遥感技术在城市规划上的应用.docx

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遥感技术在城市规划上的应用

遥感技术在城市规划中的应用

院系：

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课程名称：

姓名：

学号：

2013年1月

xxxxx大学xxxxxxxxxx学院

全日制普通本科生课程论文

遥感在城市规划中的应用

THEAPPLICATIONOF

REMOTE SENSINGINURBAN PLANNING

学生姓名：

学号：

年级：

专业：

指导老师：

目录

摘要………………………..………………………………………3

关键词………………………..……………………………………….3

一、遥感技术及其的基本原理及分析方法………………………..3

二、城市规划设计研究涉及的资料源……………………………..4

三、遥感数据的适用范围………………………………………….4

四、遥感数据在城市规划中的应用现状…………………………..5

五、遥感技术在城市规划中的应用………………………………...5

六、遥感技术应用于城市规划中的不足………………………..8

七、结束语………………………..………………………………...9

摘要：

城市遥感信息是城市的资源之一，遥感技术在城市规划与管理方面的应用目标可以归纳为：

快速实现城市范围国土资源与生态环境的多层次、全方位综合调查，系统地研究城市资源与环境的空间分布规律及其相互联系、相互制约的关系，按不同层次、不同内容编制系列基础图件，客观、真实、系统地反映城市的建设成就和存在问题，为制定城市国民经济和社会发展的中长期规划、国土资源和生态环境的综合整治规划以及城市经济可持续发展规划提供科学依据。

本文介绍遥感信息在城市规划与管理中已经获得实际成果的应用途径和现状，分析了应用实践中的一些问题，展望了遥感信息在城市规划建设领域的应用前景。

关键词：

遥感技术城市规划应用

一．遥感技术及其的基本原理及分析方法

遥感技术（RemoteSensing）是一门建立在空间科学、电子技术、光学、计算机技术、信息论等新的技术科学以及地球科学理论基础上的综合性技术，为现代前沿科学技术之一，具有宏观、动态、综合、快速、多层次、多时相的优势。

在新技术迅猛发展的今天，遥感技术伴随着航空、航天技术的发展而不断提高与完善，服务领域因之而不断扩展，受到普遍重视，显示出极其广泛的应用价值、良好的经济效益和巨大的生命力[1]。

遥感即“遥远的感知”。

即远距离不接触“物体”而获得其相关信息[1]。

遥感通过电磁波、力、声波等形式采集数据。

应用最多的是以电磁波方式获取数据。

因此，遥感的理论基础是电磁辐射与地表的相互作用。

电磁波遥感分为被动遥感和主动遥感。

被动遥感主要利用太阳辐射能——通过照相机或多光谱扫描仪记录地表反射或发射的电磁辐射；主动遥感——人为发出电磁能量，并记录其返回的辐射能，常见的雷达就属于主动遥感。

其中，主动遥感的过程大致如下：

太阳辐射能——通过大气传播（衰减）——部分到达地面的辐射波段与地表物质相互作用——再次进入大气传播——被遥感仪器记录地表反射或发射的电磁辐射——得到图像数据——对图像数据进行处理、分析、解译——得到各种信息产品——分发给不同应用部门进行使用。

地球表面特征十分复杂，不同波段的能量到达地表后，被选择性地反射、吸收、透射、折射等。

即使同一物体在不同状态下与电磁波的作用都不尽相同。

遥感正是利用物质对电磁波的不同作用表现，进行大量的实验研究后，得到不同物质对电磁波的响应关系，从而能够通过对记录的电磁波谱特征进行反解得到地球表面的信息。

对遥感图像的分析处理的方法主要是目视法、计算机自动处理、人机交互法。

处理方式按照遥感解译的组织方法和实施条件可以分为：

（1）野外解译——在实地进行图像解译；

（2）飞行器目视解译——在飞机上识别地物；（3）室内解译；（4）综合解译——以上两种以上的方式相结合。

城市遥感信息是城市重要的信息资源之一，遥感技术在城市规划与管理方面的应用目标可以归纳为：

快速实现城市范围国土资源与生态环境的多层次、全方位综合调查，系统地研究城市资源与环境的空间分布规律及其相互联系、相互制约的关系，按不同层次、不同内容编制系列基础图件，客观、真实、系统地反映城市的建设成就和存在问题，为制定城市国民经济和社会发展的中长期规划、国土资源和生态环境的综合整治规划以及城市经济可持续发展规划提供科学依据。

