遥感在城市建设中及应用.doc

遥感在城市建设中的应用遥感在城市建设中的应用周 贵 强 (贵阳市测绘院 贵阳市遵义路4号 550002)摘 要：本文在简单阐述遥感的基本原理和分析方法的基础上，着重说明了遥感在现代城市建设中的应用。文章主要从城市测绘、城市规划、城市公共安全系统、城市环境监测等方面来举例说明。最后简单说明遥感与城市地理信息系统的关系。关键词：遥感 地理信息系统 城市建设在信息时代，城市建设与信息技术密不可分，更离不开地球科学的支持。3S（遥感RS、地理信息系统GIS、全球定位系统GPS的简称）技术使地球科学得到前所未有的发展和广泛的应用。随着遥感技术的不断发展和成熟，它已经成为获取地球表面信息的最重要方式。在现代城市建设中发挥着重要作用。一、遥感的基本原理及分析方法遥感（Remote Sensing），即“遥远的感知”。即远距离不接触“物体”而获得其相关信息1。遥感通过电磁波、力、声波等形式采集数据。应用最多的是以电磁波方式获取数据。因此，遥感的理论基础是电磁辐射与地表的相互作用。电磁波遥感分为被动遥感和主动遥感。被动遥感主要利用太阳辐射能通过照相机或多光谱扫描仪记录地表反射或发射的电磁辐射；主动遥感人为发出电磁能量，并记录其返回的辐射能，常见的雷达就属于主动遥感。其中，主动遥感的过程大致如下：太阳辐射能通过大气传播（衰减）部分到达地面的辐射波段与地表物质相互作用再次进入大气传播被遥感仪器记录地表反射或发射的电磁辐射得到图像数据对图像数据进行处理、分析、解译得到各种信息产品分发给不同应用部门进行使用。地球表面特征十分复杂，不同波段的能量到达地表后，被选择性地反射、吸收、透射、折射等。即使同一物体在不同状态下与电磁波的作用都不尽相同。遥感正是利用物质对电磁波的不同作用表现，进行大量的实验研究后，得到不同物质对电磁波的响应关系，从而能够通过对记录的电磁波谱特征进行反解得到地球表面的信息。对遥感图像的分析处理的方法主要是目视法、计算机自动处理、人机交互法。处理方式按照遥感解译的组织方法和实施条件可以分为：（1）野外解译在实地进行图像解译；（2）飞行器目视解译在飞机上识别地物；（3）室内解译；（4）综合解译以上两种以上的方式相结合。通过各种方法，结合相关地学知识及专业知识，可以从对遥感图像的处理、分析中得到地理基础信息和用于不同部门的专题要素信息。我们正是利用遥感快速获取的地理基础信息和各种专题要素信息来为城市建设提供科学决策依据和基础资料。下面浅谈遥感在城市建设中的应用。二、遥感在城市建设中的应用1、 遥感在城市测绘中的应用。随着遥感技术的不断发展和提高，遥感卫星的地面分辨率已经达到前所未有的精度。如SPIN-2拍摄的影像达到2米分辨率，IKONOS和ORBVIEW数据的地面分辨率为1米，QUICK BIRD空间分辨率达到0.6米。随着遥感卫星地面分辨率的不断提高，精准遥感的应用也越来越广泛。城市测绘正是需要利用高精度的卫星遥感图像进行城市基础地理数据的获取。城市的典型地物主要有植被、水体、道路、建筑物等。高分辨率卫星遥感影像可以准确识别各种植被、道路质地（水泥路、沥青路等）以及不同材料的屋顶的建筑物等。目前、利用高精度卫星遥感影像图实现了大比例尺地形图的更新，大大提高了城市基础地理数据的更新能力。一些部门已经开始利用卫星遥感图像进行1：5000地形图测量的尝试和应用。近年发展起来的干涉合成孔径雷达技术(INSAR)，提供了获取地面三维信息的全新方法,即利用干涉雷达提取地形数字高程模型(DEM)2。该方法具有全天时、全天候、不受云雾等恶劣天气影响的特性，极大地方便了城市基础数据的更新,将在获取城市地面三维信息方面发挥巨大作用。2、 遥感在城市规划中的应用城市规划是城市建设与发展、管理的基本依据，它的主要任务是协调城市的自然与社会属性，根据城市的具体情况，结合国民经济长远规划和区域规划，制定城市的性质、发展方向和规模以及整体布局、各项建设发展的原则要求3。在城市规划中，现势性的基础资料对规划部门和规划人员十分重要。传统的基础数据的获取需要大量的人力、物力和时间。特别是近年来我国城市发展十分迅速，不少城市都进行了大量的房屋建设和道路修建，城市规模不断扩大。许多基础资料的更新跟不上城市的发展速度，因此采用传统测量的方法获取基础数据跟不上规划的需要。利用高精度的遥感图像进行分析，可以更新基础数据，并提取规划要素的专题信息，为城市规划提供精确的、现实性强的基础数据。并可利用遥感卫星图像编制高精度的城市正射影像图，为规划人员提供直观的城市现实景观。利用SPOT影像可制作10m分辨率的数字正射影像图，利用IKONOS影像可制作4m和1m分辨率的数字正射影像图等2。