城市遙感技術(shù)的應(yīng)用與展望

摘要：城市遙感技術(shù)為全面、高效、實時地了解城市的發(fā)展變化提供了有力的技術(shù)支撐，它逐漸滲透到城市建設(shè)和研究的各個領(lǐng)域，在城市規(guī)劃管理中的巨大的作用也日益顯現(xiàn)。該文闡述了遙感技術(shù)在城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測以及城市規(guī)劃等領(lǐng)域的應(yīng)用，同時展望了城市遙感技術(shù)發(fā)展的新趨勢。

關(guān)鍵詞：城市 遙感技術(shù) 數(shù)據(jù)獲取 數(shù)字城市

中圖分類號：X171 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（b）-0029-02

中國目前正處于城市化快速發(fā)展期。城市化的發(fā)展，一方面創(chuàng)造了城市文明和物質(zhì)繁榮，給人們帶來了極大的生活便利；另一方面則劇烈地改變著原有的生存環(huán)境，并產(chǎn)生了一系列城市問題：人口激增、環(huán)境污染、耕地占用、綠地減少和生態(tài)系統(tǒng)退化等，城市已成為社會矛盾和資源環(huán)境問題最尖銳的區(qū)域。

因此，如何采取合理有效的技術(shù)手段對城市系統(tǒng)進行實時監(jiān)測和有效管理，最終實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展，是人類亟待解決的關(guān)鍵問題之一。另外，傳統(tǒng)的城市基礎(chǔ)信息獲取手段由于周期長、費用高、范圍有限，難以及時反映城市空間發(fā)展趨勢，也已成為城市建設(shè)與管理的制約因素。因此，采用新興的信息獲取技術(shù)對現(xiàn)代城市進行合理的規(guī)劃管理已顯得十分迫切。

1.遙感技術(shù)與城市遙感

遙感技術(shù)作為一種在不直接接觸的情況下，對目標物或自然現(xiàn)象遠距離感知的一門探測技術(shù)，能夠快速、準確地獲取城市發(fā)展、建設(shè)的有關(guān)信息，既有城市宏觀的全貌和綜合數(shù)據(jù)，又有城市街區(qū)的微觀圖像和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以全面、高效、實時地揭示城市的發(fā)展變化。正是由于遙感技術(shù)具有的顯著優(yōu)越性，使得城市遙感逐漸成為眾多學(xué)者與專業(yè)技術(shù)人員關(guān)注的熱點領(lǐng)域，城市遙感技術(shù)也開始廣泛地運用到城市規(guī)劃與建設(shè)、土地開發(fā)、環(huán)境監(jiān)測、人口統(tǒng)計以及園林綠化等各個方面，逐漸成為城市管理決策的核心技術(shù)手段之一。所謂城市遙感，即以城市系統(tǒng)為研究對象，利用遙感技術(shù)為城市規(guī)劃管理者提供多方面的基礎(chǔ)信息和相關(guān)資料的科學(xué)技術(shù)。目前，城市遙感主要采用航空與航天遙感相結(jié)合，同時輔以地面實地調(diào)查的一種技術(shù)方法。全球現(xiàn)有1000多顆遙感衛(wèi)星在軌運行（2012年8月數(shù)據(jù)），如美國的QuickBird，法國的SPOT，中國的CBERS以及印度的IRS等。各種遙感平臺的定期與不定期的作業(yè)，可見光與彩色紅外攝影、熱紅外掃描、多光譜與高光譜掃描等各種成像技術(shù)的應(yīng)用，使得多分辨率、多光譜、多質(zhì)量等級的城市動態(tài)信息數(shù)據(jù)的獲取成為可能。如今，城市遙感技術(shù)的運用，已成為衡量現(xiàn)代城市規(guī)劃與管理水平高低的一個重要標志。它對于及時了解和掌握城市發(fā)展變化及資源環(huán)境狀況，對于合理進行城市規(guī)劃、調(diào)整用地結(jié)構(gòu)、保護城市環(huán)境和實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

2.城市遙感技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

城市遙感技術(shù)為全面、高效、實時地了解城市的發(fā)展變化提供了有力的技術(shù)支撐，它已逐漸滲透到城市建設(shè)和研究的各個領(lǐng)域，在城市規(guī)劃管理中的巨大的作用也日益顯現(xiàn)。目前，城市遙感技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1城市基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)的獲取