二．城市规划设计研究涉及的资料源

地理信息系统作为信息网络中的一员，在我国部分城市的城市规划管理、基础设施建设等方面所取得的相当显著的社会与经济效益，彰显城市地理信息系统已成为城市发展中不可或缺的一部分。

它不仅用来收集、存储、检索城市发展过程中的过去和现状，更重要的是可以用来辅助城市发展的评估、规划和决策，模拟和预测城市发展的未来。

为此，我们的数据梳理、整合工作基本上是围绕建立GIS数据库展开的。

根据我们的调查、分析，城市规划设计研究部门对资料的需求有别于规划管理部门，大致可以分为如下几类：

基础地理数据库，基础专题数据库，规划基础数据库，现状基础数据库，规划专题数据库，遥感解译数据库，社会经济统计数据库，规划档案数据库，规划法规、细则库，辅助规划设计符号、线型库，多媒体数据库。

从数据格式上可以分三类，即：

向量数据、文本数据、栅格数据[2]。

三、遥感数据的适用范围

根据遥感平台高度的不同，通常将遥感分为卫星遥感和航空遥感，所获取的信息亦分为卫星影像和航空影像。

遥感用途的大小不是以分辨率的大小来决定的，而是取决于研究对象，要解决什么问题。

对于不同应用的目的，要求概括程度不同，选择的地面分辨率也完全不同。

千米级（1000～5000m）的宏观现象如大陆飘移等，多属全球级巨型环境特征，采用气象卫星便可解决问题。

资源调查、环境质量评价、城市用地变化监测等多属国家级、省级的大型环境特征，大致相当于百米级（80～100m）范畴，陆地卫星空间分辨率可以保证。

中型环境特征如作物估产、林火、污染监测等，一般在50m以下区域范围内，采用陆地卫星数据加上SPOT卫星图像便可进行工作。

小型环境特征如港湾、水库等具体的工程建设、城市发展规划等，一般在5～10m的地区范围内，SPOT卫星图像尚可以做一些工作，但主要靠高空间分辨率卫星图像和航空像片来进行工作[3]。

四、遥感数据在城市规划中的应用现状

遥感在城市规划中的应用可分为二个层次。

第一层次解决影像数据在规划中的日常应用。

如将影像图作为现状调查的基础图件，在城市总体规划、分区规划、控制性详细规划及工程规划中应用，以减少现状调查的盲目性及线划图过时带来的偏差；也可制作大型彩色挂图及专题或局部地区彩色挂图为各级部门的管理、决策、宣传提供直观材料。

第二层次解决规划专题与新技术应用的需要。

如，利用影像信息源丰富，综合性强，结合机图像处理技术的新，分类提取影像信息，进行专题应用研究,为城市可持续发展研究、动态监测城市发展变化研究等提供依据，为城市规划信息系统的建立、更新提供基础数据源[4]。

五、遥感技术在城市规划中的应用

城市规划是城市建设与发展、管理的基本依据，它的主要任务是协调城市的自然与社会属性，根据城市的具体情况，结合国民经济长远规划和区域规划，制定城市的性质、发展方向和规模以及整体布局、各项建设发展的原则要求[3]。

