高分遙感技術(shù)在城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用研究

【摘要】城市粗放型管理難以滿足現(xiàn)代人們的實際需求，在數(shù)字化背景下，急需加快城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的速度，構(gòu)建數(shù)字化城市，以此推動我國城市的進步與發(fā)展。高分遙感技術(shù)具有諸多優(yōu)勢，包括數(shù)據(jù)時效性、信息量豐富、高空間分辨率、高清晰度等，通過高分遙感技術(shù)的使用，能夠確保地物光譜信息搜集的全面性和精準性。同時，還可以獲取到更多的細節(jié)數(shù)據(jù)，包括地物紋理、形狀、結(jié)構(gòu)等，使相關(guān)技術(shù)人員能夠掌握和觀察狹小空間尺度中的細節(jié)問題，以及地表變化情況。針對此內(nèi)容，文中深入分析高分遙感技術(shù)在城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】高分遙感技術(shù)；數(shù)字化轉(zhuǎn)型；空間分辨率；數(shù)據(jù)模型；遙感制圖

【中圖分類號】TU198 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）05-0064-03

0 引言

城市是一個龐大的時空協(xié)同系統(tǒng)，由諸多復(fù)雜的要素組合而成。在城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)用與建設(shè)的過程中，空間信息是最為關(guān)鍵的一項基礎(chǔ)信息，伴隨著快速發(fā)展的社會經(jīng)濟和城市建設(shè)，在推動實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型城市公共信息服務(wù)、保護環(huán)境、城市建設(shè)、有效使用資源等方面，面臨著諸多問題和挑戰(zhàn)，不僅需要在空間尺度中全方位整理和收集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，還需要在特定的場景或者是地點，對城市要素的變動、趨勢、分布態(tài)勢、空間位置進行實時掌握和監(jiān)測。

1 城市遙感應(yīng)用現(xiàn)狀

近二十年來，我國在城市遙感領(lǐng)域取得顯著成就。如今，我國已經(jīng)建立起更加靈活的機載遙感應(yīng)用體系，同時衛(wèi)星對地觀測體系也實現(xiàn)了穩(wěn)定、長期運行[1]。例如，某省借助衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，對城鎮(zhèn)發(fā)展的生態(tài)格局進行了精確判斷；某市在制定2030年未來城市空間組織結(jié)構(gòu)的規(guī)劃時，也利用到衛(wèi)星遙感信息和數(shù)據(jù)[2]。這些實踐案例，充分展示出我國在城市遙感領(lǐng)域的不斷進步與成就。

2 城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型高分遙感應(yīng)用特點

2.1 高空間遙感特性數(shù)據(jù)獲取范圍廣泛

起初，高空間分辨率主要的使用價值是收集地理空間信息、經(jīng)濟信息[3]。現(xiàn)階段，印度的IRS衛(wèi)星、美國的IKONOS等衛(wèi)星、法國的SPOT衛(wèi)星、日本的ALOS衛(wèi)星等，都是常用的高空間分辨率衛(wèi)星，0.5 m是空間分辨率能夠達到的最高值[4]。

城市高度集中了諸多要素，包括經(jīng)濟、環(huán)境、資源以及人口等，在開展城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中，需要高度重視城市內(nèi)部的各種細節(jié)。在有限分辨能力的影像下，傳統(tǒng)的遙感影像難以對各種較小尺寸的地物進行準確分辨，例如，小溪、草地、住宅區(qū)、道路、橋梁和一般建筑物等。而高分辨率遙感影像技術(shù)能夠獲取到高清晰度的地表景觀細節(jié)、紋理、結(jié)構(gòu)信息等，遠高于相同面積中低分辨率數(shù)據(jù)。即便在空間尺度較小的條件下，高空分辨率遙感影像也能夠清楚地監(jiān)測人為活動對環(huán)境的影響、大比例尺遙感制圖和地表細節(jié)變化等，市場前景較為樂觀。在城市諸多方面中，如更新地形圖、城市規(guī)劃、城市生態(tài)環(huán)境評價和數(shù)字化管理等方面，已經(jīng)證實了高分辨率遙感影像的使用價值[5]。

