遥感技术在城市规划中的应用.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date遥感技术在城市规划中的应用【摘要】本文对遥感技术在城市规划中的应用现状进行了分析，从自身发展的角度出发，对遥感在城市规划设计、规划管理、城市综合调查、城市变化监测等方面的应用进行了基本论述与探讨遥感技术在城市规划中的应用王辉 武汉大学城市设计学院 学号2009212093002【摘要】本文对遥感技术在城市规划中的应用现状进行了分析，从自身发展的角度出发，对遥感在城市空

2、间布局信息分析、城市变化监测及规划实施情况检查等方面的应用进行了基本论述与探讨。【关键词】遥感 城市规划 数字城市1 引言 数字城市是指综合运用地理信息系统、遥感、全球定位、智能交通、智能建筑、宽带网络等技术，对城市的基础设施、功能机制进行动态监测、优化管理及辅助决策的技术体系，它是全面提高城市规划、建设、管理与服务水平和城市现代化程度的重要手段。城市遥感信息是“数字城市”的多源信息的一个重要分支，与城市的其它信息相比，有其自身特点和应用优势。遥感技术也是“数字城市”建设中的关键技术之一。遥感信息的获取与处理技术随着信息时代的到来正在高速发展，人们对遥感信息内在规律的了解也愈加深入，因此，遥感

3、信息在数字城市领域的应用将越来越广泛，该技术对于提高城市建设的决策、规划和管理水平，提高城市建设的环境、经济、社会等的综合益，以及城市的可持续发展起到十分重要的作用。本文主要讨论遥感技术在城市规划中的应用。2 城市空间布局信息分析2.1 城市空间布局的数据源遥感影像数据实时性强、覆盖面广，随着其几何与光谱分辨率的不断提高，目前已经成为获取和更新基础地理信息的重要手段。将航空影像扫描数据或航天遥感数据，经过辐射校正、几何校正，并利用数字高程模型进行投影差改正，有时附之以主要居民地、地名、境界等矢量数据，按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成数字正射影像数据集。正射影像可以是全色、假彩色或真彩色，

4、具有精度高、信息丰富、直观真实等优点。可作为背景控制信息，评价其他数据的精度、现势性和完整性；还可作为城市规划建设的数据源。利用不同分辨率的遥感影像完成1：500万、1：1000万、1：2000万、1：50O0万、1：1万5种基本比例尺地形图数据的更新工作，同时辅以外业调绘更新相应的属性信息，以保持地形数据的现势性，实时为数字城市规划服务。2.2 城市建成区范围及城镇体系分析由于城市建成区范围反映城市的宏观特性.因此.它的分析并不需要很高空间分辨率的遥感图像.相反.空间分辨率过高.在轮廓界线的提取时就需要较多的制图综合。一般来说TM或SPOT图像用来分析城市建成区范围比较合适。一方面，它能比较

5、精确地反映建成区的范围，另一方面，由于成像过程中存在的制图综合，能较容易地提取出轮廓界线。如果要分析一个城市与周围城市或城镇的关系。同样选择TM或SPOT图像比较合适。如在 地区的TM图像上所有乡镇政府所在地的城镇都能明显地反映出它们的大小和形状。2.3 城市内部用地结构分析 在卫星遥感图像上，不同类型的城市用地能否判读出，首先取决于它与周围地物的界线能否识别。如果地物的尺寸小于图像的空间分辨率，且与背景的影像特征很接近.那么该地物就会与背景混在一起，就不可能对该地物进行判读。在城市用地的轮廓界线能够反映的情况下，进一步根据影像特征、颜色、形状、大小及纹理等和相关分析确定城市用地的类型。 从T

