遥感技术在城市规划督察工作中的应用与实践

2013-11-06朱清苗

山西建筑 2013年12期

朱清苗

(宁波市规划与地理信息中心，浙江宁波 315040)

0 引言

自1858年在巴黎上空一个飞行的气球上拍摄了有史以来的第一张航空照片，到1972年第一颗地球资源探测卫星的成功发射，遥感技术与遥感数据在过去的一百多年间不断发展完善。在此期间，遥感技术作为采集和获取地表数据的重要技术手段，广泛应用于各个领域，遥感数据凭其信息丰富、准确、现势性强等突出特点，也成为城市规划中一种重要的潜在的数据源。遥感技术也正在扩大应用到城市规划的城乡规划编制技术审核方面、城乡规划监督管理方面、城乡规划实施评估方面等，积极推进了“数字城市”“智慧城市”的建设，同时也拓展了城市规划学科的研究范围，赋予了城市规划新的生命力。

1 遥感关键技术

遥感是指运用现代光学、电子学探测仪器，不与目标物相接触，从远距离把目标物的电磁波特性记录下来，通过分析、解释揭示出目标物本身的特性、性质及其变化规律。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，具有宏观、准确、综合的进行动态观测与监测的能力。遥感技术在图像的校正与恢复、图像增强、图像分类、图像的分析等方面的研究，近年来取得了很大进步，并趋于成熟。

1)图像增强。图像增强指利用各种数学方法和变换算法提高图像中的对象与非对象的对比度与图像清晰度，对象指所研究目标，非对象指对象以外的背景，从而突出人或其他接收系统所感兴趣的部分，而遥感图像增强则指用各种数学方法和变换算法提高某灰度区域的反差、对比度与清晰度，从而提高图像显示的信息量，使图像有利于分辨。

2)图像分类。图像分类是图像处理中重要的一环，根据事先是否选取有代表性的训练场，可分为监督分类和非监督分类。

监督分类(Supervised Classification)又称训练场地法，是以建立统计识别函数为理论基础，依据典型样本训练方法进行分类的技术，根据已知训练区提供的样本，通过选择特征参数，求出特征参数作为决策规则，建立判别函数以对各待分类影像进行的图像分类，是模式识别的一种方法。常用的算法有最小距离分类、神经元网络分类、最大似然法等方法。

非监督分类 (Unsupervised Classification)是以不同影像地物在特征空间中类别特征的差别为依据的一种无先验(已知)类别标准的图像分类，是以集群为理论基础，通过计算机对图像进行集聚统计分析的方法。常用的算法有K平均分类(K_means)，ISODATA算法等。

2 遥感数据

利用遥感技术采集的地理数据不仅能反映位置、属性和时间三个基本要素，与传统技术手段获取的数据相比较，遥感数据还具有视野光、多光谱、多时相、综合性等许多突出的特点和优势。

1)大面积同步观测。遥感探测能在较短的时间内，从空中乃至宇宙空间对大范围地区进行对地观测，并从中获取有价值的遥感数据。这些数据拓展了人们的视觉空间，为宏观地掌握地面事物的现状情况创造了极为有利的条件，同时也为宏观地研究自然现象和规律提供了宝贵的第一手资料。遥感用航摄飞机飞行高度为10 km左右，陆地卫星的卫星轨道高度达910 km左右，从而可及时获取大范围的信息。例如，一张陆地卫星图像，其覆盖面积可多达3万km2。

2)时效性强。获取信息的速度快，周期短。由于卫星围绕地球运转，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测。例如，SPOT-5卫星的重访周期为26 d，IKONOS卫星每3 d重访一次，NOAA气象卫星可以每天至少两次对地面同一地区进行观测，Meteosat每30 min获得同一地区的图像。

3)数据的综合性与可比性。遥感探测能周期性、重复地对同一地区进行对地观测，动态反映地面事物的变化，这有助于人们通过所获取的遥感数据，发现并动态地跟踪地球上许多事物的变化。同时，研究自然界的变化规律。获取的数据具有综合性，遥感探测所获取的是同一时段、覆盖大范围地区的遥感数据，这些数据综合地展现了地球上许多自然与人文现象，宏观地反映了地球上各种事物的形态与分布，真实地体现了地质、地貌、土壤、植被、水文、人工构筑物等地物的特征，全面地揭示了地理事物之间的关联性。