城市基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)包括數(shù)字地圖、正射影像圖、數(shù)字高程模型、數(shù)字景觀模型、數(shù)字專題圖和各種專用地理信息數(shù)據(jù)等?，F(xiàn)代城市建設(shè)需要大量的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)，利用遙感技術(shù)可制作不同種類、各種比例尺的專題圖或影像圖，以滿足不同使用者的需求，加快城市數(shù)字化的進程。近些年，由于計算機技術(shù)以及數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字正射影像圖在城市設(shè)計和管理中的應(yīng)用日趨活躍，其特點正在被城市規(guī)劃者認同，并在應(yīng)用實踐中得到進一步發(fā)展。

此外，為了更真實、直觀地反映城市的地形地貌及環(huán)境狀況，對城市數(shù)字高程模型和景觀模型等數(shù)據(jù)的需求也日益增多，利用遙感信息快速生成數(shù)字高程模型和景觀模型，在技術(shù)上已經(jīng)日臻完善。應(yīng)用數(shù)字攝影測量技術(shù)所具有的制作城市景觀數(shù)字模型的功能，在計算機上能夠非常逼真地再現(xiàn)城市場景，并可以多視角瀏覽，有助于改善城市設(shè)計與規(guī)劃決策。以上基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的獲取與生成均離不開城市遙感技術(shù)。

2.2實現(xiàn)城市環(huán)境的宏觀監(jiān)測

固體廢棄物、大氣和水體的污染以及城市熱島都是城市發(fā)展中面臨的主要環(huán)境問題，利用遙感技術(shù)可以有效地開展城市環(huán)境問題的宏觀監(jiān)測。

例如，不同的物體在遙感影像上具有明顯的的灰階、色調(diào)、紋理特征差異。因此，利用高分辨率的遙感圖像就可以對城鄉(xiāng)結(jié)合部的固體廢棄物進行解譯與識別；其次，根據(jù)特定時期的城市大氣環(huán)境在遙感影像的電磁波輻射強弱特征，結(jié)合實地環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立兩者之間的相關(guān)數(shù)學(xué)分析模型，可以對城市大氣污染的現(xiàn)狀與空間分布進行測定與評估；第三，城市熱島是由于城市擴張與熱源排放導(dǎo)致的市區(qū)溫度高于郊區(qū)的一種污染效應(yīng)。研究者可通過對熱紅外影像的分析判讀，揭示城市熱島強度和空間分布范圍，并對其分布特征、形成規(guī)律等進行深入研究。進而實現(xiàn)對城市熱環(huán)境進行合理規(guī)劃和科學(xué)管理的目的；在水污染監(jiān)測方面，遙感技術(shù)也能夠發(fā)揮重要作用，由于不同水體中的污染物成分、濃度不同，導(dǎo)致水體反射率發(fā)生變化，因而在遙感圖像上也會有明顯反映。研究者可通過分析相關(guān)遙感信息，判斷出水體污染的類型、程度以及空間分布，從而為城市水環(huán)境保護提供科學(xué)決策依據(jù)。

2.3為城市規(guī)劃提供技術(shù)支持

利用遙感技術(shù)可以快速、準確地獲取城市規(guī)劃和城市建設(shè)所需的各種信息數(shù)據(jù)。具有遙感信息判讀經(jīng)驗的技術(shù)人員，通過對城市歷史以及現(xiàn)狀的各類遙感影像數(shù)據(jù)進行人工判讀解譯，結(jié)合計算機智能識別與分類技術(shù)提取相應(yīng)的城市專題信息，容易發(fā)現(xiàn)城市化發(fā)展中存在的一些突出問題，因而可以提出對城市規(guī)劃與管理決策具有現(xiàn)實意義的建議。遙感技術(shù)在城市規(guī)劃管理中已經(jīng)和正在發(fā)揮著重要的作用，例如，早在20世紀50、60年代，我國就利用航空影像數(shù)據(jù)對部分城市區(qū)域開展了初步調(diào)查研究；“十一五”期間，國家建設(shè)部啟動了針對我國86個重點城市的城市建設(shè)遙感動態(tài)監(jiān)測項目；此外，列入國家863計劃的信息獲取與處理技術(shù)重大課題，利用高空間分辨率的QuickBird衛(wèi)星影像進行城市大比例尺地形圖的更新研究，都是遙感技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域應(yīng)用的很好的例證?？深A(yù)見，隨著城市遙感技術(shù)的不斷進步，遙感信息數(shù)據(jù)在城市規(guī)劃建設(shè)中的應(yīng)用將會產(chǎn)生巨大的社會經(jīng)濟效益。

