遥感技术在城市建设中的应用

分类：建筑设计论文发表 时间：2011-04-12 09:05 关注：(1)

遥感技术在城市建设中的应用
 吕军芬
摘 要：本文简要阐述了遥感技术发展概况，论述了遥感技术在城市规划、城市专题调查和“数字城市”建设中的应用途径和现状，分析了遥感在应用实践中的技术优势，展望了遥感技术在城市建设领域的应用前景。
关键词：遥感技术 城市规划 城市专题调查 “数字城市”
1 引言
遥感技术（Remote Sensing）是一门建立在空间科学、电子技术、光学、计算机技术、信息技术等学科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、航天技术的飞速发展而不断提高与完善，服务领域涉及各行各业，具有广泛的应用价值、良好的经济效益和巨大的生命力。
遥感技术是城市建设中获取信息的重要手段之一，具体应用可以归纳为：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，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科学依据。
2 遥感技术发展现状
目前，我国航空航天事业得到了跳跃式发展，无人飞机的技术趋于成熟，各类资源卫星的不断升空，为人们认识自然和改造自然提供了科学的技术和方法。航空航天遥感传感器数据获取技术趋向三多(多平台、多传感器、多角度)和三高(高空间分辨率、高光谱分辨率和高时相分辨率)。遥感技术已经突破了仅能进行定性分析的局限，跨入定性和定量分析的新水平。
目前，国外的卫星资源主要有： QuickBird（快鸟）、IKONOS、OrbView，WorldView、SPOT等；国产的卫星资源有：资源一号、资源二号等。
航天遥感制图应用活跃，展示出非常好的前景，在国土资源调查、土地利用监测、城市规划监测、自然灾害监测、林业和农业普查中有了典型应用。高分辨率卫星遥感影像可以提供立体像对，用于直接生成DEM 资料，还可以进行大比例尺地形图的获取与更新测绘。目前我国能够研制与生产各种对地观测卫星、各类遥感仪器与空间信息处理设备，许多设备达到国际先进水平；多层次遥感数据获取、数据分析与处理、遥感数据综合应用的能力已基本形成。我国已建立以气象卫星系列、资源卫星系列、海洋卫星系列和环境与灾害监测小卫星群组成的长期稳定运行的卫星对地观测体系，实现对中国和周边地区以及全球的陆地、大气、海洋立体动态监测。我国已经建立国家级遥感卫星数据接收和服务系统：国家卫星气象中心、中国遥感卫星地面站、中国资源卫星接收系统和国家卫星海洋应用中心，另外许多应用部门建立了数据地面接收站。
航空遥感根据不同的应用目的，选用的传感器有：航空摄影机、多光谱扫描仪、热红外扫描仪、CCD像机等，获取数据包括：航摄像片和扫描数据。目前，航空遥感对地定位趋向于不依赖地面控制。在已成功用于生产的全自动化GPS空中三角测量的基础上，定位定向系统POS是基于全球定位系统GPS和惯性测量装置IMU的直接测定航片外方位元素的现代航空摄影导航定位系统，可用于在无地面控制点或仅有少量地面控制点的情况下进行航空对地遥感定位和影像获取，从而可实现定点摄影成像和无地面控制的高精度对地直接定位。在航空摄影条件下的精度可达到dm 级，在卫星遥感的条件下，其精度可达到m级。该技术在我国很多省份已经得到推广应用，改变了目前摄影测量和遥感的作业流程，从而实现实时测图和实时数据库更新。可用于快速生产数字高程模型DEM和数字正射影像DOM，也可用于城市三维建模、自然灾害评估、各类资源调查、海洋监测和突发事件的应急保障等方面。
随着遥感技术对人类生活的影响，得到了各行各业的青睐，同时由于国力的提升和技术的改进，使用遥感技术的成本也越来越低，甚至比常规的作业流程更要节约，减少了大量的人力、物力和财力的消耗，同时也更加安全可靠，为和谐社会的发展起到了一定的保护作用。
目前，用于遥感影像处理的专业软件国外有Erdas、PCI、ENVI、Er Mapper等，国内有ImageInfo、IRSA等，为遥感影像的广泛应用提供了基础工具。
3 遥感技术在城市规划中的应用
往常，城市大比例尺地形图是城市规划设计、管理中主要使用的一个图种，而现在，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占据主导地位，其直观、实时的特点被城市规划行业认同并在应用实践中得到进一步发掘，满足了城市经济的飞速发展的需求，而其生产市场也日益扩大。
在城市规划设计、建设和管理中，需要真实、直观、实时地了解城市的地形地貌及环境状况，因而对数字高程模型、数字景观模型和正射影像等数据的需求日益增多，利用遥感技术进行此类数据的生产，在技术上已经十分完善。实践中人们认识到，应用航空遥感技术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，消耗了大量的人力和物力。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，以辅助总体规划设计与建设的参与者及决策者开展相关工作。随着科技的不断进步，城市景观数字模型的衍生产品，城市数字三维模型和城市三维电子地图也得到了长足发展和应用，让管理和决策者实现身临其境的感受，更加直观的进行城市规划管理。