在城市规划中，现势性的基础资料对规划部门和规划人员十分重要。

传统的基础数据的获取需要大量的人力、物力和时间。

特别是近年来我国城市发展十分迅速，不少城市都进行了大量的房屋建设和道路修建，城市规模不断扩大。

许多基础资料的更新跟不上城市的发展速度，因此采用传统测量的方法获取基础数据跟不上规划的需要。

利用高精度的遥感图像进行分析，可以更新基础数据，并提取规划要素的专题信息，为城市规划提供精确的、现实性强的基础数据。

并可利用遥感卫星图像编制高精度的城市正射影像图，为规划人员提供直观的城市现实景观。

利用SPOT影像可制作10m分辨率的数字正射影像图，利用IKONOS影像可制作4m和1m分辨率的数字正射影像图等[2]。

以高精度的遥感图像通过相关的专业软件处理,并套和到高精度的DEM（数字高程模型）上进行校正,以GIS为基础虚拟现实,规划人员可以将规划设计成果放在虚拟现实系统中进行检验、修改、评估等，极大地方便了城市规划的决策和实施。

国外一些国家已经将遥感技术引进城市规划的编制过程中[3],这充分说明了遥感技术在城市规划中的重要作用。

1.城市规划信息提取（遥感图像的自动分类）

常用的信息提取方法是遥感影像计算机自动分类。

首先，对遥感影像室内预判读，然后进行野外调查，旨在建立各种类型的地物与影像特征之间的对应关系并对室内预判结果进行验证。

工作转入室内后，选择训练样本并对其进行统计分析，用适当的分类器对遥感数据分类，对分类结果进行后处理，最后进行精度评价。

遥感影像的分类一般是基于地物光谱特征、地物形状特征、空间关系特征等方面特征，目前大多数研究还是基于地物光谱特征[10]。

在计算机分类之前，往往要做些预处理，如校正、增强、滤波等，以突出目标物特征或消除同一类型目标的不同部位因照射条件不同、地形变化、扫描观测角的不同而造成的亮度差异等。

利用遥感图像进行分类，就是对单个像元或比较匀质的像元组给出对应其特征的名称，其原理是利用图像识别技术实现对遥感图像的自动分类。

计算机用以识别和分类的主要标志是物体的光谱特性，图像上的其它信息如大小、形状、纹理等标志尚未充分利用[11]。

计算机图像分类方法，常见的有两种，即监督分类和非监督分类。

监督分类，首先要从欲分类的图像区域中选定一些训练样区，在这样训练区中地物的类别是已知的，用它建立分类标准，然后计算机将按同样的标准对整个图像进行识别和分类。

它是一种由已知样本，外推未知区域类别的方法；非监督分类是一种无先验（已知）类别标准的分类方法。

对于待研究的对象和区域，没有已知类别或训练样本作标准，而是利用图像数据本身能在特征测量空间中聚集成群的特点，先形成各个数据集，然后再核对这些数据集所代表的物体类别。

与监督分类相比，非监督分类具有下列优点：

不需要对被研究的地区有事先的了解，对分类的结果与精度要求相同的条件下，在时间和成本上较为节省，但实际上，非监督分类不如监督分类的精度高，所以监督分类使用的更为广泛。

2、遥感在城市公共安全系统中的应用

遥感在城市公共安全方面的应用主要包括城市交通系统、应急系统（110、119、120等）、防洪系统、突发公共安全事件（如：

突发流行病、突发自然灾害）等等。

在交通方面，获取同一瞬间市区总体交通状况，分析不同地段的机动车密度、流量、平均车速及其空间分布规律。

特别是获取车流高峰时期的数据，有利于分析出城市交通堵塞的主要原因。

在应急系统方面，主要是利用遥感图像结合GIS,GPS为应急指挥决策提供服务。

获取遥感图像，建立图像数据库，结合GIS数据库，利用GPS进行精确定位，对发生应急事件的地区进行分析，以便做出最快速、最有效的措施。

如：

120指挥中心接到求救电话，立即进入应急系统，查询求救者的位置，将GIS矢量数据叠加到相应的遥感图像上，可直观、准确地知道求救者的地点与周边环境的关系（包括与周边医院的位置关系、道路交通状况等），指挥中心可根据系统分析迅速做出营救方案。