2.2 高光譜遙感特性信息提取精度高

城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，高分遙感的應(yīng)用展現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢。其中，高光譜遙感特性尤為突出，能夠更精細地調(diào)查城市資源環(huán)境要素。具體來說，高光譜遙感在城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用特點體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1） 高光譜遙感以其高光譜分辨率特性，能夠獲取地物連續(xù)且精細的光譜曲線。使城市中的各類資源環(huán)境要素，如水體、植被、土壤等，都能夠被精確識別和分類。通過對這些光譜信息的分析，可以更加準確地了解城市資源環(huán)境的分布、狀態(tài)和變化。

（2） 高光譜遙感能夠基于地物在特定波長處的發(fā)射和反射強度，對同一種地物的不同種類進行區(qū)分。這一特性在城市資源環(huán)境要素的調(diào)查中尤為重要。例如，在城市綠化建設(shè)中，高光譜遙感可以區(qū)分不同種類的植被，為城市綠化規(guī)劃和設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

（3） 高光譜遙感還能對城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行定量評估。通過對城市植被的光合有效輻射、地表溫度等參數(shù)的估算，評估出城市的生態(tài)健康狀況，為城市環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展提供決策支持[6]。

2.3 高時間遙感特性信息獲取速度快

在多時相分析應(yīng)用能力和遙感系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測能力評價中，時間分辨率是最為關(guān)鍵的指標，其主要是指展開鄰近兩次遙感于同一個區(qū)域之中，而后對時間最小間隔進行觀測。隨著我國城鎮(zhèn)化進程和數(shù)字化轉(zhuǎn)型速度的加快，城市開始朝著周邊地區(qū)拓展空間范圍，隨之改變了城市內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過高時間分辨率遙感的使用，能夠獲取動態(tài)實時科學(xué)規(guī)劃城市發(fā)展信息和數(shù)據(jù)，便于更好地動態(tài)監(jiān)測城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型情況。在高分遙感方面，可以創(chuàng)建具有時序性的相關(guān)數(shù)據(jù)庫，多模態(tài)時空數(shù)據(jù)模型如圖1所示，便于更好地對城市發(fā)展演變和數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持[7]。

3 城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型高分遙感應(yīng)用模式分析

3.1 城市高分遙感信息提取和預(yù)處理

高分遙感信息提取主要是從高分辨率遙感影像中識別并分離出感興趣的目標或信息。這通常涉及一系列復(fù)雜的技術(shù)和方法，包括圖像分割、特征提取、分類等。在城市環(huán)境中，高分遙感信息提取的目標可能包括建筑物、道路、植被、水體等不同類型的地物。通過提取這些信息，可以深入了解城市的空間結(jié)構(gòu)、功能布局以及環(huán)境狀況。為實現(xiàn)高效準確的信息提取，通常會結(jié)合使用多種遙感技術(shù)，如光譜分析、紋理分析、形狀分析等。

預(yù)處理高分遙感數(shù)據(jù)中預(yù)處理是遙感信息提取之前的重要步驟，旨在消除或減弱遙感影像中的噪聲、畸變等不利因素，提高影像的質(zhì)量和可用性。預(yù)處理高分遙感數(shù)據(jù)涵蓋多個步驟如圖2所示，在實際工作中，相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)實際情況合理選擇流程。

3.2 城市高分遙感信息提取和業(yè)務(wù)承載

城市高分遙感業(yè)務(wù)承載是指將高分遙感信息應(yīng)用于實際業(yè)務(wù)中，實現(xiàn)業(yè)務(wù)價值的過程。通常涉及諸多方面，包括數(shù)據(jù)處理、信息服務(wù)、業(yè)務(wù)應(yīng)用等。在數(shù)據(jù)處理方面，需要對獲取的高分遙感數(shù)據(jù)進行預(yù)處理、解譯和分析，提取出有用的信息，這需要專業(yè)的技術(shù)和設(shè)備支持，以確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。在信息服務(wù)方面，可以通過建立遙感信息服務(wù)平臺，將處理好的遙感信息以可視化的方式展示給用戶，并提供查詢、分析等功能。在業(yè)務(wù)應(yīng)用方面，高分遙感信息可以廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測、資源管理、災(zāi)害預(yù)警等領(lǐng)域。例如，在城市規(guī)劃中，可以利用遙感信息提取出的城市建筑和道路信息，進行城市空間布局的優(yōu)化。在環(huán)境監(jiān)測中，可以利用遙感信息監(jiān)測城市空氣質(zhì)量、水體污染等情況。在災(zāi)害預(yù)警中，可以利用遙感信息及時發(fā)現(xiàn)并預(yù)警自然災(zāi)害等[8]。

