遥感信息在城市规划中的应用与展望

　　[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
Abstract:UrbanRemoteSensingInformationisoneoftheurbanresources.ThispaperdescribesthemethodsandsituationofapplicationoftheRemoteSensingInformationinurbanplanningandmanagement,analysessomepracticalquestions,andpreviewsitsprospects.
Keywords:RemoteSensing;urbanplanning;application

一、引言
遥感技术（RemoteSensing）是一门建立在空间科学、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目标可以归纳为：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，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。

二、遥感资料的制图应用
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。
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SPOT5和美国IKNOS、QUICKBIRD卫星影像的地面分辨率分别达到2.5m、1m、0.61m，据估计，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。因此，航天遥感制图应用也更为活跃，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。
用于遥感影像处理的专业软件如Erdas、PCI、ENVI、ErMapper等都来自国外，软件比较成熟，功能较多，并且有些软件还将卫星传感器的参数引入影像处理中，以提高精度。近几年国产化遥感影像处理专业软件相继涌现，如ImageInfo、IRSA等，为遥感影像的广泛应用提供了具有自主知识产权的、高性价比的实用工具。

（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。正射影像图制作的优势在于，生产周期短、成本低。
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。目前，由于计算机技术和影像处理技术的发展，以数字形式存在的影像图件在生产技术上日趋成熟并不断完善，已经占据主导地位，并与方兴未艾的城市 GIS 技术相得益彰，应用广泛。特别是数字影像图在色彩处理方面的优越性，使其更具应用价值。
利用正射影像图勾绘地物图形进行地形图生产，就是曾经广为应用的像片图测图，这种技术现在仍然有其生命力，2000年实施的“数字海淀城市智能管理信息系统”就是利用城市航空遥感制作的1:2000正射影像图实现地物信息的勾绘并建立系统数据库的。从2002年开始，北京市每年都进行航空摄影，并利用航摄资料制作大比例尺数字正射影像图，逐渐积累将会形成一个记录北京市城市年度变化的信息丰富影像图库。同时，由于城市基本地形和像控点数据变化较小，形成了有效的可持续利用的DEM和像控点库，使正射影像图生产更为经济和快速。
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。

三、遥感影像资料的规划设计应用
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，而遥感影像图在规划设计中的应用仍然举步维艰。1992年开展中德技术合作时，国内第一条完整的正射影像图生产线在建设部建成，建设部曾发文推广正射影像图在城市规划设计中的应用，但收效甚微。究其原因主要是，尽管城市大比例尺正射影像图或影像地形图对于城市规划设计的辅助作用要优于线划地形图，但其在城市规划设计及管理方面的应用没有形成易操作的技术思路和方法，没有充分地展示其功能特点和未来发展趋势。1996年完成的建设部科研课题《广州市大比例尺数字正射影像图制作及在城市规划中的应用》研究，应用航空摄影资料制作2054幅1：2000数字影像图和504幅1：5000伪彩色数字影像图，并建成区范围调查、绿化覆盖率调查、水系调查、重大违章建筑的监测等方面开展应用研究，取得了较好的效果，这是国内第一个大范围大比例尺正射影像图生产和应用的实例，是一次有益的、意义深远的成功尝试。
最近几年，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。

四、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。

遥感图像资料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资料。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，它们是地表反照率的函数，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，虽然其分辨率有限，但对于宏观定性分析，有着重要的作用与价值。从七十年代中期开始，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资料进行人工判读识别，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等有现实借鉴价值的建议。

国土资源部将土地利用动态遥感监测列入新一轮国土资源大调查“一项计划、五项工程”中，对全国66个人口50万以上的城市进行土地利用变化监测，其成果直接应用于国土资源调查、耕地保护、规划和土地执法检查、土地利用管理及检查各地统计数据的可靠性，为土地管理的依法行政提供了真实可靠的信息支持。该项目最初是利用TM遥感数据，现在已经发展到利用分辨率为2.5m的SPOT5卫星遥感数据，使监测信息更为准确，定量分析的置信水平更高。项目从1999年开始，目前仍在进行中。北京市于2001年开展了基于卫星遥感影像的土地利用详细调查工作，摸清了城市土地利用现状，为规划和土地管理决策提供了可靠的依据。建设部于2002年底开展全国城市规划监管和国家重点风景名胜区监管项目，也是利用2.5m、1m、0.61m等分辨率的卫星遥感数据与地形、规划数据进行比对，发现和监管违法违规的建设活动，应用效果非常显着。

五、遥感信息的GIS应用
GIS（地理信息系统，GeographicInformationSystem）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。

六、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。