随着无人飞机技术的成熟，结合遥感技术，在城市局部规划中，可以实时、准确的提供正射影像资料，一方面减少了实地测量所带来的人力、物力和财力上的过度浪费，同时也为规划和决策者节约了大量的时间。同比地形图数据，更直观的反应了局部特征，可及时的进行微观调整，避免了不必要的重复劳动和损失。
除此之外，航天遥感技术的飞速发展，在城市规划中，可以实时接受地面影像数据，经过技术处理，可快速得到正射影像数据,对规划设计和建设管理上，做到实时跟踪控制，为决策和调控提供了强有力的基础保障。
4 遥感信息在城市专题调查中的应用
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。
遥感图像数据是地表光谱特征通过大气层的传播，被航空或航天传感器接收记录为光谱数据，或直接反映在感光介质上成为像片数据。不同的地表覆盖，不同的地物特征，反映为遥感资料的不同色度值、亮度值，为计算机自动分类和准确的目视判读提供了可能，从而提高调查工作的效率和效益。
卫星遥感信息覆盖的范围大，对于宏观定性分析，有着重要的作用与价值。从20世纪70年代中期开始，我国就利用陆地卫星像片开展区域地质调查以及土地资源调查。现在卫星传感器的种类很多，分辨率大大提高，其信息可应用于大范围的区域规划，尤其城市群的规划建设，有巨大效益。应用遥感技术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)城市道路网络及附属设施调查；5)城市污染源分布调查；6)城市垃圾调查；7)城市热岛效应调查；8)城市绿化现状调查；9)城市在建工地调查；10)城市旧城改造调查；11)城市防汛设施分布调查；12)城市违章建筑现状调查；13）城市新增建设用地及违法占地调查等等。由具有遥感信息判读经验的技术人员，对包括卫星遥感影像、彩红外影像、多光谱扫描影像以及历史遥感影像等数据进行人工判读对比识别，结合计算机模式识别与分类等专门技术提取相应的专题信息，然后进行实地调查核实,确定研究对象的性质、特征以及规模等。综合各专题的调查研究，制作专题图件，总结和分析城市建设的成就以及存在的问题，揭示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，提出对于城市可持续发展规划与管理决策有现实借鉴价值的建议。
国土资源部从1999-2004年，利用1m分辨率的航空正射影像图进行了全国土地更新调查工作。于2007年-2009年，开展了基于卫星遥感影像的全国土地利用现状大调查工作，本次调查采用了Quckbird(快鸟) 0.61m的高分辨率卫片，准确的摸清了全国城市土地利用现状，为规划和土地管理决策提供了可靠的依据。并于2009年8月开展了全国一张图工程，利用各种卫星遥感资料，准确实时的进行地类变化监测和建设用地使用状况监测，为全国土地执法检查提供了依据，实现了“以图管地”的新型管理手段。与此同时，各省都利用了遥感资源和技术，进行综合管理，河北省于2006年就开始进行土地资源动态监测，每年更新一次，及时、准确的获取土地利用、建设用地使用、矿产资源、地质灾害区域现状和海洋资源等等信息，为河北省经济建设保障和重大决策作出了强有力的支撑。
5 遥感技术在“数字城市”中的应用
随着经济的发展，信息时代悄然到来，人类已经进入数字生活时代。“数字城市”成为信息时代的必然产物。它也成为人们热议的话题和城市长期发展目标，世界各国都正为此付出巨大的关注和行动。我国的“数字中国”工程也已在逐步实施，而作为其重要的组成部分之一的“数字城市”建设扮演着举足轻重的角色。遥感技术则是“数字城市”的多源信息获取的一个重要的手段。
“数字城市”的基础工程为城市地理信息系统(Urban GeographicInformation System，UGIS)，它是为城市建设、城市规划、城市管理提供空间型信息服务的一项工程。UGIS 的实现是由城市各个职能部门和各有关行业实体，各个专题系统以一定方式集成的整体。城市遥感技术所获得的信息则为城市空间信息的一部分。与其它信息相比较，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。从技术、经济和试点实践等角度，遥感技术已成为建设“数字城市”最优的和最有发展前景的技术之一。
从2006年开始，石家庄市就成为了“数字河北”的开路先锋，利用航空遥感手段和低空摄影技术，获取了大量信息，搭建“数字石家庄”信息系统，该项工作正在进行中，完成后，依然利用遥感技术，可以实时进行信息更新，为石家庄的经济发展和远景规划提供了基础依据。河北省还利用5m分辨率的正射影像图，建立了河北省三维模型，搭建了“数字河北”的基础框架，现正在开展使用2.5m分辨率的spot5影像进行系统更新，局部重点地区使用0.61m分辨率的Quckbird影像，这为政府的宏观调控和决策提供了身在其中，管理其地的直观平台，促进了环渤海京津冀经济发展圈的大步发展。
6 结语
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，人们对遥感技术的了解也愈加深入，因此，遥感技术在城市建设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] 朱庆，林珲.数码城市地理信息系统.武汉大学出版社，2004.
[2] 李德仁.摄影测量与遥感概论.测绘出版社，2006.
[3] 邵振峰.城市遥感.武汉大学出版社，2009.
[4] 肖建华、罗名海，城市基础地理信息集成与综合管理，中国地图出版社，2007