遥感技术在城市规划中的应用

遥感技术在城市规划中的应用——遥感读书报告摘要：伴随着现代遥感技术的不断发展和完善,遥感数据具有的信息丰富、准确、现势性强等突出特点,使之成为城市规划中一种重要的潜在的数据源。本文总结了遥感在城市规划中的必要性和意义，介绍了遥感的特点和在分析城市规划布局信息中的应用，并总结了一些应用实例。关键词：遥感；城市规划；空间布局；0遥感在城市规划中的必要性和意义城市是一个多维动态空间结构实体，面临着人口、资源、环境、发展的压力，城市可持续发展是国家、区域实现可持续发展的基础。现代化城市发展是以信息技术、智能技术、自动化技术等为基础的规划与管理，信息化是城市规划与管理发展的必然。遥感影像表达的信息内容十分丰富，包括了人们肉眼可分辨的显性信息和难以分辨的隐性信息以及线划图不能表达或被加工去掉的信息，它不但具有同线划图等量的数学精度，而且可用于专业判读、影像解译、资源调查等。这些综合信息经计算机图像增强处理，加上专业人员的释图，得到各种专题图件，如植被分布图、土地利用现状图等，为城市规划设计提供依据。１遥感数据的特征(1)空间准确性。遥感都是地面物体的真实反映，空间准确。(2)时效性。对于采集到的海量的城市规划数据需要高效、迅速和准确的处理,以便尽快提供给规划师和决策者。(3)多源性。应尽量拓展城市规划数据和信息来源。(4)直观性。城市规划数据应具有较高的可视化程度,有利于规划管理。绘制及更新土地利用地图及专题地图。利用高分辨率的遥感数据可以对许多城市地物在水平方向上进行准确地判读和空间定位,通过影像处理技术提取丰富而准确的土地利用信息,并绘制土地利用图和各种专题地图。这些地图都是进行城市规划管理和研究的重要依据性资料或基础底图。(5)视野广。一幅卫星影像涵盖了广阔的地表范围,如一幅SPOT卫星影像扫描地表的范围是3600km2(60*60km),这样对获取大范围的地表信息和数据极为有利。(6)数字化。卫星遥感数据是数字化信息,可以直接供计算机进行数据的处理、分析和存储,如能够方便快捷地进行面积的量算和统计。(7)多种比例。卫星影像可以制成不同比例(从1:1,000,000到1:50,000)的各种专题地图。2遥感应用于城市空间布局信息分析2.1城市建成区范围及城镇体系分析由于城市建成区范围反映城市的宏观特性,因此,它的分析并不需要很高空间分辨率的遥感图像,相反,空间分辨率过高,在轮廓界线的提取时就需要较多的制图综合。一般来说,TM或SPOT图像用来分析城市建成区范围比较合适,一方面,它能比较精确地反映建成区的范围,另一方面,由于成像过程中存在的制图综合,能较容易地提取出轮廓界线。如果要分析一个城市与周围城市或城镇的关系,同样,选择TM或SPOT图像比较合适,如在上海地区的TM图像上,所有乡(镇)政府所在地的城镇都能明显地反映出它们的大小和形状。2.2城市内部用地结构分析在卫星遥感图像上,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。从TM、SPOT和IKONOS3种不同空间分辨率的卫星遥感图像来看,TM图像适合分析绿地、水域、村镇建设用地及新建的居住用地、道路广场用地等,对其它用地的判读则精度较差;SPOT图像与TM图像相比在能判读的内容上并没有本质上的差异,但详细程度和判读精度要提高;IKONOS图像与前面两种图像比较有本质上的提高,不同城市用地的特征基本上都能在图像上反映出,只要判读人员熟悉区域,就能正确地判读出不同类型城市用地的分布。从其它卫星遥感数据来看,中巴资源卫星(CBERS)数据与TM数据判读效果基本一致;而IRS—1C的全色波段数据与TM多光谱数据的融合图像其判读效果介于SPOT与IKONOS数据之间,一般的道路都能在图像上反映出,能清楚地勾绘新建的住宅用地、有宽大厂房的工业用地、高楼组成的公共设施用地等。