6、M、SPOT和IKONOS3种不同空间分辨率的卫星遥感图像来看TM图像适合分析绿地、水域、村镇建设用地及新建的居住用地、道路广场用地等，对其它用地的判读则精度较差。 SPOT图像与TM图像相比在能判读的内容上并没有本质上的差异，但详细程度和判读精度要提高。IKONOS图像与前面两种图像比较有本质上的提高，不同城市用地的特征基本上都能在图像上反映出，只要判读人员熟悉区域就能正确地判读出不同类型城市用地的分布。2.4 建筑密度与建筑容积率分析 城市建筑密度图的编制通常是以街区为单位，勾绘出每一建筑物的轮廓界线，并计算建筑物占地面积，街区内所有建筑物占地面积之和与街区面积之比即为建筑密度,在卫星遥感

7、图像上能否勾绘出建筑物的轮廓界线，与建筑物之间的距离及图像的空间分辨率有关,一般来说建筑物之间的距离要大于图像空间分辨率1.5-2倍才能在图像上勾绘出轮廓界线，如空间分辨率为10m则建筑物之间的间距至少要15m才能在图像勾绘出界线,建筑容积率是建筑物地面以上各层面积总和与建筑地块面积之比值,建筑容积率与建筑高度有密切关系。一般来说高度越高容积率越大,利用卫星遥感技术获取建筑物的高度信息早1973年就开始,总的来说有两种方法，落影测量法和立体量测法。落影测量法的原理是有一定高度的物体在太阳光的照射下会在地面产生落影，落影的长度与建筑物的高度和太阳入射角有关，当我们知道太阳的入射角，并且测量出落影

8、的长度时，就可以算出建筑的度。Cheng和Thiel利用SPOT全色图像计算了42幢建筑物的高度,平均精度为3.7m,但在建筑密度大的区域,会造成落影相互重叠或落影投射在其它建筑物上,这时会有较大的测量误差。立体量测法是利用同一区域两张不同角度成像的图像(立体像)先在一张图上选定所要测量的建筑物底部和顶部两个点,然后在另一张图上找到同名像点,计算同名像点的视差(与像主点之间距离差),并进行相减得出它们的视差较,利用下面的公式可以计算出这两个点的高差(即建筑物的高程):dh(x,y)=dp(x,y)H/Bdh(x,y)是相对高程!,dp(x,y)是两个点的视差较, H/B是卫星成像的基高比,即两

9、个图像成像位置之间的距离与成像高度比。Toutin总结了利用不同卫星遥感图像获取地面相对高程信息的精度。如下表1图像空间分别率（m）精度(m)Landsat TM3045-70IRS1C/D610-30SPOT P105-15IKONOS11.5-23 城市变化监测在城市规划中，除了要对城市中的各种要素进行现状分析外，还需要对城市进行变化监测。由于卫星遥感具有重复成像的特点，因此它是变化监测的有效手段。变化检测的方法一般可分为两大类:基于影像分类,如分类后比较法和多时相图像分类法;基于单个像元波谱变,如彩色合成法、图像代数运算法、多时相组合数据法、变化向量法、两值变化掩膜法等。目前比较常用的是

10、分类后比较法、图像代数运算法和变化向量法。3.1 分类后比较法 该法是变化检测中常用的定量方法。首先将两组图像分别进行纠正分类，然后将两个分类图利用变化检测矩阵逐像元比较。但该方法会将分类结果的误差引入到变化检测结果中，因此应尽可能提高分类精度。 3.2 图像代数运算法 对已配准图像取差值或比值，可以检测出两个时相图像的相同波段间的变化。通常差值图像的直方图近似高斯分布，没有变化的灰度值位于均值附近，而变化的灰度级则远离均值。比值图像也类似，没有变化的灰度级近似于1或某一常数。一般根据图像用于作差值或比值的波段或波段组合不同，可有植被指数法、穗帽变换指数法等。在城市扩展研究中，通常利用植被指数

