遙感技術(shù)在城市規(guī)劃督察工作中的應(yīng)用與實(shí)踐

朱清苗

(寧波市規(guī)劃與地理信息中心，浙江寧波 315040)

0 引言

自1858年在巴黎上空一個(gè)飛行的氣球上拍攝了有史以來的第一張航空照片，到1972年第一顆地球資源探測(cè)衛(wèi)星的成功發(fā)射，遙感技術(shù)與遙感數(shù)據(jù)在過去的一百多年間不斷發(fā)展完善。在此期間，遙感技術(shù)作為采集和獲取地表數(shù)據(jù)的重要技術(shù)手段，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，遙感數(shù)據(jù)憑其信息豐富、準(zhǔn)確、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)等突出特點(diǎn)，也成為城市規(guī)劃中一種重要的潛在的數(shù)據(jù)源。遙感技術(shù)也正在擴(kuò)大應(yīng)用到城市規(guī)劃的城鄉(xiāng)規(guī)劃編制技術(shù)審核方面、城鄉(xiāng)規(guī)劃監(jiān)督管理方面、城鄉(xiāng)規(guī)劃實(shí)施評(píng)估方面等，積極推進(jìn)了“數(shù)字城市”“智慧城市”的建設(shè)，同時(shí)也拓展了城市規(guī)劃學(xué)科的研究范圍，賦予了城市規(guī)劃新的生命力。

1 遙感關(guān)鍵技術(shù)

遙感是指運(yùn)用現(xiàn)代光學(xué)、電子學(xué)探測(cè)儀器，不與目標(biāo)物相接觸，從遠(yuǎn)距離把目標(biāo)物的電磁波特性記錄下來，通過分析、解釋揭示出目標(biāo)物本身的特性、性質(zhì)及其變化規(guī)律。是人類邁向太空，對(duì)地觀測(cè)獲取地表空間信息的一種先進(jìn)科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力，具有宏觀、準(zhǔn)確、綜合的進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)與監(jiān)測(cè)的能力。遙感技術(shù)在圖像的校正與恢復(fù)、圖像增強(qiáng)、圖像分類、圖像的分析等方面的研究，近年來取得了很大進(jìn)步，并趨于成熟。

1)圖像增強(qiáng)。圖像增強(qiáng)指利用各種數(shù)學(xué)方法和變換算法提高圖像中的對(duì)象與非對(duì)象的對(duì)比度與圖像清晰度，對(duì)象指所研究目標(biāo)，非對(duì)象指對(duì)象以外的背景，從而突出人或其他接收系統(tǒng)所感興趣的部分，而遙感圖像增強(qiáng)則指用各種數(shù)學(xué)方法和變換算法提高某灰度區(qū)域的反差、對(duì)比度與清晰度，從而提高圖像顯示的信息量，使圖像有利于分辨。

2)圖像分類。圖像分類是圖像處理中重要的一環(huán)，根據(jù)事先是否選取有代表性的訓(xùn)練場(chǎng)，可分為監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類。

監(jiān)督分類(Supervised Classification)又稱訓(xùn)練場(chǎng)地法，是以建立統(tǒng)計(jì)識(shí)別函數(shù)為理論基礎(chǔ)，依據(jù)典型樣本訓(xùn)練方法進(jìn)行分類的技術(shù)，根據(jù)已知訓(xùn)練區(qū)提供的樣本，通過選擇特征參數(shù)，求出特征參數(shù)作為決策規(guī)則，建立判別函數(shù)以對(duì)各待分類影像進(jìn)行的圖像分類，是模式識(shí)別的一種方法。常用的算法有最小距離分類、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)分類、最大似然法等方法。

非監(jiān)督分類 (Unsupervised Classification)是以不同影像地物在特征空間中類別特征的差別為依據(jù)的一種無(wú)先驗(yàn)(已知)類別標(biāo)準(zhǔn)的圖像分類，是以集群為理論基礎(chǔ)，通過計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行集聚統(tǒng)計(jì)分析的方法。常用的算法有K平均分類(K_means)，ISODATA算法等。

2 遙感數(shù)據(jù)

利用遙感技術(shù)采集的地理數(shù)據(jù)不僅能反映位置、屬性和時(shí)間三個(gè)基本要素，與傳統(tǒng)技術(shù)手段獲取的數(shù)據(jù)相比較，遙感數(shù)據(jù)還具有視野光、多光譜、多時(shí)相、綜合性等許多突出的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

1)大面積同步觀測(cè)。遙感探測(cè)能在較短的時(shí)間內(nèi)，從空中乃至宇宙空間對(duì)大范圍地區(qū)進(jìn)行對(duì)地觀測(cè)，并從中獲取有價(jià)值的遙感數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)拓展了人們的視覺空間，為宏觀地掌握地面事物的現(xiàn)狀情況創(chuàng)造了極為有利的條件，同時(shí)也為宏觀地研究自然現(xiàn)象和規(guī)律提供了寶貴的第一手資料。遙感用航攝飛機(jī)飛行高度為10 km左右，陸地衛(wèi)星的衛(wèi)星軌道高度達(dá)910 km左右，從而可及時(shí)獲取大范圍的信息。例如，一張陸地衛(wèi)星圖像，其覆蓋面積可多達(dá)3萬(wàn)km2。

