遥感技术在数字城市建设中的应用

遥感技术在数字城市建设中的应用--讲座报告摘要：随着现代遥感技术的不断发展和完善，遥感数据具有信息丰富，准确，现势性强的突出特点，使之能为数字城市建设中一种重要的工具。通过听取几位遥感方面院士的讲座，进一步了解了遥感的特点以及在建设数字化城市方面应用，并总结了一些应用实例。关键字：遥感，数字化城市，遥感数据1遥感的定义遥感通常是指通过某种传感器装置，在不与研究对象直接接触的情况下，获得其特征信息并对这些信息进行提取、加工、表达和应用的一门科学技术。作为一个术语，遥感出现于1962年，而遥感技术在世界范围内迅速的发展和广泛的使用，是在1972年美国第一颗地球资源技术卫星（LANDSAT-1）成功发射并获取了大量的卫星图像之后。近年来，随着地理信息系统技术的发展，遥感技术与之紧密结合，发展更加迅猛。遥感技术的基础是通过观测电磁波，从而判读和分析地表的目标以及现象，其中利用了地物的电磁波特性，即“一切物体，由于其种类及环境条件不同，因而具有反射或辐射不同波长电磁波的特性”，所以遥感也可以说是一种利用物体反射或辐射电磁波的固有特性，通过观测电磁波，识别物体以及物体存在环境条件的技术。在遥感技术中，接收从目标反射或辐射电磁波的装置叫做遥感器（RemoteSensor），而搭载这些遥感器的移动体叫做遥感平台（Platform），包括飞机、人造卫星等，甚至地面观测车也属于遥感平台。通常称用机载平台的为航空遥感（AerialRemoteSensing），而用星载平台的称为航天遥感。2遥感技术特点2.1可获取大范围数据资料遥感用航摄飞机飞行高度10km左右，陆地卫星的卫星轨道高度达910km左右，从而可及时获取大范围的信息。例如，一张陆地卫星图像，其覆盖面积可达3万多平方千米。这种展示宏观景象的图像，对地球资源和环境分析极为重要。2.2获取信息的速度快、周期短由于卫星围绕地球运转，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测，这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。例如陆地卫星4.5每16天可覆盖地球一遍，NoAA气象卫星每天能收到两次图像。Meteosat每30min获得同一地区的图像。2.3获取信息受条件限制少在地球上有很多地方的自然条件极为恶劣，人类难以到达，如沙漠、沼泽、高山峻岭等。采用不受地面条件限制的遥感技术，特别是航天遥感可方便及时地获取各种宝贵资料。2.4获取信息的手段多，信息量大根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段和遥感仪器来获取信息。如可采用可见光探测物体，也可采用紫外线、红外线和微波探测物体。利用不同波段对物体不同的穿透性，还可获取地物内部信息。如地面深层、水的下层、冰层下的水体、沙漠下面的地物特性等，微波波段还可以全天候地工作。3数字化城市的概念“数字城市”是从“数字地球”这一概念演化而来的，它是城市信息化的战略目标和城市现代化的重要标志。建设“数字城市”，既是城市发展不可逆转的趋势，也是加快城市现代化建设、增强城市综合竞争力的内在要求和必然选择。构建“数字城市”，将会改变人们传统的生产和生活方式，丰富人们的物质文化生活，从而达到服务人、发展人和保障人的目的[1]。“数字城市”是以信息技术为支撑、以信息产业为主导、以信息服务为中心的一系列数据库和信息系统的一种城市发展模式。从技术角度来讲，数字城市是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用3S技术（遥感技术、地理信息系统技术、全球定位系统技术）、遥测、虚拟现实技术等，对城市的基础设施、功能机制进行自动采集、动态监测管理和辅助决策服务的多分辨率、多尺度、多时空和多种类的技术系统。“数字城市”是信息科学、空间科学等现代高新技术与地球科学交融的前沿，一些关键技术对实现“数字城市”起着至关重要的作用。全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）为城市空间地理信息的定位与测量提供先进手段；遥感（RemoteSensing，RS）技术是“数字城市”基础数据采集与更新的重要手段；地理信息系统（GeographicInformationSystem，GIS）通过采集、组织和处理在城市规划、设与管理中加以应用；海量数据处理技术是对海量数据进行快速、高效地存取、运算和传输的技术，它是实现“数字城市”的重要基础；数据仓库是“数字城市”整合信息资源的重要载体，也是“数字城市”实现信息共享的基础平台；数据挖掘是“数字城市”中各类信息系统向人们提供决策支持服务的有力工具；数据融合是“数字城市”整合信息资源、实现信息共享的重要技术手段；虚拟现实是对“数字城市”进行可视化虚拟表达的关键技术手段；互操作是“数字城市”实现信息共享和系统集成的重要技术途径；超链接是人们对“数字城市”进行信息浏览的重要技术支撑。