2.3建筑密度与建筑容积率分析城市建筑密度图的编制通常是以街区(block)为单位,勾绘出每一建筑物的轮廓界线,并计算建筑物占地面积,街区内所有建筑物占地面积之和与街区面积之比即为建筑密度。在卫星遥感图像上能否勾绘出建筑物的轮廓界线,与建筑物之间的距离及图像的空间分辨率有关。一般来说,建筑物之间的距离要大于图像空间分辨率1.5～2倍,才能在图像上勾绘出轮廓界线,如空间分辨率为10m,则建筑物之间的间距至少要15m才能在图像勾绘出界线。建筑容积率是建筑物地面以上各层面积总和与建筑地块面积之比值。建筑容积率与建筑高度有密切关系,一般来说,高度越高,容积率越大。利用卫星遥感技术获取建筑物的高度信息早在1973年就开始。总的来说有两种方法,落影测量法和立体量测法。落影测量法的原理是有一定高度的物体在太阳光的照射下,会在地面产生落影,落影的长度与建筑物的高度和太阳入射角有关,当我们知道太阳的入射角,并且测量出落影的长度时,就可以算出建筑的高度。2.4城市环境污染分析2.4.1城市大气污染城市大气中的污染物有粉尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、光化学烟雾及含氟、氯废气等。当大气中的烟尘达到一定量的时候,就会对电磁波产生反射,从而在遥感图像上形成浅白色流动状影像特征(可见光波段)。但这种特征的明显程度与烟尘的浓度、排放范围以及遥感图像的空间分辨率有关。如1990年上海幅的TM图像上明显地反映出黄浦江沿岸几个烟尘排放量大的工厂(吴泾化工厂、上海水泥厂、杨树浦发电厂等)所排放的烟尘及扩散范围。热红外数据对城市大气污染监测特别有用。一方面,一些污染源所排放的废气具有较高的温度,在遥感图像上可以判读出主要的污染源;另一方面,地面的热辐射在通过大气层时,要受到大气的影响,大气污染会减少辐射温度,因此,传感器所获得的热红外波段数据的大小与大气的污染程度存在着关系。以往,热红外波段数据主要主要用于探测地表温度,大气的影响作为噪声来考虑。近年来,有一些专家利用热红外波段数据来分析城市的大气环境2.4.2城市水体污染水体污染程度的评价包括对水体中溶解性物质、有机物、固体悬浮物、植物营养物质、重金属等单一污染物的含量分析以及综合分析。水体中污染物的含量变化会改变水体的颜色及水体的光谱反射率,因此有可能利用遥感手段监测水体污染。研究结果表明,可见光和近红外组合起来的多光谱方法,为监测TSS和TRB提供了一个简单而有效的模型。对叶绿素的监测只有在悬浮物浓度小于0.5mg/L时有较好效果,在水体浑浊的情况下,利用SPOT提供的有限的光谱分辨率来确定叶绿素的分布是比较困难的。2.4.3城市固体废物污染城市固体废物主要包括城市生活垃圾、工业垃圾、建筑垃圾及混合垃圾。固体废弃物的识别主要是依据纹理信息,一般来说,只有当固体废弃物的面积大于图像空间分辨率5倍以上才有可能被识别。因此,对TM和SPOT图像,它们所能识别的固体废弃物最小面积分别为22500m2和10000m2,显然这种精度对固体废弃物的调查没有多大意义。对IKONOS卫星图像,它所能识别的固体废弃物最小面积可达到400m2,可以用于固体废弃物调查。3遥感在城市规划中的应用实例3.1下面是应用高光谱遥感对地表材料进行识别和量化，根据直观的光谱特征，可以区分不同的城市地物。这张图是HyMap传感器记录的城市表面材料的反射率，图中可以看到，不同材料在不同波段上的反射率是各不相同的，青色的是聚乙烯屋顶，黄色的是瓦片屋顶，下面两条分别是混凝土和沥青。可以看到，在0.5到1.5微米的波段上，聚乙烯屋顶的反射率最高，沥青的反射率最低。4.2另外在阅读了几篇英文文献后总结的应用遥感对越南首都河内城市化过程的研究。从二十世纪90年代开始，河内的工业开始迅速发展，工业生产总值年均增长率1991-95年在19.1%，1996-2000年在15.9%，2001-03年在20.9%。此外，现已有8个工业园区，正在兴建的有5个大型工业园区，16个中小型的工业群。