2)時(shí)效性強(qiáng)。獲取信息的速度快，周期短。由于衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，從而能及時(shí)獲取所經(jīng)地區(qū)的各種自然現(xiàn)象的最新資料，以便更新原有資料，或根據(jù)新舊資料變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。例如，SPOT-5衛(wèi)星的重訪周期為26 d，IKONOS衛(wèi)星每3 d重訪一次，NOAA氣象衛(wèi)星可以每天至少兩次對(duì)地面同一地區(qū)進(jìn)行觀測(cè)，Meteosat每30 min獲得同一地區(qū)的圖像。

3)數(shù)據(jù)的綜合性與可比性。遙感探測(cè)能周期性、重復(fù)地對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行對(duì)地觀測(cè)，動(dòng)態(tài)反映地面事物的變化，這有助于人們通過所獲取的遙感數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)并動(dòng)態(tài)地跟蹤地球上許多事物的變化。同時(shí)，研究自然界的變化規(guī)律。獲取的數(shù)據(jù)具有綜合性，遙感探測(cè)所獲取的是同一時(shí)段、覆蓋大范圍地區(qū)的遙感數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)綜合地展現(xiàn)了地球上許多自然與人文現(xiàn)象，宏觀地反映了地球上各種事物的形態(tài)與分布，真實(shí)地體現(xiàn)了地質(zhì)、地貌、土壤、植被、水文、人工構(gòu)筑物等地物的特征，全面地揭示了地理事物之間的關(guān)聯(lián)性。

4)信息量豐富。通過遙感技術(shù)獲取信息的手段多，信息量大，根據(jù)不同的任務(wù)可選用不同波段和遙感儀器來獲取信息，例如可采用可見光探測(cè)物體，也可采用紫外線，紅外線和微波探測(cè)物體;利用不同波段對(duì)物體不同的穿透性，還可獲取地物內(nèi)部信息，例如地面深層、水的下層，冰層下的水體，沙漠下面的地物特性等。

5)較高的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。由于獲取信息受條件限制少，在地球上有很多地方，自然條件極為惡劣，人類難以到達(dá)，如沙漠、沼澤、高山峻嶺等，采用不受地面條件限制的遙感技術(shù)可方便及時(shí)地獲取各種寶貴資料，節(jié)約了成本。

3 遙感技術(shù)在寧波規(guī)劃監(jiān)察中的應(yīng)用實(shí)踐

近年來，寧波市城市建設(shè)蓬勃發(fā)展，城鄉(xiāng)面貌日新月異，早在2005年伴隨著現(xiàn)代遙感技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，遙感數(shù)據(jù)具有的信息豐富、準(zhǔn)確、實(shí)效性強(qiáng)等突出特點(diǎn)，使之成為城市規(guī)劃中一種重要的潛在的數(shù)據(jù)源。早在2003年，住建部就著手開始了利用衛(wèi)星遙感技術(shù)輔助規(guī)劃行政主管部門完成督察工作，監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容為城市發(fā)展方向及用地規(guī)模，城市綠線、藍(lán)線、紫線、黃線的保護(hù)情況，城市各類建設(shè)用地變化情況等。寧波市作為單列城市同時(shí)是國(guó)務(wù)院審批總體規(guī)劃的城市之一，于2008年正式加入到規(guī)劃督察工作城市的行列中，至今已順利開展了12期督察工作。

1)城鄉(xiāng)規(guī)劃監(jiān)測(cè)的技術(shù)流程。生產(chǎn)技術(shù)流程主要包括四個(gè)環(huán)節(jié):影像預(yù)處理、影像配準(zhǔn)、信息提取和專業(yè)分析。影像預(yù)處理主要是對(duì)輸入的二級(jí)產(chǎn)品進(jìn)行處理，生產(chǎn)出三、四級(jí)產(chǎn)品，主要處理步驟包括影像融合、幾何校正和影像鑲嵌等。配準(zhǔn)工作是建立圖像之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，產(chǎn)生多時(shí)相遙感影像數(shù)據(jù)和城鄉(xiāng)規(guī)劃專題數(shù)據(jù)。信息提取主要包含兩個(gè)方面:a.探索城鄉(xiāng)建設(shè)目標(biāo)計(jì)算機(jī)識(shí)別方法，對(duì)城鄉(xiāng)建設(shè)目標(biāo)進(jìn)行信息提取，構(gòu)建城鄉(xiāng)建設(shè)專題信息庫(kù);b.探索城鄉(xiāng)目標(biāo)變化檢測(cè)方法，提取城鄉(xiāng)建設(shè)目標(biāo)變化信息，構(gòu)建城鄉(xiāng)建設(shè)變化專題信息庫(kù)。專業(yè)分析是對(duì)城鄉(xiāng)建設(shè)現(xiàn)狀和城鄉(xiāng)建設(shè)目標(biāo)變化信息進(jìn)行綜合分析，對(duì)城鄉(xiāng)規(guī)劃的審批，監(jiān)督管理以及實(shí)施評(píng)估管理提供技術(shù)支撐，具體業(yè)務(wù)流程圖見圖1。

