國(guó)土空間規(guī)劃的遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)思考和探討*

劉自增，姚建華，張德政，李 歡，黃 濤，呂林濤，包玉斌，王 科，武 丹

（1.寧夏回族自治區(qū)遙感調(diào)查院，寧夏 銀川750000；2.北京科技大學(xué)，北京100083）

國(guó)土空間是人們的生活資源，涉及山水林田湖草沙以及人類(lèi)居住建筑設(shè)施等資源，在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展過(guò)程中，需要保障規(guī)劃和布置的科學(xué)性，為人類(lèi)生活、生產(chǎn)、生存的整個(gè)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。為了節(jié)省資源消耗，高效的規(guī)劃國(guó)土空間，需要利用科學(xué)的方法監(jiān)測(cè)國(guó)土空間規(guī)劃實(shí)施。在實(shí)際工作中利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)具有較多的優(yōu)勢(shì)，可以科學(xué)地規(guī)劃國(guó)土空間，因此需要開(kāi)展系統(tǒng)性的研究遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，在國(guó)土空間規(guī)劃中充分發(fā)揮出遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提高整體工作效率。

1 遙感技術(shù)概述

1.1 傳感器

利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是通過(guò)先進(jìn)的機(jī)器和技術(shù)輔助人們觀測(cè)事物，利用可見(jiàn)光、紅外線及紫外線等光學(xué)信息觀察事物。遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)中包括微光夜視技術(shù)，可以變大微弱光，并且形成圖像模式，因此可以利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)觀測(cè)夜間事物。對(duì)比遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)和傳統(tǒng)的實(shí)地勘測(cè)技術(shù)，遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)速度更快，可以自動(dòng)化測(cè)繪全球。此外利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)可以準(zhǔn)確地收集數(shù)據(jù)信息，當(dāng)前在軍事和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都開(kāi)始廣泛利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)。我國(guó)科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，在重要的項(xiàng)目施工中廣泛利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，傳感器是遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)重要的組成部分，傳感器負(fù)責(zé)收集和接收信息，測(cè)量物體中可以感受到物體反射的電磁波，而實(shí)際工作中需要針對(duì)不同的監(jiān)測(cè)對(duì)象，工作人員在選擇傳感器的過(guò)程中需要綜合考慮傳感器的實(shí)際用途和實(shí)際狀況[1]。

1.2 攝影測(cè)量技術(shù)

2 遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的相關(guān)概述

2.1 可視化、智能化監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1.1 IDL

IDL 是一種交互式數(shù)據(jù)語(yǔ)言，可以保障產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)境的靈活性和有效性。開(kāi)發(fā)IDL 技術(shù)，可以為工作人員提出分析解決方案，方便程序人員實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)編程。在多個(gè)科學(xué)項(xiàng)目研究中都可以利用IDL 技術(shù)，結(jié)合平臺(tái)功能和林業(yè)遙感圖像技術(shù)，可以將復(fù)雜的二維遙感影像靈活地展現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)可以繪制地形分布圖，將林業(yè)資源的變化過(guò)程動(dòng)態(tài)地展現(xiàn)出來(lái)。

2.1.2 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的編程工具

操作結(jié)構(gòu)化程序的過(guò)程中，可以利用電子顯示設(shè)備展示圖形，從而建立可視化模型，實(shí)現(xiàn)遙感監(jiān)測(cè)的智能化、信息化獲取，但是這種方式也存在局限性，例如整體內(nèi)存比較小，參數(shù)指標(biāo)不準(zhǔn)確等。傳統(tǒng)程序開(kāi)發(fā)更加重視程序的維護(hù)性和重用性。而面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)，主要是解決傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)，封裝數(shù)據(jù)和方法，可以建立程序包，可以根據(jù)工作需求創(chuàng)建不同的實(shí)體對(duì)象[3]。

2.1.3 可視化接口

可視化接口包括撥通的控件，可以利用控件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模型的可視化。經(jīng)過(guò)可視化獲取的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，在構(gòu)建林業(yè)資源遙感圖像可視化模型的過(guò)程中可以提供參考依據(jù)。實(shí)現(xiàn)遙感圖像的可視化，要實(shí)現(xiàn)全方位觀察功能，同時(shí)需要實(shí)現(xiàn)漫游和縮放等功能。

2.2 國(guó)土空間資源監(jiān)測(cè)和圖像處理技術(shù)

2.2.1 圖像融合

近些年不斷更新和淘汰圖像融合方法，也開(kāi)始利用Gram-Schmidt 技術(shù)，這種融合方法可以保障光譜信息的真實(shí)性，如果改變了地形位置，可以保持光譜波形的穩(wěn)定性，利用這種方法可以保障信息融合的質(zhì)量，同時(shí)可以提高信息的時(shí)效性，可以保持原有的影像光譜信息[4]。

為了滿足電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢的要求，使得電力通信設(shè)備能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，因此，基于狀態(tài)感知的電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢技術(shù)需實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)。