非国有经济机构快速扩展，据2007年3月的统计资料显示，现有私有营企业48000家。接下来我们就从遥感图像上来看一下这个变化过程。第一张图是1975年MSS传感器的图像，分辨率为80米。由于75年越南战争刚刚结束，多数建筑物都被摧毁，加上分辨率较低的原因，这张图上很难分辨出道路，老城区或者比较大的建筑。但是随着时间推移，城市不断发展，到了1992年，就能够明显看到城市的道路。再看2001年，经济飞速发展，在短短十年城市又出现明显的扩张，出现了棱角分明的建筑和道路。下图反映的是越南首都河内在1992年2001年的城市扩张，里面白色的边界是1992年的，外面的绿色的边界是2001年，绿色的箭头是扩张的方向。东部由于河流的阻挡，所以无法扩张。根据统计数据，遥感数据记录下来的用地比例的改变，在GDP上也有所反映。随着城市扩张，农业用地的减少，工业GDP增速从1996年至2000年约为15%每年，而农业GDP增速在1996年为5.13%，到了2000年为3.8%。可以看到，在这近三十年中，河内城市面积从1000公顷发展到6000公顷。通过不同时相遥感图像的组合、加工、处理获得地物动态变化信息的技术。变化检测的方法一般可分为两大类:基于影像分类,如分类后比较法和多时相图像分类法;基于单个像元波谱变化,如彩色合成法、图像代数运算法、多时相组合数据法、变化向量法、两值变化掩膜法等，通过影像处理技术提取丰富而准确的土地利用信息,并绘制土地利用图和各种专题地图。这些地图都是进行城市规划管理和研究的重要依据性资料或基础底图。5结论多传感器和多时相的遥感数据对于评估城市动态发展、合理规划城市用地具有非常重要的作用遥感研究应用已开展多年,遥感技术是综合了解城市基础资料的最有效手段,近年来人们系统地利用遥感技术搭建辅助城市规划编制分析、研究及管理的专用技术平台,在利用新技术与城市规划结合研究城市问题领域提出了系统框架与理论方法,并使之付诸于规划实践。定期开展城市遥感综合调查,可为城市规划、管理和建设提供重要的资料,同样,对其他如土地、水利、环境、园林、旅游等开展综合调查,提供决策依据。对保持城市可持续发展具有重要的意义。随着工作的逐步扩展和深入,相信遥感技术在我国各个城市的建设中必将发挥更大作用。参考文献：[1]吴健平,张立.卫星遥感技术在城市规划中的应用[J].遥感技术与应用.2003(02):52-56.[2]刘平.遥感技术在城市规划中的应用[J].山西建筑.2008(05):353-354.[3]吴晓莉.利用遥感技术拓展城市规划数据源[J].新技术应用.2001(08):24-33.[4]李永鑫,赵建楠,徐新.遥感信息在城市规划与管理中的应用与展望[J].科技论坛.2001(08):48-48.[5]郑雪玉.浅析遥感技术在城市规划管理中的应用[J].福州建筑.2010(07):1-2.[6]刘波,黄凤,邓军.遥感技术在城市规划中的应用[J].山西建筑.2011(08):211-212.[7]HaiMinhPhama,YasushiYamaguchi,ThanhQuangBuib.Acasestudyontherelationbetweencityplanningandurbangrowthusingremotesensingandspatialmetrics[J].LandscapeandUrbanPlanning.2011.100:223-230.[8]Katayama,R.AfeasibilitystudyonevaluationofdistrictenvironmentalmethodusingremotesensingofTM&IKONOSdataforhealthycity3-AcasestudyinurbanareasofTokyoBay2001[A].GeoscienceandRemoteSensingSymposi