2.4城市化進程及土地利用動態(tài)監(jiān)控

隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市人口與城市空間規(guī)模的不斷膨脹，城市邊緣地帶的大量耕地、生態(tài)用地正在被蠶食，城市空間急劇擴張中出現(xiàn)的盲目無序、生態(tài)環(huán)境破壞、公共交通導(dǎo)向滯后等問題，均對城市健康發(fā)展構(gòu)成嚴重威脅。因此，對城市空間擴展及土地利用變化進行動態(tài)監(jiān)測，是發(fā)現(xiàn)和解決城市問題的一個重要途徑。在城市化迅速發(fā)展的背景之下，利用遙感技術(shù)對城市區(qū)域不同時相的各類航空、衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進行解譯分析，能夠迅速、準確地獲取城市建成區(qū)內(nèi)各種土地利用的現(xiàn)狀與歷史信息數(shù)據(jù)。研究者可以客觀了解不同時期內(nèi)城市居住、耕地、林地、水體、交通等用地的面積、分布和動態(tài)變化情況，從而為深入研究城市化發(fā)展問題、合理進行城市土地利用規(guī)劃提供強有力的技術(shù)手段。

2.5城市園林綠地與植被調(diào)查研究

城市綠地與植被是城市自然生態(tài)系統(tǒng)的重要構(gòu)成要素，綠色植物具有釋放氧氣、凈化污染、調(diào)節(jié)城市氣候、美化景觀等諸多生態(tài)功能，因而在城市系統(tǒng)中充當環(huán)境調(diào)節(jié)器角色。隨著城市生態(tài)環(huán)境日趨惡化，這種作用更加受到人們的關(guān)注，城市綠地監(jiān)測和動態(tài)評價已成為城市問題研究的核心內(nèi)容之一。利用遙感技術(shù)能快速準確地獲取城市園林綠地的分布和植被覆蓋度信息，了解城市綠地景觀的組成、植被種類和空間布局。應(yīng)用遙感影像對城市園林綠地進行調(diào)查，首先是根據(jù)調(diào)查研究的內(nèi)容選取不同類型、時相和分辨率影像數(shù)據(jù)，然后對影像數(shù)據(jù)進行校正、解譯和分類。最后計算出綠地面積并對城市植被覆蓋狀況按等級進行劃分，通過對不同時相的遙感數(shù)據(jù)進行動態(tài)變化分析，能夠建立起供政府決策利用的空間數(shù)據(jù)庫與模型庫。近10年來，國內(nèi)的北京、廣州、上海、天津、深圳、重慶等城市均開展了城市綠地遙感調(diào)查和評價研究，各種類型的遙感數(shù)據(jù)源都得到了廣泛地運用，也取得了較好的效果，相關(guān)研究成果的取得極大地推動了我國城市綠化及城市生態(tài)研究工作。

3.城市遙感技術(shù)的發(fā)展與展望

遙感技術(shù)問世30多年來，其應(yīng)用的深度和廣度都在不斷的拓展。目前，這一技術(shù)正從單一遙感資料的分析，向多時相、多數(shù)據(jù)源的信息復(fù)合與綜合分析過渡，從區(qū)域靜態(tài)分析研究向動態(tài)監(jiān)測和過程預(yù)測過渡，從定性調(diào)查、系列制圖，向計算機輔助的數(shù)字處理、定量自動制圖過渡，從對各種事物的表面性的描述向內(nèi)在規(guī)律分析、定量化分析過渡。預(yù)計在未來一段時期，城市遙感技術(shù)將在以下一些方面有較大的發(fā)展。