在突发公共安全事件方面，遥感也发挥着重要作用。

在利用遥感研究流行病学方面，已经取得了许多成果。

遥感作为一种流行病学研究的信息源，尤其在获取有关社会、经济状况的基础数据方面十分有益。

它已经被世界卫生组织确认为“人人享有健康”的全球战略的关键之一[4]。

3、遥感在城市环境监测中的应用

城市环境监测主要包括空气质量监测、水资源监测、城市绿化—植被的检测、土地利用监测、城市热岛效应的调查等。

环境质量的好坏直接关系到城市的居住环境和人们健康生活水平的问题。

利用遥感技术，可以监测城市废气、废水、废渣的排放情况。

空气质量监测主要是通过遥感图像圈定污染源，一般通过图像判断烟囱的高度，推测其对大气污染程度；另一种方法就是通过对城市植被遥感影像来判断空气污染程度，因为植被被污染后、叶绿素会发生变化，对光谱做出不同特征的反应。

水资源的监测，主要是通过遥感图像来监测水污染情况。

可以通过遥感图像上水体的颜色和位置来判断水体受污染的情况。

水体受污染时，其影像的色调、表面亮度值都会发生变化。

遥感也用于监测城市绿化、土地利用情况。

通过对遥感图像处理，可以得到土地使用变化图，从而时时监测违规用地等。

这对于城市土地使用管理部门和执法部门是一个很好的工具。

现代遥感技术的勃兴,为全面分析、研究热量资源和热场分布变化提供了无比优越的先进手段。

TM热红外图像是用卫星遥感方法研究城市热岛现象的最有价值的资料[3]。

地表温度变化，会使得其辐射变化，从而影响图像灰度变化。

因此通过图像的色彩可以全面研究城市热岛效应。

对于植被来说，她是环境的重要组成因子，也是反映区域生态环境的最好指标之一。

近20年来，我国应用高分辨率遥感影像进行城市环境绿化调查已经取得了显著的成就。

植物的光谱特征可使其在遥感影像上有效的与其他地物相区别，同时，不同的植物因自身的波普特性，从而可以区分植被类型，长势及估算生常量的依据。

因此在城市环境绿化方面应该结合上述植被所具有的特点，正确选择城市绿化植物，保证经济生态效益。

而且应用遥感技术还可以评定该城市的绿化覆盖面积，从而评定等级。

同样根据植被的波普特性还可以评定其大气环境质量。

对于土地，应用遥感技术可以宏观的展现城市的用地情况，省去了实地考察的耗时，耗力，等诸多问题。

对于城市用地规划都可以达到指导性的作用。

对于道路和建筑物，遥感可以探测出城市道路分布及其建筑物的情况，可测定其建筑物占用地面积的比率，从而应用到城市扩张及规划当中，也为城市的合理布局起到指导作用。

对于水体，也是城市环境检测的的一个方面，用遥感手段来研究水体，获得水体的分布，泥沙，有机质等状况和水深，水温等要素信息，从而对一个区域的水资源和水环境等作出评价，为水利，交通。

航运及资源环境等部门提供决策服务。

遥感除了在以上城市建设中的的应用外，还有许多应用。

如人们根据遥感获得土地利用现状图的基础上，运用GIS技术，建立城市土地利用与人口空间数据库，进行居住人口密度估算[5]。

总之，遥感技术的不断创新，其在城市应用领域也将不断创新。

遥感将在城市建设、城市信息化方面发挥重要角色。

六、遥感技术应用于城市规划中的不足

中国城市地区尤其是旧城区中用地密集性交叉分布的情况严重。

由于缺乏严格而科学的规划,不同类型的城市用地紧紧相邻布局,甚至互相混合交叉[15]。

城市规划与遥感技术是两个独立发展的学科,跨学科的综合利用有待进一步推广和完善。

在城市规划领域,规划师普遍缺乏对遥感技术的了解和掌握,以及对遥感技术在城市规划中广阔应用空间的认识。

目前,城市规划师应用遥感资料主要是通过与遥感专业技术人员的合作来进行,而遥感专业人员不具备一定的城市规划专业知识,在影像处理和分析过程中对信息的提取缺乏重点,影响了遥感数据的充分利用。