以高精度的遥感图像通过相关的专业软件处理,并套和到高精度的DEM(数字高程模型)上进行校正,以GIS为基础虚拟现实,规划人员可以将规划设计成果放在虚拟现实系统中进行检验、修改、评估等，极大地方便了城市规划的决策和实施。国外一些国家已经将遥感技术引进城市规划的编制过程中3,这充分说明了遥感技术在城市规划中的重要作用。 3、遥感在城市公共安全系统中的应用 遥感在城市公共安全方面的应用主要包括城市交通系统、应急系统（110、119、120等）、防洪系统、突发公共安全事件（如：突发流行病、突发自然灾害）等等。 在交通方面，获取同一瞬间市区总体交通状况，分析不同地段的机动车密度、流量、平均车速及其空间分布规律。特别是获取车流高峰时期的数据，有利于分析出城市交通堵塞的主要原因。 在应急系统方面，主要是利用遥感图像结合GIS,GPS为应急指挥决策提供服务。获取遥感图像，建立图像数据库，结合GIS数据库，利用GPS进行精确定位，对发生应急事件的地区进行分析，以便做出最快速、最有效的措施。如：120指挥中心接到求救电话，立即进入应急系统，查询求救者的位置，将GIS矢量数据叠加到相应的遥感图像上，可直观、准确地知道求救者的地点与周边环境的关系（包括与周边医院的位置关系、道路交通状况等），指挥中心可根据系统分析迅速做出营救方案。 在突发公共安全事件方面，遥感也发挥着重要作用。在利用遥感研究流行病学方面，已经取得了许多成果。遥感作为一种流行病学研究的信息源，尤其在获取有关社会、经济状况的基础数据方面十分有益。它已经被世界卫生组织确认为“人人享有健康”的全球战略的关键之一4。 4、遥感在城市环境监测中的应用城市环境监测主要包括空气质量监测、水资源监测、城市绿化植被的检测、土地利用监测、城市热岛效应的调查等。环境质量的好坏直接关系到城市的居住环境和人们健康生活水平的问题。利用遥感技术，可以监测城市废气、废水、废渣的排放情况。空气质量监测主要是通过遥感图像圈定污染源，一般通过图像判断烟囱的高度，推测其对大气污染程度；另一种方法就是通过对城市植被遥感影像来判断空气污染程度，因为植被被污染后、叶绿素会发生变化，对光谱做出不同特征的反应。 水资源的监测，主要是通过遥感图像来监测水污染情况。可以通过遥感图像上水体的颜色和位置来判断水体受污染的情况。水体受污染时，其影像的色调、表面亮度值都会发生变化。遥感也用于监测城市绿化、土地利用情况。通过对遥感图像处理，可以得到土地使用变化图，从而时时监测违规用地等。这对于城市土地使用管理部门和执法部门是一个很好的工具。现代遥感技术的勃兴,为全面分析、研究热量资源和热场分布变化提供了无比优越的先进手段。TM热红外图像是用卫星遥感方法研究城市热岛现象的最有价值的资料3。地表温度变化，会使得其辐射变化，从而影响图像灰度变化。因此通过图像的色彩可以全面研究城市热岛效应。 遥感除了在以上城市建设中的的应用外，还有许多应用。如人们根据遥感获得土地利用现状图的基础上，运用GIS技术，建立城市土地利用与人口空间数据库，进行居住人口密度估算5。总之，遥感技术的不断创新，其在城市应用领域也将不断创新。遥感将在城市建设、城市信息化方面发挥重要角色。三、遥感与GIS的关系在谈到遥感在城市建设中的应用问题时，我们不得不介绍遥感与GIS的关系。因为GIS在城市建设中的作用也是举足轻重的，而遥感对GIS来说又是密不可分的。二者中是“你中有我，我中有你”。在城市建设的许多应用中，遥感和GIS都是相互结合使用的。他们之间的互补性主要表现在三个方面：(1) 遥感可以作为地理信息系统(GIS)的数据源；(2) GIS数据集可帮助提高遥感解译质量；(3) 遥感数据与GIS数据可一起用于环境建模与分析6。由于遥感具有全天候、覆盖范围广、重复覆盖周期短、获取信息现势性强等优点，成为更新地理信息系统数据的重要手段。遥感图像在虚拟GIS方面发挥重要作用，将遥感图像和DEM进行配准，用于虚拟现实，具有十分巨大的应用前景。现在不少的城市三维景观、城市管网系统、城市房地产管理等都使用虚拟GIS技术进行管理。不少大型水利设施的选址、规划设计、分析等都运用这项技术。同时，遥感技术的发展和应用分不开，正是应用需求促使了遥感技术的不断进步。GIS 的广泛使用，也给遥感的发展带了机遇，不仅提高了遥感图像解译的质量，也为遥感技术的进步提出了要求。从而促使遥感技术的飞速发展。总之，遥感技术和GIS技术是密不可分的，两者是互相补充、互相促进。在现代化建设中，发挥着巨大贡献，是城市建设和发展的先进技术手段。 参考资料：1 赵英时等。遥感应用分析原理与方法。科学出版社出版。2 朱武。卫星遥感与测绘。航天技术与国民经济，2000.11。3 张碧帆。遥感技术在城市研究方面的应用探讨。现代测绘，2005.6，28（