3.1遙感數(shù)據(jù)獲取技術(shù)的發(fā)展

隨著新型傳感器研發(fā)水平的提高以及城市遙感對各類數(shù)據(jù)需求的增加，高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在城市中得以廣泛應(yīng)用。尤其是IKONOS、QuickBird、GeoEye-1等一系列商業(yè)衛(wèi)星的成功發(fā)射和運行，將逐步取代航空遙感數(shù)據(jù)成為城市遙感的主要數(shù)據(jù)源。高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)在城市規(guī)劃、城市土地調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測、城市地圖和專題地圖更新等方面會發(fā)揮重要的作用。對于全球用戶而言，無論你身在何處，都能夠更方便地采用聯(lián)機方式直接定購和接收產(chǎn)品，相關(guān)遙感數(shù)據(jù)信息能以數(shù)字方式傳輸，在幾小時內(nèi)就可以獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.2構(gòu)建新型城市遙感信息模型

遙感信息模型是集地形模型、數(shù)學(xué)模型和物理模型之大成，它是利用遙感信息和地理信息影像化方法建立起來的一種可視化模型，是一種注重知識表達和影像理解的模型。城市遙感信息模型是遙感技術(shù)應(yīng)用深入發(fā)展的關(guān)鍵，構(gòu)建各類針對具體研究對象的城市遙感信息模型，可計算和反演對實際應(yīng)用非常有價值的城市環(huán)境參數(shù)。在過去幾十年中，盡管人們發(fā)展了許多遙感信息模型，如植被指數(shù)和植被覆蓋度模型、地表蒸散估算模型、城市地表不透水層模型、地表溫度指數(shù)及歸一化水體指數(shù)模型等，但遠不能滿足當前城市遙感應(yīng)用的需要，因此發(fā)展新的遙感信息模型仍然是當前城市遙感技術(shù)研究的前沿。

3.3“3S”信息技術(shù)的集成應(yīng)用

未來由遙感（Rs）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）作為主體構(gòu)成的空間信息集成技術(shù)系統(tǒng)，將完成其從理論、方法、技術(shù)框架到實施步驟的研究和應(yīng)用，最終形成具有多維城市信息獲取與實時處理特點的新的綜合技術(shù)領(lǐng)域。其中，遙感可為地理信息系統(tǒng)提供海量的空間數(shù)據(jù)信息，地理信息系統(tǒng)為遙感影像處理分析提供高效的輔助工具，全球定位系統(tǒng)為遙感對地觀測信息提供實時的定位信息和地面高程模型?！?s”一體化集成將最終建成新型的城市三維信息獲取系統(tǒng)，并形成高效、高精度的信息處理分析流程，這對遙感技術(shù)在城市系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。

3.4全面推進“數(shù)字城市”的建設(shè)

“數(shù)字城市”是城市信息化的戰(zhàn)略目標和城市現(xiàn)代化的重要標志。遙感技術(shù)發(fā)展在“數(shù)字城市”的建設(shè)過程中將扮演舉足輕重的角色，遙感信息是“數(shù)字城市”的多源信息的一個重要的分支，與城市發(fā)展的其他信息相比，有其顯著的特點和應(yīng)用優(yōu)勢。作為“數(shù)字城市”建設(shè)中的關(guān)鍵性支撐技術(shù)之一，遙感信息的獲取與處理技術(shù)隨著數(shù)字化時代的到來正在高速發(fā)展，人們對遙感信息內(nèi)在規(guī)律與實用價值的認識也愈加深入。因此，遙感技術(shù)在城市領(lǐng)域的應(yīng)用將越來越廣泛，這必將推動“數(shù)字城市”和“數(shù)字地球”的建設(shè)，對于提升城市規(guī)劃和管理決策水平，提高城市建設(shè)的社會、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境等的綜合效益，以及推進城市的科學(xué)發(fā)展將起到十分重要的作用。

4.結(jié)語

隨著全球城市化的加速推進、人類航空航天技術(shù)的進步，遙感技術(shù)已成為快速獲取城市空間信息的一種強有力的技術(shù)手段。它在城市現(xiàn)代化建設(shè)和科學(xué)管理中逐漸得到廣泛的應(yīng)用，廣度和深度呈現(xiàn)日新月異的態(tài)勢。高分辨率的遙感數(shù)據(jù)、新型城市遙感信息模型的發(fā)展將會進一步提高其應(yīng)用精度和實用價值。在時空一體化的基礎(chǔ)上，“3S”信息集成技術(shù)、“數(shù)字城市”的建設(shè)將成為必然趨勢，城市遙感技術(shù)的應(yīng)用成果將更好地服務(wù)于城市建設(shè)與規(guī)劃管理的客觀需要，其強大的技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用潛力也將得到充分體現(xiàn)。