城市遥感分析1

城市遥感分析地信131213200214216朱凯城市遥感的主要研究内容城市遥感研究是指利用遥感技术研究城市的社会环境和自然环境,为城市规划、管理和建设提供依据。它包括对城市某些静态分布现象的识别与分类,如城市用地、城市人口等;对这些现象的动态变化的监测;为城市信息系统提供基础数据等。由于城市是人类活动的主要环境,因此城市遥感应重视研究城市社会经济要素。从自然环境角度来看,可把城市遥感分为城市水环境、大气环境、植物环境的遥感,主要是研究人类活动所造成的环境污染问题。城市遥感研究的主要特点1）应用遥感技术为编制城市规划和实施规划管理获取所需要的信息数据及基础图件.城市规划和管理以城市现状为基础,涉及的范围广,对信息依赖性极大，不仅需要拥有描述地理位置的空间数据信息,还包括城市各专题的属性数据信息(如城市人口,工业,环境,用地等).同时,城市规划还是一个连续动态的过程,还需要借助于历史的,现实的和对将来预测的全过程信息.2）应用遥感技术为城市的发展提供分析,决策意见.遥感作为一种新的数据源在为城市的发展提供分析决策意见上亦发挥重要的作用.主要指利用遥感图像资料对城市建设发展中的有关问题,如城市土地利用,工业布局,建筑密度,园林绿化,交通,市政工程进行调查,提供分析决策意见.城市遥感研究的发展回顾80年代初,中国城市就开始谋求应用航空、航天技术监测环境、调查土地资源和应用于规划、管理的尝试。1980年,天津市率先进行航空遥感监测实验,利用假彩色红外摄影,编制1∶1万土地利用与土地覆盖图。同时通过大气气溶胶采样及地面大气污染监测数据,对大气、水源、飘尘和SO2含量,进行了环境质量评价,在500米×500米格网上,自主开发制图软件,编绘出版了《天津市环境质量图集》。1983年又利用NOAA和MSS卫星图像,扩大监测范围编制了《京津唐生态与环境图集》。1983,北京市交通、热岛的航空遥感,应用于旅游、土地资源调查监测获得更大成功。例如,查明了北京二环与三环之间的垃圾堆与施工工地,为集中设计7个垃圾处理场和组织第11届亚洲运动会选址提供了依据。出版了北京市1∶100,000比例尺的卫星影像地图集。1985～1995年,先后在太原、大连、广州等90多个大中城市陆续进行彩红外摄影的航空遥感。在上海市,利用TM卫星图像分析城市土地利用变化、热岛效应和绿化率,在洛阳、宜昌和常州等中等城市,利用航空遥感及SPOT卫星影像数据,为城市规划和基础设施投资,提供参考图件和数据。为了贯彻可持续发展战略,合理利用土地,保护耕地,国家土地局自1996年以来,对全国大中城市土地占用情况组织遥感调查。城市化的动态监测系统正在逐步转化为长期的城市信息系统建设。20世纪末,中国南方沿海城市起步较晚,进展较快,城市规划与土地管理信息系统基本建成,而且实现了数据实时更新和办公自动化，长江流域各大城市大都建立了城市信息系统；而北部各大城市,大多数尚处于研究、开发和实验阶段,并处在主要由中央拨款并组织专家推广开发阶段。1983年,中国国家遥感中心主持“资源与环境信息系统规范研究”,1996年,又由国家标准局和国家测绘局主持制订了“城市信息系统规范”。接着一系列有关城市遥感的专著和教材应运而生。90年代以后,中国城市遥感开始向纵深发展。其趋势一是追溯城市化的过程和演变的历史,探索城市发展的动向,为制订城市发展规划提供科学依据;二是从遥感监测推进到建立城市地理信息系统,遥感不仅作为城市信息系统的主要信息源,而且作为定期动态监测,不断更新数据库的经常业务系统。遥感技术的新发展和城市遥感研究的深化1.影像获取技术越来越先进（1）随着高性能新型传感器研制开发水平以及环境资源遥感对高精度遥感数据要求的提高，高空间和高光谱分辨率已是卫星遥感影像获取技术的总发展趋势。