4遥感技术在数字化城市中的应用和实例遥感技术作为一种在不直接接触的情况下，对目标物或自然现象远距离感知的一门探测技术，既可以快速、准确地获取城市发展、建设的有关信息，也可以全面、高效、实时地了解城市的发展变化。正是由于这种有别于以往任何常规方法的优势，遥感技术已被越来越广泛地运用到城市建设的各个领域中[3]。遥感作为一项关键技术之一，在“数字城市”建设中具有巨大的作用。1）城市基础地理数据的获取。城市基础地理数据包括数字地图、正射影像图、数字线划图、数字高程模型、数字专题图和各种专用地理信息数据等。数字城市建设需要大量的基础地理数据，利用遥感技术可制作不同种类、各种比例尺的专题图或影像图，以满足不同使用者的需求，加快城市数字化的进程。2）城市土地利用现状调查。目前，城市用地类型可分为居住用地、公共设施用地、工业用地、仓库用地、对外交通用地、道路广场用地、市政公用设施用地、绿地、特殊用地、水域和其他用地10大类。在实际工作中，我们可以根据不同的应用需求，进行相应类型的遥感调查，获取相应的遥感资料，利用变化检测技术，既可绘制出土地利用现状图和演变图，也可自动测算出该区域内用地面积和分布、变化情况。城市规划者可根据资料，判断城市布局是否合理、绿地是否足够等，为城市制订相应的规划和管理方案。3）城市环境实时监测的实现。环境问题是城市的主要问题之一。数字城市建设的目的就是让人们及时掌握城市的环境状况。环境质量是指城市各环境要素本身及其组合受到污染影响的程度。随着环境遥感的兴起，使得遥感技术在这方面发挥了很大的作用。目前，城市环境质量调查的主要内容是固体废弃物污染、大气污染、热污染和水污染。一是固体废弃物调查。由于固体废弃物自身的物理化学分解作用，其温度一般比周围地面的温度高，所以在航空热红外图像上表现出明显的色调特征，从而可以利用遥感图像对固体废弃物进行有效地调查。二是大气污染调查。根据遥感影像特征，可对各种污染源的分布、污染物的扩散途径进行调查。例如，通过遥感影像可以直接统计出市区所有锅炉的分布、数量和道路上汽车的数量，并求出其与烟尘、废气排放量之间的相关系数。还可考虑城市气象、地形、风速、风向、绿化等多方面因素，结合实地观测数据，对城市大气污染程度进行测定。三是热污染调查。城市热污染主要包括由于臭氧层被破坏致使“温室效应”和表现为城市市区温度高于郊区的“热岛效应”。通过影像判读分析，可以查明城市热源、热场位置和范围，并对城市热岛的分布规律、形态特征等进行研究。从而达到对城市热环境进行科学合理的规划和管理目的。四是水污染调查。由于溶解或悬浮于水中的污染物成分、浓度不同，使水体的颜色、密度、透明度和温度产生差异，导致水体反射率发生变化，因而在遥感图像上表现出色调、灰阶、纹理特征等方面的差别。因此，城市管理者可根据这些遥感信息，判断出水体污染的分布、类型及程度，从而调整城市的不合理布局，整治和关闭污染超标企业。4）城市化进程及人口的动态监控。在定性、定量、定位地调查了城市各种土地利用现状后，可迅速而准确地获得城市的总建筑密度、住宅房屋密度等城市用地特征参数。通过对比遥感卫星提供同一地区不同时相的影像数据，可以从宏观上把握城市动态、发展趋势。而城市居住建筑密度与人口分布密度往往有着某种必然的联系，也可以将住房密度作为变量用于人口普查、人口统计学等方面的研究，从而为国家人口普查提供一个方便、快捷、精确的辅助手段。4结束语随着全球城市化的加速，“数字城市”的建设步伐必将逐步加快，显然人们已经意识到遥感技术在城市现代化和管理科学化中有着不可比拟的优势，将会在“数字城市”的建设中发挥巨大的潜力，在这方面，遥感设备性能的不断提高也有赖于遥感数据处理技术的不断进步。随着“数字城市”的推进，遥感技术必将成为政府部门不可或缺的强有力的技术手段。作为一名正在学习遥感技术的研究生，应该要时刻关注遥感技术的发展，站在最前沿的角度，学习最新的遥感技术和遥感应用，不断储备自己的知识量，为以后能将遥感技术作用于社会发展奠定基础，希望自己能够不断努力，早日达成目标。参考文献：[1]江绵康.“数字城市”的理论与实践[D].上海:华东师范大学,2006.[2]鲁欣宇,郝成元.数字城市中的遥感技术[J].太原科技,2007(12):56-58．[3]吴贤宇.试谈城市遥感[J].科技广场,2006(7):119-120．[4]尤红建,苏林,李树楷,等.面向“数字城市”的遥感信息获取与处理系统[J].国土资源遥感,2003(1):1-4．[5]成永生,陈松岭.论遥感与数字城市建设[J].国土资源导刊,2004(2):5-6．[6]李德仁.数字省市在国土规划与城镇建设中的作用.测绘通报,2002(6):6211