圖1 城鄉(xiāng)規(guī)劃遙感輔助監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)流程

2)規(guī)劃動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息的檢測(cè)與提取。通過影像的形狀、紋理、顏色等信息確定城市地物信息。將兩期遙感數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)互相疊加，從而形成兩期影像數(shù)據(jù)對(duì)比，以及現(xiàn)狀用地與規(guī)劃用地的對(duì)比。以2010年第3期規(guī)劃督察為例，經(jīng)兩期衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)比對(duì)，提取變化圖斑共344個(gè)，圖斑面積共955 ha。

根據(jù)變化圖斑的性質(zhì)分類，分為四類:符合城市總體規(guī)劃的變化圖斑、不符合城市總體規(guī)劃的變化圖斑、涉及城市規(guī)劃強(qiáng)制性內(nèi)容的變化圖斑和建議督察的變化圖斑。符合城市總體規(guī)劃的變化圖斑是指變化圖斑變化前、后的用地性質(zhì)，符合城市總體規(guī)劃確定的用地性質(zhì)。不符合城市總體規(guī)劃的變化圖斑是指變化圖斑變化前、后的用地性質(zhì)，不符合城市總體規(guī)劃確定的用地性質(zhì)。涉及城市規(guī)劃強(qiáng)制性內(nèi)容的變化圖斑是指變化圖斑用地性質(zhì)的變化涉及城市綠線、紅線、紫線、藍(lán)線、黃線及禁建區(qū)等城市規(guī)劃強(qiáng)制性內(nèi)容。建議督察的變化圖斑是指對(duì)部分嚴(yán)重涉及城市規(guī)劃強(qiáng)制性內(nèi)容以及督察事項(xiàng)，需要進(jìn)行核查的變化圖斑。

針對(duì)不同監(jiān)測(cè)對(duì)象，依據(jù)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)內(nèi)容，對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象進(jìn)行分類，制定有效的篩選原則，并根據(jù)這些原則，再確定一些重點(diǎn)圖斑用以實(shí)地核查。經(jīng)過實(shí)地核查的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息作為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)并提交相應(yīng)的分析報(bào)告，上報(bào)規(guī)劃行政主管部門，由規(guī)劃行政主管部門進(jìn)行核查結(jié)果復(fù)審，并依法進(jìn)行處理。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，在監(jiān)測(cè)中所采用的遙感數(shù)據(jù)分辨率越高，對(duì)地物識(shí)別分析的準(zhǔn)確度和可靠度也就越高，目前我們所使用的高分辨率遙感數(shù)據(jù)基本都是國(guó)外的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，商業(yè)經(jīng)營(yíng)基本處于壟斷經(jīng)營(yíng)，價(jià)格高昂，數(shù)據(jù)采集任務(wù)常常得不到保證，希望今后加大國(guó)內(nèi)的自主衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源的研發(fā)水平。

經(jīng)過近幾年規(guī)劃督察工作的有力開展，城鄉(xiāng)規(guī)劃制定實(shí)施的監(jiān)督工作取得了較大程度的提高和加強(qiáng)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，完善監(jiān)測(cè)結(jié)果的處理方法，逐步實(shí)現(xiàn)違章問題快速發(fā)現(xiàn)和及時(shí)處理的監(jiān)督機(jī)制，有效遏制違法建設(shè)苗頭，進(jìn)一步促進(jìn)了陽(yáng)光規(guī)劃審批，維護(hù)了城市總體規(guī)劃的嚴(yán)肅性和權(quán)威性。

[1] 張永青.遙感在數(shù)字城市建設(shè)中的應(yīng)用和挑戰(zhàn)[J].江西測(cè)繪，2008(1):8-9.

[2] 吳曉莉.利用遙感技術(shù)拓展城市規(guī)劃數(shù)據(jù)源——淺談遙感技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用[J].城市規(guī)劃，2011，25(8):3-5.，

[3] 吳愛新.遙感技術(shù)在城市規(guī)劃建設(shè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)煤田地質(zhì)，2007，19(sup):203-205.

[4] 全國(guó)城市規(guī)劃執(zhí)業(yè)制度管理委員會(huì).城市規(guī)劃相關(guān)知識(shí)[M].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2004.

[5] 朱清苗.談遙感技術(shù)在城市規(guī)劃動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代測(cè)繪，2006(3):23-25.