4)信息量丰富。通过遥感技术获取信息的手段多，信息量大，根据不同的任务可选用不同波段和遥感仪器来获取信息，例如可采用可见光探测物体，也可采用紫外线，红外线和微波探测物体;利用不同波段对物体不同的穿透性，还可获取地物内部信息，例如地面深层、水的下层，冰层下的水体，沙漠下面的地物特性等。

5)较高的经济与社会效益。由于获取信息受条件限制少，在地球上有很多地方，自然条件极为恶劣，人类难以到达，如沙漠、沼泽、高山峻岭等，采用不受地面条件限制的遥感技术可方便及时地获取各种宝贵资料，节约了成本。

3 遥感技术在宁波规划监察中的应用实践

近年来，宁波市城市建设蓬勃发展，城乡面貌日新月异，早在2005年伴随着现代遥感技术的不断发展和完善，遥感数据具有的信息丰富、准确、实效性强等突出特点，使之成为城市规划中一种重要的潜在的数据源。早在2003年，住建部就着手开始了利用卫星遥感技术辅助规划行政主管部门完成督察工作，监测的主要内容为城市发展方向及用地规模，城市绿线、蓝线、紫线、黄线的保护情况，城市各类建设用地变化情况等。宁波市作为单列城市同时是国务院审批总体规划的城市之一，于2008年正式加入到规划督察工作城市的行列中，至今已顺利开展了12期督察工作。

1)城乡规划监测的技术流程。生产技术流程主要包括四个环节:影像预处理、影像配准、信息提取和专业分析。影像预处理主要是对输入的二级产品进行处理，生产出三、四级产品，主要处理步骤包括影像融合、几何校正和影像镶嵌等。配准工作是建立图像之间的对应关系，产生多时相遥感影像数据和城乡规划专题数据。信息提取主要包含两个方面:a.探索城乡建设目标计算机识别方法，对城乡建设目标进行信息提取，构建城乡建设专题信息库;b.探索城乡目标变化检测方法，提取城乡建设目标变化信息，构建城乡建设变化专题信息库。专业分析是对城乡建设现状和城乡建设目标变化信息进行综合分析，对城乡规划的审批，监督管理以及实施评估管理提供技术支撑，具体业务流程图见图1。

图1 城乡规划遥感辅助监测业务流程

2)规划动态监测信息的检测与提取。通过影像的形状、纹理、颜色等信息确定城市地物信息。将两期遥感数据、规划数据互相叠加，从而形成两期影像数据对比，以及现状用地与规划用地的对比。以2010年第3期规划督察为例，经两期卫星遥感影像数据比对，提取变化图斑共344个，图斑面积共955 ha。

根据变化图斑的性质分类，分为四类:符合城市总体规划的变化图斑、不符合城市总体规划的变化图斑、涉及城市规划强制性内容的变化图斑和建议督察的变化图斑。符合城市总体规划的变化图斑是指变化图斑变化前、后的用地性质，符合城市总体规划确定的用地性质。不符合城市总体规划的变化图斑是指变化图斑变化前、后的用地性质，不符合城市总体规划确定的用地性质。涉及城市规划强制性内容的变化图斑是指变化图斑用地性质的变化涉及城市绿线、红线、紫线、蓝线、黄线及禁建区等城市规划强制性内容。建议督察的变化图斑是指对部分严重涉及城市规划强制性内容以及督察事项，需要进行核查的变化图斑。

针对不同监测对象，依据项目监测的重点内容，对监测对象进行分类，制定有效的筛选原则，并根据这些原则，再确定一些重点图斑用以实地核查。经过实地核查的动态监测信息作为动态监测成果数据并提交相应的分析报告，上报规划行政主管部门，由规划行政主管部门进行核查结果复审，并依法进行处理。