[16]

已建立不同规模的卫星数据接收和处理系统，业务运行系统基本上都是基于RS和GIS的集成应用系统，但应用模型开发还很不够。

缺少面向城市规划评估和决策的专业应用模型。

缺乏强有力的基础理论和运行性工具的支撑，不能很好地满足城市规划应用需求[17]。

在网络应用环境下各种软件、工具和数据库不能很好地集成。

自主的高精度数据资源缺乏，需要更高分辨率数据的城市规划应用技术，但必须考虑业务化运行系统的运行成本的可承受性。

遥感业务运行系统建设的规范化和标准化还不够。

在不同部门和不同应用领域中数据缺少连续性和一致性。

新的数据源和技术难以嵌入城市规划应用于原有应用系统。

针对不同的业务，应由权威部门牵头，多家参与。

当前存在重复投入和重复建设问题，加重了投资的浪费，加剧了资料来源间的不一致性[18]。

目视解译仍是遥感图像解译的主要手段，必须发展专家系统技术基于多时相、多源遥感资料的变化检测、估计与分类是遥感应用处理中的共性关键技术，目前存在变化信息提取方法单一、与人工目视水平有较大差异、自动化程度低等问题。

缺乏数据平台和数据验证结果，影响遥感技术在城市规划方面的研究和应用水平。

在城市规划方面没有很好的国产遥感图像处理与应用软件，缺乏网络应用环境下各种软件、工具和数据库的一体化集成研究[19]。

将遥感影像数据列入城市基础地理信息的重要组成部分，鼓励用影像图作为规划成果的背景图。

大城市里应有固定的机构实施影像数据的获取与供应。

加强遥感应用成果介绍典型示范、培训、交流，改善规划队伍的知识，人才结构。

吸引专业性的遥感应用机构为城市规划行业提供技术服务、技术支持。

七、结束语

遥感研究应用已开展多年，遥感技术是综合了解城市基础数据的最有效手段，近年来人们系统地利用遥感技术搭建辅助城市规划编制分析、研究及管理的专用技术平台，在利用新技术与城市规划结合研究城市问题领域提出了系统框架与理论方法，并使之付诸于规划实践。

定期开展城市遥感综合调查，可为城市规划、管理和建设提供重要的数据，同样，对其他如土地、水利、环境、园林、旅游等开展综合调查，提供决策依据对保持城市可持续发展具有重要的意义。

随着工作的逐步扩展和深入，相信遥感技术在我国各个城市的建设中必将发挥更大作用。

参考资料：

1．赵英时等。

遥感应用分析原理与方法。

科学出版社出版。

2．张碧帆。

遥感技术在城市研究方面的应用探讨。

现代测绘，2005.6，28

3．朱武。

卫星遥感与测绘。

航天技术与国民经济，2000.11

4．陈军，孙玉国，等. 城市总体规划采用遥感与信息系统技术的模式和实践[J].遥感信息，1991

5．陈述彭.“数字城市”与时俱进[J].地球信息科学2002

6．刘燕华.村镇小区规划与设计[M].中国农业科学技术出版社2007年10月第一版.

7．李雅素.刘增文MAPGIS在农村土地信息管理中的应用[J].西北林学院学报2005

8．王晓栋,毛其智.浅谈空间信息技术在人居环境科学中的若干应用[J].华中建筑2000