遥感技术在城市规划中的应用论文

遥感技术在城市规划中的应用论文内容摘要：

面是十三朝古都洛阳，南面是许昌市，北面为焦作市和新乡市 ,东南是广阔的黄淮平原，地处 平原向山地丘陵地区过渡的地带 ,有着优越的地理位置。 郑州素有中国铁路心脏之称，京广铁路、陇海铁路两大干线在此交汇，使得它成为全国重要交通运输枢纽，并且是全国 45 个公路主枢纽城市之一。 郑州市东西宽 166 公里，南北长 75 公里，现辖 6 区 4 县级市 1 县，总人口 万人，总面积 平方公里。 其中市区面积约 平方公里，山地面积约 2377 平方公里，水面面积约 平方公里，是河南省最大的城市。 郑州市境内有大小河流 124 条，流域面积较大的河流有 29 条，分属于黄河和淮河两大水系。 郑州市属北温带大陆 性季风气候，冷暖适中、四季分明，春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季晴朗日照长，冬季寒冷少雨。 且郑州冬季最长，夏季次之，春季较短，素有冬天一过就夏天之称。 本文主要研究遥感技术在郑州市城镇规划中的一些实际应用。 3 遥 感技术和遥感数据的整合分析 遥感的定义 许多对遥感技术有研究的学者都给遥感做了定义。 坎贝尔 （ CampbeII） 将遥感定义为“利用地表的单波段或多光谱的电磁辐射，从高空传感器扫描的影像中获取地表地物波谱信息的实践活动” [2]。 遥感技术的主要特点 获取信息受限制条 件少 对于高山冰雪、戈壁沙漠、沼泽海洋等这些自然条件十分恶劣且人类难以到达的地区，一般方法都不易获得的资料，卫星像片则可以大量获得。 同时，卫星还可以覆盖地球的任何一个角落，这使得我们能够方便及时地获取各种地表信息。 遥感技术在城市规划中的应用 3 获取资料范围广 遥感技术使用的航摄飞机飞行高度大约在 10km 左右，而陆地卫星的卫星轨道高度在 910km 左右，这也就意味着可以及时地获取大范围的信息。 举个例子，一张陆地卫星图像，其覆盖面积可达 3 万多平方千米，这种可以直接展示宏观景象的图像，对于地球资源和环境分析是极为重要的。 获取信息的周期短，速度快 因为卫星是围绕地球不停运转的，从而能及时获取所观测地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有的资料，并且还可以根据新旧资料的变化对比进行动态监测，这是人工实地测量以及航空摄影测量所无法比拟的。 发展空间较大 目前，遥感与地理信息系统、全球定位系统的集成技术，丰富了环境信息的获取、分析和表现手段，构成了对地观察监测的多时相、多波段、多层空间的综合系统。 这个系统从光谱空间、地理空间、时间空间这三个空间里提供地物信息，使得我们能更全面深入地观察和分析问题 [3]。 获取信息的方法多 根据任务的不同，遥感技术则可以选择不同的遥感仪器和波段来获取信息。 举个例子，可采用红外线探测物体，也可采用可见光，微波，紫外线来探测物体。 利用不同波段对物体不同的穿透性，还可以获取地物的内部信息。 例如，海洋冰层下的水体、海水的下层、地表深层，沙漠下面的地物特性等。 遥感数据的主要特点 与传统技术手段获取的数据相比较，利用遥感技术采集到的数据不但反映了属性、时间和位置这三大基本要素，而且还具有许多突出的特点和优势，主要包括以下几个： 遥感技术在城市规划中的应用 4 精度高 遥感数据不断提 高的空间分辨率成就了他的高精度。 空间分辨率是指影像上所能看到的地面最小目标尺寸，是用像元在地面上的大小来表示的。 目前遥感数据的精度已经从最初的 80m 提高到了 30m、 l0m、 、 lm 甚至更高。 