市在建工地调查；8）城市旧城改造调查；9）城市防汛设施分布调查；10）城市违章建筑现状调查等等。

3.4 遥感信息的GIS应用

GIS（地理信息系统，Geographic Information System）是一门新兴的边缘学科，是一个在计算机硬件、软件和网络支持下对空间信息进行预处理、输入、存储、查询检索、处理、分析、显示和应用的技术体系，是一个在各个领域得到广泛应用的智能化系统。从80年代初开始的二十年间，GIS在我国由探索到实际应用，经历了一个成绩辉煌的发展时期，在许多方面发挥了重要的作用。

我国的GIS研究和应用是以遥感为先导的，而且遥感技术和GIS技术同被列为数字时代的高新技术和核心技术。城市遥感信息是城市空间信息的一部分，也是城市GIS的研究对象。与矢量信息相比较，遥感信息的综合、多层次、多时相、形象直观的优点，可使GIS的分析、显示和决策应用功能能够得到更为生动的表达，其成果使多种层次的使用者如身临其境。有学者预测，随着城市信息化的推进，大量的城市GIS的建设与应用，对城市空间信息的需求将越来越多，人们将面临巨大的信息获取与更新的压力。从技术、经济等角度考虑，遥感技术将成为解决这一问题的最优的和最有发展前景的技术之一。

4 结语

目前，“数字地球”已经成为信息时代的战略制高点，世界各国政府和有识之士正在付出巨大的关注和行动。作为对应策略，我国的“数字中国”规划已经提上议事日程，而作为其重要的组成部分之一的“数字城市”的建设必将扮演举足轻重的角色。城市遥感信息是“数字城市”的多源信息的一个重要的分支，与城市的其它信息相比，有其特点和应用优势。遥感技术也是“数字城市”建设中的关键技术之一。遥感信息的获取与处理技术随着信息时代的到来正在高速发展，人们对遥感信息内在规律的了解也愈加深入，因此，遥感信息在城市领域的应用将越来越广泛，必将推动“数字城市”乃至“数字中国”和“数字地球”的建设，对于提高城市建设的决策、规划和管理水平，提高城市建设的环境、经济、社会等的综合效益，以及城市的可持续发展规划将起到十分重要的作用。

参考文献

1 华瑞林. 遥感制图. 南京：南京大学出版社，1990

2 庄逢甘，陈述彭. 卫星遥感与政府决策. 北京：宇航出版社，1997

3 杜道生，陈军，李征航. RS、GIS、GPS的集成与应用. 北京：测绘出版社

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