多源卫星遥感影像在城市规划中的应用

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1、多源卫星遥感影像在城市规划中的应用摘 要： 高分辨率卫星遥感影像的出现使得大比例尺遥感制图以及进行城市规划监测和信 息更新成为可能。以泉州市为例，介绍了卫星遥感影像在城市规划中的应用。 关键词：遥感影像；城市规划；卫星遥感技术正文：1 .遥感技术简介遥感， 顾名思义泛指各种非接触的、 远距离的探测技术。 从狭义上讲， 遥感是一门新兴的科 学技术， 主要指从远距离、 高空或外层空间的平台上， 利用可见光、 红外、微波等探测仪器， 通过摄影或扫描、 信息感应、 传输和处理， 从而识别地面物质的性质和运动状态的现代化技 术系统。它是人类迈向太空，对地观测，获取地表空间信息的一种先进科学技术和生产力，

2、 具有宏观、准确、综合进行动态观测与监测的能力。近年来， 随着空间技术、 电子技术和地球科学的不断发展， 遥感已从以飞机为主要运载工具 的航空遥感发展到以人造卫星为主要运载工具的航天遥感。 它超越了人眼所能感受到的可见 光的限制，延伸了人的感官，能快速、及时地监测环境的动态变化；它涉及天文、地学、生 物学等科学领域，广泛吸取了电子、激光、全息、测绘等多项技术的先进成果，图像分辨率 已精细到米级甚至分米级； 它为城市规划、 资源勘测、 环境监测、 军事侦察等提供了现代化 的技术手段。 概言之， 遥感是运用物理手段、 数学方法和地学规律的现代化综合性探测技术。2 .城市规划区概况泉州市在福建省东南

3、部，背靠戴云山，面临台湾海峡，是历史文化名城。近年来，泉州市的 城市规划建设初具规模， 基础设施日臻完善， 为满足经济建设和社会发展的需要， 未来将形 成环泉州湾大都市区。 据此， 用地发展方向及城市规模亦相应进一步规划， 泉州市中、 远期 城市规划区位于泉州市辖区的东南沿海，范围介于北纬2 4°31 '到25°18'、 东经118°18 '到1 19°02 '之间，总面积约30 0 0多km2，为泉州湾冲积平原和海蚀台地，间有脉状低丘分布，发源于戴云山南麓的晋江向东南经市区流入泉州湾。3. 国内外主要遥感卫星1957年，

4、第一颗人造卫星升空， 标志着人类进入了太空时代。从此， 人类开始以全新的 视角来重新认识自己赖以生存的地球。 各主要航天大国相继研制出各种以对地观测为目的的 遥感卫星，并逐步向商用化发展。3.1 美国陆地卫星（ LANDSA）T美国于20世纪70年代， 在气象卫星的基础上研制发射了第一代试验型地球资源卫星 （陆 地一1, 2, 3）,分辨率为8 0 m。各国从卫星上接收了约4 5万幅遥感图像。8 0年代，美国分别发射了第二代试验型地球资源卫星 （陆地4， 5），其地面分辨率为30 m。 陆 地一5卫星是1984年发射的, 现仍在运行。 90年代, 美国又分别发射了第三代资源卫 星（陆地一6,7

5、）。陆地一6卫星是1 9 9 3年发射的，因未能进入轨道而失败。199 9年发射了陆地一7卫星, 以进行地球图像、 全球变化的长期连续监测。 该卫星装备了一台 增强型专题绘图仪ETM+，该设备增加了一个15m分辨率的全色波段，美国资源卫星每景影像对应的实际地面面积为185kmX185 km（Landsat7为185kmX175 km） ,16天即可覆盖全球一次。3.2法国地球观察卫星（SPOT）继1 9 8 6年以来，法国先后发射了SPOT1,2,3, 4对地观测卫星°SPOT 1, 2, 3采用8 3 2 km高度的太阳同步轨道， 轨道重复周期为2 6天， 可获取10 m分辨率的全