11、（NDVI）法，这是因为在非干旱区域的城市化过程实际上是建筑材料（低的NDVI）取代植被（高的NDVI），NDVI的突然减少指示城市的发展。3.3 变化向量法变化向量法是一种非常有效的多元变化检测方法。对每一像对（D1和D2），n个输入数据组成n维向量空间,用于描述不同时相输入数据间变化的方向和大小的向量即为变化向量。一个变化像素两个时相的输入数据出现在空间内不同位置的点，而未变化像素两个时相的输入数据则出现在空间内几乎相同位置的点，通过每一像素变化向量的大小和方向的比较就可检测变化。一般变化向量的方向可用于区分变化类型，大小（常用n维变化的欧氏距离表示）可用于区分每一类变化的强度。对变化信息

12、的分类可采用不同的方法，例如象限代码法是将变化向量按方向分配到不同的象限内并赋予不同的代码，每种代码代表一种变化类型；主成分分析法是将变化向量在n维空间的分量作主成分分析，每个主成分代表一种变化类型。最后将图像变化信息与未变化信息复合，可得到完整的变化检测图。4 城市规划实施情况检查城市处于不断地发展变化之中，城市中长期存在的违法建设严重影响了城市发展的质量，对城市整体环境和公众利益造成了严重侵害。结合 市实际情况，以城市规划建设为监测对象，通过不同时期遥感影像的比对，以及遥感影像与地形数据、规划数据的比对，采用专家系统和人工判读相结合的方法，实现城市规划建设情况的数字执法，整体技术方案如图2

13、所示。对规划实施情况进行监督检查是城市规划管理部门一项主要的日常工作，包括监测未经批准的建设工程及检查规划批准项目的落实情况。在城市建设过程中存在一些未批先用、越权批地等违法的建设工程项目，作为城市规划管理部门来说，需要及时发现这些违法行为，并进行立案查处。监测未经批准的建设工程首先是要监测新建的建设用地（包括在建和竣工），然后，与规划工程分布图进行叠置分析，产生一张违法建设用地的分布图，并以此查处违法建设工程。检查规划项目的落实情况包括规划项目的完成情况、建设用地的位置、界限、内容等是否与“两证一书”上有关图纸一致等。由于该项工作涉及到对具体项目的分析，因此，用于分析的遥感图像首先要能显示出

14、每一建筑物的形状，即空间分辨率至少要5m以上。具体的工作方法是首先把遥感图像与工程图进行配准叠置，叠置以后就可以发现位置、范围以及建设内容是否与规划相一致。5 结语遥感数据可出色的应用于数字城市规划的很多方面，提供在空间和时间上连续的区域性同步信息。对应用部门来说，要根据具体的调查内容，分析遥感应用的可行性，并选择合适的应用方案，从而有效地发挥遥感技术的作用。通过将3s技术有机结合，直接将现实中的城市地形、地貌、空间形态和建筑物等信息输入计算机系统，使规划设计的依据更加准确和及时；还可以采用仿真、虚拟现实等技术对规范设计方案进行分析、比较和浏览，用于与实际效果的比较及发展预测，为规划的制定和修

15、编提出直观、准确的图形数据和属性数据，更好的满足现代城市规划的发展趋势需求，提高城市的现代化和科学管理水平。当然遥感技术也有局限，它不可能完全代替地面调查。对应用部门来说要根据具体的调查内容分析遥感应用的可行性并选择合适的应用方案，从而有效地发挥遥感技术的作用。二一年六月二十二日参考文献:1Thomas MLiller,and遥感与图像解译M北京：电子工业出版社，20032修文群新一代数字城市建设指南M北京：科学出版社，20063吴健平，张立卫星遥感技术在城市规划中的应用J遥感技术与应用，2003(2)4江涛.张传霞城市扩展动态变化的遥感研究期刊论文-遥感信息 1999(04)5Cheng F.Thiel K H Delimiting the Building Heights in a City from the Shadow in a PanchromaticImage-Part 1:test of 42 Buildings 19956Toutin T Elevation Modeling from Satellite Visible and Infrared(VIR) Data 2001(22)-