2.2.2 植被指數(shù)計(jì)算

利用相應(yīng)的參數(shù)反映植物生長(zhǎng)狀況，利用衛(wèi)星監(jiān)測(cè)，通過(guò)該組合不同波段和探測(cè)數(shù)據(jù)形成植被指數(shù)。利用紅光波段照射，植物葉面可以吸收紅光波段，發(fā)揮出反射作用。植被指數(shù)指的是組合2 個(gè)波段測(cè)值獲得的數(shù)據(jù)。

2.2.3 RS+AI

利用高分遙感技術(shù)、大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)，建設(shè)空間規(guī)劃遙感智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并查明違反空間規(guī)劃的開(kāi)發(fā)建設(shè)行為，進(jìn)而利用積累的空間信息數(shù)據(jù)和相關(guān)技術(shù)輔助開(kāi)展空間規(guī)劃落地實(shí)施情況的基本評(píng)估評(píng)價(jià)，探索切實(shí)可行的人機(jī)結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)的空間規(guī)劃智能監(jiān)督監(jiān)測(cè)方式方法，通過(guò)深入系統(tǒng)研究和科學(xué)實(shí)踐，并不斷完善推廣，對(duì)保障空間規(guī)劃落地實(shí)施，推動(dòng)空間治理能力和治理體系現(xiàn)代化具有非常重要的意義[5]。

3 遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)和國(guó)土空間規(guī)劃

3.1 遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在實(shí)際工作中，遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)可以精確地獲取地理空間信息。近些年遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷快速發(fā)展，并且獲得顯著的工作成果，我國(guó)在監(jiān)測(cè)森林資源、礦山資源及管理水文資源的過(guò)程中都開(kāi)始利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)。在不同的工作領(lǐng)域利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，主要包括陸地遙感和航空遙感兩種模式，這兩種模式實(shí)際飛行高度具有差異性，通過(guò)二者配合使用，可以提高國(guó)土空間規(guī)劃的效率[6]。

針對(duì)國(guó)土空間規(guī)劃試點(diǎn)監(jiān)測(cè)工作，要求工作人員勘測(cè)當(dāng)?shù)氐臄?shù)據(jù)。技術(shù)不斷發(fā)展衍生出更多的勘測(cè)工具，但是仍舊需要人工操作。當(dāng)前在國(guó)土空間規(guī)劃中利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)揮著重要的作用，遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)可以更好地適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境。因?yàn)榄h(huán)境比較嚴(yán)峻，不利于開(kāi)展人工工作，也無(wú)法收集數(shù)據(jù)集，因此突出了遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。此外對(duì)比人工操作模式，利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)可以精確地收集數(shù)據(jù)，降低數(shù)據(jù)容錯(cuò)率，為后期國(guó)土空間規(guī)劃工作奠定技術(shù)基礎(chǔ)，促進(jìn)空間規(guī)劃服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

3.2 國(guó)土空間規(guī)劃的核心

在國(guó)土空間規(guī)劃過(guò)程中，不能利用傳統(tǒng)的工作思維處理國(guó)土資源問(wèn)題。新時(shí)代空間規(guī)劃是“多規(guī)合一”的規(guī)劃體系，采用了“三區(qū)三線”覆蓋了國(guó)土全范圍，需要利用發(fā)展性思維分析國(guó)土資源，提高城市規(guī)劃的合理性，滿足國(guó)家政策規(guī)定。近些年我國(guó)不斷發(fā)展城鄉(xiāng)一體化，建設(shè)國(guó)家規(guī)劃系統(tǒng)到國(guó)土空間規(guī)劃工作，科學(xué)地規(guī)劃國(guó)土空間，可以推動(dòng)城市現(xiàn)代化發(fā)展。當(dāng)前我國(guó)政府非常重視保護(hù)生態(tài)環(huán)境，逐步落實(shí)可持續(xù)發(fā)展觀念。在國(guó)土空間規(guī)劃階段，不僅需要提高城市化發(fā)展進(jìn)程，還要注重開(kāi)發(fā)利用自然資源，有效保護(hù)生態(tài)環(huán)境，協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作[7]（如圖1 所示）。

圖1 國(guó)土空間規(guī)劃的內(nèi)容

4 遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)在國(guó)土空間規(guī)劃中的應(yīng)用

4.1 衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)

衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)拍攝范圍更加廣泛，可以掌握更多的國(guó)土空間信息，隨著我國(guó)高分遙感系列衛(wèi)星的運(yùn)行和應(yīng)用推廣，國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)獲取可保障數(shù)據(jù)的精確性。但是這種技術(shù)也存在不足，例如數(shù)據(jù)更新周期較長(zhǎng)，云層遮擋將會(huì)影響到衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，具有較高的自動(dòng)化程度，氣候和實(shí)踐都不會(huì)限制到數(shù)據(jù)獲取的效率。