6、遥感图像以及2 0m分辨率的三谱段遥感图像°SPOT5是新一代遥感卫星，其分辨率更高，全色图像的分辨率为2m,彩色图像分辨率为10m,向全世界提供服务。3.3加拿大雷达卫星一1(RADARSAT1)加拿大雷达卫星一1于1 9 9 5年发射， 它标志着卫星微波遥感技术的重大进展。 雷达卫星 1除了有一个地面卫星数据接收站外, 卫星上还载有磁带记录器, 可覆盖全球。 该星为地 面分辨率、 成像行宽和波束入射角提供了更宽的选择范围。 除陆地及海洋应用外, 其重要任 务：一是对南极大陆提供第一个完全的高分辨率卫星覆盖；二是对全球产生多次卫星覆盖。3.4依科诺斯(IKONOS)依科诺斯卫星是美

7、国Spaceimage公司于1 9 9 9年9月发射的高分辨率商用卫 星，卫星飞行高度6 8 0 km,每天绕地球14圈，星上装有柯达公司制造的数字相机。相机的扫描宽度为11km,可采集1 m分辨率的黑白影像和4m分辨率的多波段(红、绿、蓝、近红外) 影像。 由于其分辨率高、 覆盖周期短, 故在军事和民用方面均有重要用途。3.5中巴资源一号卫星(CBERS) 中国和巴西联合研制的中巴地球资源卫星, 即资源一号卫星, 于1999年10月14日发 射成功, 经过在轨测试后转入应用运行阶段。 由北京、 广州和乌鲁木齐3个地面接收站接收 该卫星获取的我国境内的遥感数据。所接收影像的地面分辨率分别为19

8、.5 m,7 8 m,2 5 6 m。资源二号卫星现已在轨运行。通过航天航空遥感和GIS技术， 探索进行城市规划监测和城市空间地理信息采集、更新的可能性和技术途径以解决城市规划的土地利用分析、 监测城市规划用地变迁、 分析变化的规 律与原因及周期更新等问题具有重要意义。4. 应用实例高分辨率卫星遥感影像的出现使得在较小的空间尺度上观察地表的细节变化、进行大比例尺遥感制图以及监测人为活动对环境的影响成为可能。 它已经在城市规划、 地形图更新等方面 被证明有巨大的应用潜力。4.1 城市规划采用的卫星遥感影像资料类型泉州市城市总体规划修编过程中就充分地应用了卫星遥感影像资料。根据需要, 泉州市城乡规

9、划局委托北京大学空间遥感实验室及福建省测绘院制作了3种不同分辨率的卫星影像图, 分别是：(1) TM影像，分辨率15m,覆盖整个泉州市行政区域约12000余km2。(2) SPOT影像，分辨率5 m,多光谱真彩，覆盖都市协调区范围约40 0 0余km2。(3) QUICKBIRD影像，多光谱真彩，分辨率0 .61m,覆盖原总体规划区范围450 km2。4.2 高分辨率卫星遥感影像的特点(1) 形象真实,清晰可视。实践证明,城市规划设计、管理中有不少调查研究工作, 采用遥感技术, 能真实地反映客观情况。 如城市总体景观规划, 城市建筑密度与建筑容积率 调查, 江河污染与整治效果景观特征调查, 全

10、市环卫垃圾堆场与处理站点设置等调查。 能够 科学盘点城市绿化的发展布局, 城市热岛分区现象与生态景观分布特征调查, 旧城改造格局 与危棚简屋分布特征调查, 土地利用功能、 结构变化调查, 滩涂资源调查, 以及全市交通总 态势与社区特征调查等。(2) 范围广大, 时空缩短。 泉州市城市总体规划修编中, 对城市规划区与周边区域关联度的综合调查，很大程度上需依赖于遥感提供的基础数据，如利用TM, SPOT和航空遥感技术，建立和反演周期性 （ 1 9 8 6年一1 9 9 6年一 2 0 0 3年）的城市正射影像和由此产生的城市土地利用系列地图， 以监测城市规划用地变迁， 分析变化的规律与原因。 利用

11、历 史信息、影像信息和地图信息，对泉州城市的发展（20世纪80年代一90年代一现状） 进行反演和分析，探索其发展模式和动力，为今后进一步发展提供科学参照。根据TM,SPOT卫星提供的基础遥感影像数据分析都市协调区对外交通资源与经济结 构，进行水域污染调查与海岸经济面积特征调查， 港口选址分布调查， 中心城区与周边空间 经济区发展趋势调查，合理安排重大基础设施项目（以铁路选线为例）等。（3）数据更新， 经济快捷。 由于卫星遥感影像高时间分辨率的特性， 使其在小比例尺地形图更新方面也得到了应用。 泉州市城乡规划局与福建省测绘院开始探讨通过对全市30m,15 m分辨率TM影像、多种分辨率SPOT卫星

