遙感技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用

黃慧

（山東省國(guó)土測(cè)繪院地理信息中心，山東 濟(jì)南 250000）

智慧城市是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展背景下城市建設(shè)的必然趨勢(shì)，智慧城市建設(shè)以大數(shù)據(jù)、智能化、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)為依托，旨在將生活、工作、交通、社交、文化與城市的發(fā)展融為一體，通過(guò)智能化操作，讓居民生活更為便利、城市規(guī)劃更加科學(xué)。遙感技術(shù)為智慧城市建設(shè)提供必要的技術(shù)支撐和核心數(shù)據(jù)參考，成為支撐和推動(dòng)智慧城市建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)，在此背景下，深入挖掘遙感技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的潛力是當(dāng)前城市發(fā)展和技術(shù)優(yōu)化的主要方向之一。

1 遙感技術(shù)簡(jiǎn)述

遙感技術(shù)是當(dāng)前在地理信息系統(tǒng)和城市管理中廣泛應(yīng)用的技術(shù)。遙感技術(shù)以電磁波理論為基礎(chǔ)，是從遠(yuǎn)距離感知目標(biāo)反射或自身輻射的電磁波、可見(jiàn)光、紅外線(xiàn)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別的技術(shù)[1]。遙感技術(shù)的應(yīng)用由遙感器、遙感平臺(tái)、信息傳輸設(shè)備、接收裝置以及圖像處理設(shè)備等共同完成。遙感可對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)進(jìn)行信息收集并成像，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)和監(jiān)測(cè)。遙感技術(shù)主要包括地面遙感技術(shù)、航空遙感技術(shù)、航天遙感技術(shù)和宇航遙感技術(shù)。

遙感技術(shù)最早出現(xiàn)于20 世紀(jì)中葉，1958 年系留氣球?qū)Π屠枞皥D片的拍攝，是遙感技術(shù)最早的應(yīng)用。此后，隨著科學(xué)的進(jìn)步，遙感技術(shù)逐步發(fā)展，在各領(lǐng)域的應(yīng)用也日漸廣泛。近年來(lái)，遙感技術(shù)在城市管理與規(guī)劃中的應(yīng)用越來(lái)越重要，不少?lài)?guó)家利用遙感技術(shù)來(lái)獲取城市資源環(huán)境變化、人口流動(dòng)、用地規(guī)劃、氣象等方面的精確數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和智能分析，為城市建設(shè)和發(fā)展提供參考。

2 智慧城市的內(nèi)涵

智慧城市是運(yùn)用信息和通信技術(shù)手段感測(cè)、分析、整合城市運(yùn)行核心系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵信息，從而對(duì)包括生活、環(huán)保、公共安全、城市服務(wù)、經(jīng)濟(jì)等在內(nèi)的各種需求做出智能響應(yīng)[2]。其實(shí)質(zhì)是利用先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市智慧式管理和運(yùn)行，進(jìn)而為城市中生活的居民創(chuàng)造更美好的生活，提供更優(yōu)質(zhì)的生活服務(wù)，促進(jìn)城市的和諧、可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前，智慧城市建設(shè)已初步開(kāi)啟，其成效也日漸顯露，在2020 年抗擊新冠肺炎疫情工作中，智慧城市的優(yōu)勢(shì)凸顯。在疫情防控中，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和數(shù)據(jù)碰撞對(duì)相關(guān)人員的活動(dòng)軌跡進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)（如圖1 所示），準(zhǔn)確甄別新冠肺炎病毒接觸人群，及時(shí)找出潛在感染群體，并第一時(shí)間進(jìn)行隔離治療。

圖1 疫情監(jiān)測(cè)衛(wèi)星測(cè)繪圖

此外，通過(guò)智能管理系統(tǒng)對(duì)城市的醫(yī)療資源和生活資源進(jìn)行科學(xué)管理和調(diào)配，保證了疫情期間各項(xiàng)物資的正常供應(yīng)。這只是智慧城市建設(shè)應(yīng)用的一部分。最終，智慧城市管理網(wǎng)絡(luò)旨在將居民的生活、工作、出行、社交、文化等層面全部納入智能管理，全方位服務(wù)居民生活，為城市管理和決策提供全面、科學(xué)、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。

3 遙感技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用

3.1 獲取科學(xué)數(shù)據(jù)，搭建時(shí)空信息框架

城市的建設(shè)和發(fā)展分為時(shí)間和空間兩部分。首先，必須記錄城市發(fā)展和變遷的時(shí)間軌跡，為未來(lái)城市規(guī)劃和發(fā)展提供必要依據(jù)。其次，城市建設(shè)是在一定空間內(nèi)進(jìn)行的，無(wú)法脫離現(xiàn)實(shí)空間而存在。因此，為了獲取城市發(fā)展所需要的數(shù)據(jù)，對(duì)城市進(jìn)行地理測(cè)繪是不可缺少的步驟。使用遙感技術(shù)獲取信息是地理測(cè)繪的核心環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)城市的遠(yuǎn)距離探測(cè)，獲取大量城市數(shù)據(jù)，并通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的智能分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市發(fā)展的現(xiàn)狀、定位和目標(biāo)的評(píng)估，給出發(fā)展建議。遙感技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)是時(shí)間和空間的結(jié)合，通過(guò)遙感技術(shù)可構(gòu)建出城市的時(shí)空信息框架，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市信息的集成和智能分析，為智慧城市建設(shè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.2 遙感智能成像，促進(jìn)城市交通一體化