4.2 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)航空攝影

無(wú)人機(jī)是一種不載人飛行器，主要是利用無(wú)線電遙控技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，對(duì)于無(wú)人機(jī)的體積沒(méi)有提出硬性規(guī)定，可以在無(wú)人機(jī)搭設(shè)攝像頭和遙感設(shè)備等設(shè)施，實(shí)現(xiàn)遙感和航拍等工作。在國(guó)土空間規(guī)劃中，無(wú)人機(jī)航空攝影技術(shù)發(fā)揮著重要的作用，利用無(wú)人機(jī)搭設(shè)遙感設(shè)備和攝像設(shè)備等遙感拍攝國(guó)土空間，并且向地面信息中心傳遞收集的信息。在無(wú)人機(jī)上搭設(shè)不同的設(shè)備，可以輸出高線圖和地形圖以及空間三維圖等，建立國(guó)土空間數(shù)據(jù)模型，方便地面信息中心的工作人員全面觀察，在多個(gè)角度縮放。無(wú)人機(jī)航空攝影具有較大的適用范圍，可以識(shí)別住宅用地和工業(yè)用地以及商業(yè)用地等，無(wú)人機(jī)航空攝影具有較高的分辨率，產(chǎn)生的誤差比較小，有利于滿足國(guó)土空間規(guī)劃要求。

4.3 輔助分析國(guó)土空間規(guī)劃結(jié)構(gòu)體系

利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)可以采集和處理三維空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)，此外可以獲取表面紋理數(shù)據(jù)，高效地模擬實(shí)際地物。利用屏幕顯示三維模型提升整體的可視化，同時(shí)具有豐富的表現(xiàn)形式，可以保障動(dòng)態(tài)體驗(yàn)的真實(shí)性。在國(guó)土空間規(guī)劃階段利用三維GIS 技術(shù)，有利于構(gòu)建國(guó)土空間規(guī)劃系統(tǒng)。國(guó)土空間規(guī)劃系統(tǒng)每個(gè)層次具有獨(dú)立性，而每個(gè)層次又具有緊密的聯(lián)系。不同層次獨(dú)立負(fù)責(zé)不同的工作內(nèi)容，下層結(jié)構(gòu)要支持上層結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫(kù)層利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)管理模型數(shù)據(jù)，為上層結(jié)構(gòu)的工作提供支持。數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和規(guī)劃數(shù)據(jù)等，而現(xiàn)狀數(shù)據(jù)中涉及到地質(zhì)條件和基礎(chǔ)地形等，而規(guī)劃數(shù)據(jù)包括地下管線和地下交通設(shè)施等。

4.4 補(bǔ)充數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)

遙感影像的信息獲取可補(bǔ)充國(guó)土空間規(guī)劃地區(qū)的集成數(shù)據(jù)，結(jié)合基礎(chǔ)地理可以在多個(gè)維度分析獲取的數(shù)據(jù)，形成多樣化數(shù)據(jù)，通過(guò)整合和統(tǒng)一這些數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，為后期二維建模工作奠定基礎(chǔ)。首先利用這些數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，并且在網(wǎng)絡(luò)上共享這些數(shù)據(jù)，方便國(guó)土空間規(guī)劃部門(mén)的工作人員及時(shí)了解工作現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。另外可以在建模階段準(zhǔn)確地分析國(guó)土空間規(guī)劃，保障決策的科學(xué)性，同時(shí)可以結(jié)合反映的問(wèn)題提出規(guī)劃調(diào)整建議[8]。

基于遙感監(jiān)測(cè)的二維建模過(guò)程中，可綜合規(guī)劃數(shù)據(jù)和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)二維建模，因?yàn)榈刭|(zhì)涉及地下數(shù)據(jù)的精密性要求，涉及到復(fù)雜的內(nèi)容，因此需要利用自動(dòng)建模模式，通過(guò)搭建二維模型，提高建模速度，從而節(jié)省建模支出。如果在地下工程建設(shè)階段需要建模，需要保障建模的精密性，滿足內(nèi)部結(jié)構(gòu)需求，這就需要利用更加專(zhuān)業(yè)的建模方式。二維平臺(tái)利用二維建模和數(shù)據(jù)庫(kù)層，可以全面顯示出二維數(shù)據(jù)，幫助工作人員全面剖析數(shù)據(jù)及指定科學(xué)的設(shè)計(jì)規(guī)劃方案。在全面剖析階段，需要對(duì)規(guī)劃方案實(shí)施比較、評(píng)估，不僅需要剖析規(guī)劃方案，還要剖析專(zhuān)項(xiàng)內(nèi)容和規(guī)劃指標(biāo)，從而為規(guī)劃決策提供參考數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)規(guī)劃全面剖析的過(guò)程中，要注意實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的追蹤規(guī)劃。

5 結(jié)束語(yǔ)

為了科學(xué)地開(kāi)展國(guó)土空間規(guī)劃工作，在國(guó)土空間規(guī)劃中可以利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，充分發(fā)揮出遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合遙感與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)人工智能化遙感監(jiān)測(cè)的技術(shù)突破，對(duì)空間規(guī)劃實(shí)施情況的適時(shí)監(jiān)測(cè)可實(shí)現(xiàn)高效合理調(diào)整和優(yōu)化國(guó)土空間規(guī)劃，促進(jìn)我國(guó)城市化建設(shè)和生態(tài)修復(fù)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展，有效提升城市文明和社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)過(guò)程中治理能力和治理體系現(xiàn)代化水平。