12、遥感影像及1m分辨率的QUICKBIRD卫星遥感影像的图像处理，生成数字复合影像并通过提取影像信息，对全市1：1万比例尺地形图数据进行快速更新试验。 这个项目投入应用后可以创造很高的经济价值。 由于 经济建设的高速发展， 现有的地形图数据大多现势性不好， 急需进行更新与改造。 按照正常 进度，全面更新需要48年，更新周期太长，无法满足城市规划管理、建设的需要。通过 这个项目的研制， 为现有地形图的快速更新提供了新的技术方法和作业流程，实现对局部区域地形、 地物的快速更新， 充分发挥遥感影像数据现势性强、 速度快的特点， 及时生产出符 合“数字泉州”建设需要的基础地理信息产品， 为城市总体规划、

13、 农业、 林业、 国土资源管 理等多种行业提供现势性较好的基础地理信息数据，有很好的社会效益。（4）宏微兼顾， 可信度高。 在城市与人类环境主题下的航空遥感信息是分析城市相关的地 表各种各样地物特征的手段， 有城市整体面貌的特征调查、 城市地下特征在地表的反映， 也 有城市行业管理项目调查。 高分辨率、 大比例尺的彩红外航空遥感像片可详尽、 清晰地记录 地面各种信息，是一种其他手段无法替代的综合信息场。城市景观、建筑物、道路、水系、 绿化，不同的色斑、不同的景观等环境建设主题信息都同时跃然眼前，既可把握宏观特征， 又可掌握细节情况。（5）连续性强， 对比准确。 泉州市城市航空遥感综合调查是一个

14、连续记录城市建设和管理 面貌与研究的连续性项目， 是一种客观、 准确、 可视的信息载体， 是对城市发展历史信息的 积累，也是今后城市发展的研究实施基础。开发利用相应的影像处理软件I MAGESTATION，对不同时间段的影像进行对比分析，监测城市规划用地变迁及违章建筑，丰富了规划管理的监管手段，提高了工作效率。（6）方便快捷， 收效明显。 遥感信息一旦用于城市规划建设发展， 这就意味着将贯穿城市 的历史线、现状线、文化线、发展线。在进入21世纪之际，重点是把城市的地表静态、动 态特征一一转换成城市管理的内涵， 关键是依城市规划、 建设、 管理和服务去整合所有的综 合信息。总之，是将已经发现的或

15、未发现的地面信息转换成能让管理者清晰、可视的数据。4.结语高分辨率卫星影像直观形象、 色彩逼真、 更新迅捷方便， 在规划领域的应用越来越广泛， 甚 至超越了传统的线划地形图， 概括地讲大致可分为以下十大应用领域： 一是科学盘点城市绿 化的发展布局； 二是整体破解市区民居建筑类型和古城保护状况； 三是宏观描述重大基础设 施一一城市高速公路建设形象； 四是合理安排重大基础设施项目； 五是精确掌握城市水系特 征；六是立体评估城市空间形象； 七是监控与综合城市土地资源利用特征； 八是领略城市地 学与城市发展特征；九是小比例尺地形图更新；十是监测城市规划用地变迁及违章建筑。 通过泉州市城市总体规划修编及

16、清源山国家风景名胜区总体规划的实践，多源卫星遥感影像为规划工作提供了科学的方法和有效的技术手段， 大大提高了规划工作的效率及成果的科技 含量，使城市规划工作从传统走向现代，同时也让我们充分体验到了高科技的无穷魅力。参考文献1 李德仁，周月琴，金为铳.摄影测量与遥感概论M.北京：测绘出版社，2 0 01 .2 杜道生，陈军，李征航.RS、GI S、GP S的集成与应用M.北京：测绘出版社，1 9 9 5.3 庄逢甘，陈述彭.卫星遥感与政府决策M.北京：宇航出版社，1 9 9 7.：4 阎正.城市地理信息系统标准化指南M.北京：科学出版社，1 9 9 8.：5数字城市导论编辑委员会.数字城市导论M.北京：中国建筑工业出版社，2 0 0 1.