多光谱性 遥感数据是通过传感器光谱仪成像从而获取到的信息。 光谱成像的波段越多，范围分得越细，光谱分辨率就越高。 目前的遥感技术可以达到 5 ~6nm 的光谱分辨率，并可以分为 400 多个波段。 细分光谱可以提高自动区分和识别目标性质和组成成分的能力 [4]。 多时相 随着小卫星群计划的推行， 对地观测卫星可以每 3 ~ 5 天观测地球 1 次，从而获得高分辨率光谱仪成像数据。 此外多波段雷达卫星的应用可以解决阴雨雾霾天气情况下的全天候对地观测的正常进行。 通过这两者的有机结合可以实现多时相获取遥感数据的目标。 数字化 由于卫星遥感数据可以直接在计算机中进行数据的处理、分析和存储，是一种数字化信息，这样我们就可以方便快捷地进行面积的量算和统计。 视野广 一幅卫星影像图涵盖了广阔的地表范围，这样对获取大范围的地表信息和数据极为有利。 如一幅 SPOT 卫星影像扫描地表的范围大约是 3600 平方千米。 遥感技术在城市规划中的应用 5 综合性 从不同光谱波段上获取的光谱仪成像数据能够全面、综合地反映地表的地物特征。 遥感 的适用范围 当前许多人认为遥感数据的用途 取决于 它 分辨率的大小 ，其实不然，事实上遥感 数据 用途的大小 更大程度上 取决于 它的 研究对象 [5]。 像大陆漂移这些千米级的宏观现象，属于全球级巨型环境特征，采用气象卫星便可以解决问题。 比如我们 评价 某些城市的 空气以及 环境质量 、 调查 土地资源是否合理利用 、监测城市 近几年的土 地 使用 变化等 这些环境特征大致在百米地区范围内 ， 所以 陆地卫星 的空间分辨率就 可以保证工作的 顺利 完成。 又 比如森林火险的提前预警、水稻小麦这些农作物 的产量估算 、 城市 环境 污染 情况的程度监测等这些环境特征 一般 都是 在50m 以下 的区域范围内， 陆地卫星 遥感 数据 和 SPOT 卫星图像便可以保证 工作 的顺利进行。 然而桥梁道路 海洋油田 港湾水库 等 一些 具体的工程建设 项目 亦或者 城市 的 发展规划 建设 项目 等 这些环境特征 一般 都是 在 5～ 10m 的 区 域 范围内， 所以当 SPOT 卫星图像无法完成任务时， 主要还是 得 依 靠航空影像和高空间分辨率的卫星图像来进行工作的。 遥感数据资料的选择和研究方法 由于城市的规划也是属于用地变化方面的内容，分辨率 大致属于百米级范畴，陆地卫星空间分辨率就可以解决这个问题。 所以本文在遥感的数据源选择上主要利用的是 Landsat 的遥感影像。 又因为在选择数据时应考虑建成区的变化，所以笔者选取了三个年份相差较大的遥感影像图，同时也要结合郑州市的具体情况，因此选择的是郑州市 1989 年、 2020 年和 2020 年的 Landsat 卫星 TM/ETM+遥感影像数据。 选取 1989 年遥感图像的第一至第五波段进行合并，选取 2020年的第一至第七波段（除第六波段）进行组合，选取 2020 年的第一至第八波段（除第六波段）进行组合。 又因为它们三个的空间 分辨率不一样，所以在组合时将空间分辨率改为 30M，使组合后的三张遥感图像拥有相同的分辨率，以便后遥感技术在城市规划中的应用 6 来进行对比分析。 因为组合后的三张 Landsat 遥感图像的数据量还是挺大的，且每幅图像覆盖的面积比较广，郑州市建成区不好分辨，同时数据量太大会影响后面的数据处理，因此需要对其进行剪切。 结合 ARCGIS 软件和郑州市行政区域图对组合后的图像进行剪切，这样就能得到 1989 年、 2020 年和 2020 年的郑州市的遥感影像图 [6]。 