智慧交通是智慧城市建設(shè)的重要方面，利用遙感技術(shù)可快速獲取城市交通圖像，準(zhǔn)確得知城市交通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。基于準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，對(duì)城市道路實(shí)施管理措施，完善城市交通線(xiàn)路系統(tǒng)。智慧交通主要包括五個(gè)方面：一是交通信息的提取。利用高分衛(wèi)星遙感技術(shù)，獲取交通路網(wǎng)信息，輔以影像處理相關(guān)算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)公路屬性信息的提取，并可與電子地圖比對(duì)，為摸清交通建設(shè)情況、科學(xué)規(guī)劃交通建設(shè)提供重要依據(jù)。二是利用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)道路施工進(jìn)度。通過(guò)多期遙感影像監(jiān)測(cè)道路建筑施工進(jìn)度，找出施工中的不足，及時(shí)調(diào)整施工措施，實(shí)現(xiàn)科學(xué)的進(jìn)度管理[3]。三是交通路面狀況監(jiān)測(cè)。利用高分辨率的遙感影像，對(duì)路面狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如若出現(xiàn)道路積水、毀損、裂縫等現(xiàn)象，及時(shí)發(fā)出預(yù)警和反饋，保證交通路面的完整性。四是交通附屬設(shè)施監(jiān)測(cè)。交通附屬設(shè)施是交通系統(tǒng)的重要組成部分，主要包括交通信號(hào)系統(tǒng)、排水設(shè)施、護(hù)欄和指示牌等設(shè)施，遙感技術(shù)能夠?qū)@些附屬設(shè)施進(jìn)行影像監(jiān)測(cè)，保證受到毀壞的設(shè)施能夠得到及時(shí)維修。五是對(duì)交通地形進(jìn)行管理和監(jiān)測(cè)。有些地區(qū)交通路面易受山體滑坡、泥石流等災(zāi)害的侵?jǐn)_，對(duì)道路安全造成極大威脅，而遙感影像可在較廣范圍內(nèi)對(duì)交通地形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)要素，則立即預(yù)警，防止危險(xiǎn)發(fā)生，最大限度地維護(hù)交通道路安全。遙感衛(wèi)星拍攝的公路地形圖如圖2 所示。

3.3 智能動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，促進(jìn)城市生態(tài)環(huán)境改善

隨著城市人口的增長(zhǎng)和城市職能的不斷完善，城市環(huán)境治理逐漸成為城市建設(shè)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。城市環(huán)境是自然環(huán)境和社會(huì)人工環(huán)境的結(jié)合體，構(gòu)成體系復(fù)雜，污染原因多樣，治理難度大，周期長(zhǎng)。當(dāng)前普通環(huán)境監(jiān)測(cè)站難以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市環(huán)境的全方位、精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，而遙感技術(shù)的應(yīng)用可對(duì)城市環(huán)境污染狀況進(jìn)行科學(xué)監(jiān)測(cè)。

圖2 遙感衛(wèi)星拍攝的公路地形圖

遙感技術(shù)在城市環(huán)境中的應(yīng)用可歸納為三個(gè)方面 ：一是大氣污染監(jiān)測(cè)。主要通過(guò)高分辨率的遙感衛(wèi)星影像測(cè)量光譜特征和大氣氣體分子密度，來(lái)辨別大氣污染情況（如圖3 所示）。如當(dāng)植被受到有害氣體侵襲后，對(duì)紅外線(xiàn)的反射能力會(huì)降低，在衛(wèi)星影像中的顏色和外形會(huì)發(fā)生變化，因此通過(guò)觀(guān)測(cè)城市植被圖像可測(cè)量大氣污染狀況[4]。

圖3 大氣污染遙感影像圖

二是城市水污染監(jiān)測(cè)。遙感技術(shù)主要利用反射光譜來(lái)判斷水污染狀況，獲取水面光譜資料，通過(guò)智能處理和分析，判斷水污染情況。

三是固體廢棄物污染監(jiān)測(cè)。通過(guò)衛(wèi)星遙感圖像（航空熱紅外圖像）的特征來(lái)判斷固體廢棄物的堆放情況。

通過(guò)遙感技術(shù)對(duì)城市主要污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存檔保留，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市環(huán)境的綜合監(jiān)測(cè)。在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，出臺(tái)環(huán)境保護(hù)措施，切實(shí)保護(hù)城市環(huán)境[5]。

3.4 大數(shù)據(jù)集成，為城市建設(shè)決策提供依據(jù)

智慧城市的主要特點(diǎn)之一是數(shù)據(jù)的集成和智能化分析。遙感技術(shù)正是以大數(shù)據(jù)集成和可視化為主要優(yōu)勢(shì)，為智慧城市建設(shè)和發(fā)展提供技術(shù)支撐和數(shù)據(jù)支持，從而為城市決策提供科學(xué)依據(jù)。以城市人口遷移為例，隨著我國(guó)戶(hù)籍制度的逐漸放開(kāi)，城鄉(xiāng)之間的人口流動(dòng)更為頻繁，流動(dòng)人口成為城市管理的重點(diǎn)對(duì)象。通過(guò)衛(wèi)星遙感影像，可基本掌握城市人口流入流出情況，對(duì)城市各個(gè)行政區(qū)劃的人口進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，為城市人口管理提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，智慧城市是科學(xué)技術(shù)發(fā)展和城市管理需求發(fā)展的產(chǎn)物，是未來(lái)城市管理的必然趨勢(shì)。而遙感技術(shù)則是智慧城市建設(shè)和發(fā)展的核心技術(shù)之一。通過(guò)遙感技術(shù)，可構(gòu)建城市智能時(shí)空信息化的基本框架，并對(duì)城市交通、環(huán)境、人口等進(jìn)行科學(xué)監(jiān)測(cè)，提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和智能分析，為智慧城市建設(shè)提供強(qiáng)有力的技術(shù)和數(shù)據(jù)保障。