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遥感技术于城市规划的应用

发布时间:2018-10-08

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遥感是二十世纪60年代蓬勃发展起来的一门综合性的探测技术,它是以航天或者航空飞行器为运载工具,在上面安装各种探测仪器(传感器),对地球表面进行观察、记录,获取图象或数据。 
遥感技术的物理基础是电磁波理论。通常所说的可见光(即肉眼可以看见的光),是光波,也是电磁波。可见光在电磁波谱中仅仅占据一段极其狭窄的波谱段。所以,除可见光遥感之外的其它遥感技术,则是接收肉眼所看不到的信息,因此,遥感技术等于将人的视野范围扩大了、深化了。
遥感根据运载工具不同,可分为地面遥感(或近地遥感)、航空遥感、航天遥感。现在很热的三维激光扫描就属于地面遥感,应用该技术可以快速为城市建立三维立体模型,为规划编制提供更加直观立体的现状信息。图1就是利用机载三维激光扫描仪获取奥地利某地地形信息。搭载在无人机或飞机上的传感器所获取影像为航空遥感影像,不过一般工程造价较高。我们规划中常提到的遥感影像多为航天遥感影像,即遥感卫星影像。目前,美国NASA的陆地卫星(Landsat)向全球免费提供空间分辨率为30m*30m的7波段多光谱遥感影像。
三维激光扫描所得点云数据
遥感卫星影像作为城市规划管理、基础设施建设等方面的基础数据源,目前已经被广泛用于评估、规范、决策以及模拟和预测城市发展未来等方面,已经成为现代城市发展中不可或缺的一部分。同时,作为城市建设日新月异的见证,它被赋予了宝贵历史财富的意义。
这种图像类似于按照一定的比例缩小了的地面模型。它客观、真实地记录了地表的景观综合特征和地物的个体特征,为城市规划及城市建设提供真实、可靠、细致的数据基础。
用遥感手段来监测城市建设与用人工手段相比,具有覆盖范围广、信息量大、数据分布密度高、同步性好、区域间可比性强以及省时、省力、快速、有效等多种优势,所以遥感技术在城市建设中的作用已经得到普遍认可和重视。
使用遥感手段主要能解决城市建设中两个层次的问题。
第一层次是解决影像数据在规划中的日常应用问题。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进行应用,可减少现状调查的盲目性及过时的线划图带来的偏差;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。
第二层次是解决规划专题研究与新技术应用的需要。比如,利用影像信息源内容丰富、综合性强的优势,结合计算机图像处理技术的新发展,分类提取影像信息,进行专题应用研究,可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。
目前国内外在城市建设与规划中遥感卫星影像已有一系列成熟应用。
汶川地震发生后,国际组织基于遥感卫星影像绘制了滑坡分布图,如图2所示,为抗震救灾提供了第一时间救援信息。图中山体的白色区域(已经用红线框出)为滑坡严重地带,可能造成严重的次生灾害,希望已经告知当地灾民和志愿者注意预防次生灾害链,避免发生更大的灾难。
汶川地震后滑坡分布图
美国DMSP/NPP卫星获得夜景灯光影像可以用来表征城镇范围、GDP分布、人口分布等社会经济因素。经济增长、城市化、人道主义灾难均有可能反映在多时期的夜景遥感影像中。基于经济统计数据、夜光影像、人口分布图、土地覆盖类型等信息,有学者利用数据挖掘生成了全球2006年GDP格网图,实现了经济统计数据的空间化,如图3所示。
全球2006年GDP格网图
利用遥感卫星影像热红外波段数据,可以进行地表温度繁衍,进而研究城市热岛效应。城市热岛效应是指城市中的气温明显高于周围郊区的现象。图4是以西安地区为例,介绍遥感监测城市“热岛效应”。选用了1988年8月23日和2003年5月29日上午10点的TM6数据进行地表亮温反演,通过对比两期的地表亮温的变化情况,分析15年因城镇扩展所带来的城市“热岛效应”变化的影响。
遥感监测城市热岛效应
此外,对多时相遥感卫星影像进行变化监测,可用于城市建筑用地扩张的监测研究。图5是利用遥感卫星影像分析得到的北京市1984-2005年城市建设动态变化情况。可以看到在近20年时间,北京市建设用地面积增加了近5倍。
图5.遥感监测城市建设动态变化
目前,遥感卫星影像已经应用于城市规划的方方面面。除上述提到的方面,其还运用于风景区建设、排污点寻找、规划区建设中。有理由相信,随着遥感平台的进一步发展、卫星影像处理技术的进一步提高、计算机技术的革新,遥感卫星影像将在城市规划中发挥更大的作用。
例如,近段时间以来,全国大部分范围陆续受到雾霾侵袭,“治霾”成为关系民生的社会热点问题。有关专家一直以来都在怀疑雾霾在增强城市热岛效应方面发挥着很大的作用。且近期这一怀疑被进一步验证。而合理的风道规划与管控,有助于以增强通风潜力、缓解热岛效应。后续我们可以通过免费landsat卫星遥感数据进行热岛效应与雾霾的关系做持续跟踪,对主通风廊道区域严格规划控制,打通障碍点,提升环境品质并减少污染物排放。

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