这样得到的遥感图像的数据量极大程度上地减少，为以后的数据处理减少许多不必要的麻烦。 本论文的研究方 法是运用不同时期的 Landsat 遥感影像，结合遥感影像处理软件 Erdas 对这些图像进行剪切、分类、合并等一系列处理以获取不同年份关于郑州市建成区的变化图，然后运用 ARCGIS 软件计算其面积变化的准确信息 [7]。 利用这些信息对变化图斑的用地面积、用地性质等变化是否符合郑州市总体规划进行判定。 4 遥感数据的处理 数据预处理的一般流程 遥感应用的第一步便是数据的预处理，这是非常关键的一步。 预处理的大致流程因行业而异，而且注重点也各有不同。 遥感数字图像处理属于内业处理部分，常见的数据预处理的过程 主 要包括遥感图像的几何校正、辐射校正、镶嵌、接边、地物分类，制作 4D 产品 等。 这里简单介绍下几何校正和图像配准。 几何精校正 遥感图像的精纠正是消除图像中的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像。 它包括两个环节：一是像素坐标的变换，二是对坐标变换后的像素亮度值进行重采样。 影像几何精校正处理过程如下：根据图像的成像方式确定图像坐标和地面坐标之间的数学模型；根据地面控制点和对应像点坐标进行平差计算变换参数，评定精度；对原始图像进行几何变换计算，像素亮度值重采样。 遥感技术在城市规划中的应用 7 图像配准 图像配准的实质就是遥感图像的几何纠正，根据图像的几何畸变特点，采用一种几何变换将图像归化到统一的坐标系中。 图像之间的配准一般有两种方式：图像间的配准，即以多源图像中的一幅为参考图像，其他图像与之配准，其坐标系是任意的；绝对配准，即选择某个地图坐标系，将多源图像变换到这个地图坐标系以后来实现坐标系的统一。 图像配准通常采用多项式纠正法，直接用一个适当的多项式来模拟两幅图象间的相互变形。 配准的过程分两步：在多元图像上确定分布均匀，足够数量的图像同名点。 通过所选择的图像同名点解算几何变换的多项式系数 ，通过纠正变幻完成一幅图像对另一幅图像的几何配准 [8]。 城市规划信息提取 遥感图像的判读 判读是对遥感图像上的各种特征进行综合分析、比较、推理和判断，最后提取出所感兴趣的信息。 首先我们要先了解遥感图像所拍摄地区的情况，像片的比例尺、航摄的时间和季节甚至当时的气候情况，然后依据地物成像规律和判读特征，结合自己的工作经验，对像片的影响进行仔细辨别。 从遥感图像的判读中，我们可以根据经验和逻辑推理，判断出景物的各种空间特征 [9]。 因此可以从宏观上帮助我们了解调查研究区域的城镇分布状况，界线 和规模，及城市内部的结构，新城，旧城的分布，交通状况，及城市未来的发展趋势等信息。 城市规划信息提取方法 我们通常使用的的信息提取方法是遥感影像计算机自动分类法。 在计算机自动分类前，往往要做些预处理，比如几何校正、增强、滤波等，以突出景物的特征或者消除同一类型景物的不同部位因照射扫描观测角、条件不同和地形变化的不同而造成的亮度差异等。 计算机图像自动分类法，常见的就属监督分类和非监督分类。 监督分类法又称训练场地法，它可以根据不同研究区域的特点和研究目的 ,有选择地选择训练样本和决定分类的类别。 由于 监督分类能够充分利用研究遥感技术在城市规划中的应用 8 区域的已有资料和一些辅助数据，因此笔者选择监督分类的方法来提取遥感影像信息 [10]。 非监督分类是一种已知类别标准的分类方法，由于对待研究的区域和对象没有已知类别或训练样本作为参照对象，因此它所利用的是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。