3.3 城市高分遙感數(shù)字化業(yè)務(wù)應(yīng)用模型構(gòu)建和服務(wù)

在模型構(gòu)建方面，城市高分遙感數(shù)字化業(yè)務(wù)應(yīng)用模型主要基于遙感數(shù)據(jù)的獲取、處理和應(yīng)用。首先，通過衛(wèi)星、無人機等遙感平臺獲取城市區(qū)域的高分辨率遙感數(shù)據(jù)。然后，利用專業(yè)的遙感圖像處理軟件對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理、特征提取和信息分類，生成各類專題數(shù)據(jù)和產(chǎn)品。最后，根據(jù)實際應(yīng)用需求，構(gòu)建相應(yīng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用模型，如城市規(guī)劃模型、環(huán)境監(jiān)測模型、災(zāi)害預(yù)警模型等。這些模型能夠?qū)崿F(xiàn)對城市資源的精細化管理和監(jiān)測，為城市規(guī)劃和決策提供科學(xué)依據(jù)。

在服務(wù)方面，城市高分遙感數(shù)字化業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)主要面向政府部門、企事業(yè)單位和公眾用戶。相關(guān)部門可以利用遙感數(shù)據(jù)進行城市規(guī)劃、國土資源管理、環(huán)境保護等工作。企事業(yè)單位可以利用遙感數(shù)據(jù)進行資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害風(fēng)險評估等工作。公眾用戶則可以通過遙感信息服務(wù)平臺獲取城市環(huán)境、交通狀況等實時信息，提高生活品質(zhì)。

城市基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃是城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要工作之一，如今環(huán)境治理工作得到國家的高度重視，構(gòu)建城市高分遙感數(shù)字化業(yè)務(wù)應(yīng)用模型能夠更好地對城市環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施進行完善，強化排放各類污染物質(zhì)的管理和控制力度，還能夠科學(xué)規(guī)劃各類綠色植物以及運動場所、城市綠地等設(shè)施。

4 城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型高分遙感應(yīng)用前景分析

高分遙感為城市規(guī)劃提供精準的數(shù)據(jù)支持。通過獲取高分辨率的遙感影像，可以準確提取城市地表的各類信息，包括建筑物、道路、綠地等。這些信息可以用于城市空間布局的優(yōu)化、交通網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計以及城市功能的劃分等方面，為城市規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。其次，高分遙感將在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。利用遙感技術(shù)可以實時監(jiān)測城市的環(huán)境質(zhì)量，包括空氣質(zhì)量、水體污染、植被覆蓋等。這有助于及時發(fā)現(xiàn)環(huán)境問題，采取有效的措施進行治理，保障城市的可持續(xù)發(fā)展。此外，高分遙感還可以應(yīng)用于城市災(zāi)害預(yù)警和應(yīng)急管理方面。通過實時監(jiān)測城市的地表變化，可以及時發(fā)現(xiàn)潛在的自然災(zāi)害風(fēng)險，如地震、滑坡等。同時，在災(zāi)害發(fā)生后，高分遙感可以快速獲取災(zāi)區(qū)的影像數(shù)據(jù)，為救援和重建工作提供決策支持。最后，隨著大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)的不斷發(fā)展，高分遙感將與這些技術(shù)深度融合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和互通。這將進一步提高遙感數(shù)據(jù)的處理效率和應(yīng)用水平，推動城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入發(fā)展[9]。

5 結(jié)語

高分遙感技術(shù)在城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。該技術(shù)通過提供高分辨率的遙感數(shù)據(jù)，為城市規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)警等提供有力支持。然而，高分遙感的應(yīng)用仍面臨數(shù)據(jù)處理復(fù)雜性和數(shù)據(jù)共享標準化等挑戰(zhàn)。未來，隨著技術(shù)的不斷進步，期待高分遙感在城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型中扮演更加重要的角色，推動城市可持續(xù)發(fā)展。通過加強技術(shù)研發(fā)、數(shù)據(jù)共享和標準化建設(shè)，高分遙感將為城市的繁榮與進步注入新的動力。

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[作者簡介]蘭丹丹（1985—），女，廣西都安人，大學(xué)本科，研究方向：測繪工程。