遥感传感器的改进和突破主要集中在成像雷达和光谱仪，高分辨率的遥感资料对地质勘测和海洋陆地生物资源调查十分有效。（2）雷达遥感具有全天候全天时获取影像以及穿透地物的能力，在对地观测领域有很大优势。干涉雷达技术、被动微波合成孔径成像技术、三维成像技术以及植物穿透性宽波段雷达技术会变得越来越重要，成为实现全天候对地观测的主要技术，大大提高环境资源的动态监测能力。（3）开发和完善陆地表面温度和发射率的分离技术，定量估算和监测陆地表面的能量交换和平衡过程，将在全球气候变化的研究中发挥更大的作用。（4）由航天、航空和地面观测台站网络等组成以地球为研究对象的综合对地观测数据获取系统，具有提供定位、定性和定量以及全天候、全时域和全空间的数据能力，为地学研究、资源开发、环境保护以及区域经济持续协调发展提供科学数据和信息服务。2.信息处理方法和模型越来越科学神经网络、小波、分形、认知模型、地学专家知识以及影像处理系统的集成等信息模型和技术，会大大提高多源遥感技术的融合、分类识别以及提取的精度和可靠性。统计分类、模糊技术、专家知识和神经网络分类有机结合构成一个复合的分类器，大大提高分类的精度和类数。多平台、多层面、多传感器、多时相、多光谱、多角度以及多空间分辨率的融合与复合应用，是目前遥感技术的重要发展方向。不确定性遥感信息模型和人工智能决策支持系统的开发应用也有待进一步研究。3.一体化计算机和空间技术的发展、信息共享的需要以及地球空间与生态环境数据的空间分布式和动态时序等特点，将推动3S一体化。全球定位系统为遥感对地观测信息提供实时或准实时的定位信息和地面高程模型；遥感为地理信息系统提供自然环境信息，为地理现象的空间分析提供定位、定性和定量的空间动态数据；地理信息系统为遥感影像处理提供辅助，用于图像处理时的几何配准和辐射订正、选择训练区以及辅助关心区域等。在环境模拟分析中，遥感与地理信息系统的结合可实现环境分析结果的可视化。3S一体化将最终建成新型的地面三维信息和地理编码影像的实时或准实时获取与处理系统。4.建立高速、高精度和大容量的遥感数据处理系统随着3S一体化，资源与环境的遥感数据量和计算机处理量也将大幅度增加，遥感数据处理系统就必须要有更高的处理速度和精度。神经网络具有全并行处理、自适应学习和联想功能等特点，在解决计算机视觉和模式识别等特大复杂的数据信息方面有明显优势。认真总结专家知识，建立知识库，寻求研究定量精确化算法，发展快速有效的遥感数据压缩算法，建立高速、高精度和大容量的遥感数据处理系统。5.国家环境资源信息系统国家环境资源信息是重要的战略资源，环境资源数据库是国家环境资源信息系统的核心。我们要提高对环境资源的宏观调控能力，为我国社会经济和资源环境的协调可持续发展提供科学的数据和决策支持。6.国家环境遥感应用系统国家环境遥感应用系统将利用卫星遥感数据和地面环境监测数据，建立天地一体化的国家级生态环境遥感监测预报系统以及重大污染事故应急监测系统，可定期报告大气环境、水环境和生态环境的状况。环境遥感地理信息系统是其支撑系统，在各种应用软件的辅助下实现环境遥感数据的存储、处理和管理；环境遥感专业应用系统是其应用平台，在环境专业模型的支持下实现环境遥感数据的环境应用；环境遥感决策支持系统是其最上层系统，在环境预测评价和决策模型的驱动下进行环境预测评价分析，制定环境保护的辅助决策方案；数据网络环境是其数据输入和输出的开放网络环境，实现环境海量数据的快速流通。城市遥感研究的若干发展趋势多源数据融合技术多种遥感数据源信息融合是指利用多种对地观测技术所获取的关于同一地物的不同遥感数据，通过一定的数据处理技术提取各遥感数据源的有用信息，最后将其汇集（融合，fusion，merge）到统一的空间坐标系（图像或特征空间）中进行综合判读或者进一步地解析处理，通过多种信息的互补性，提高多源空间数据综合利用质量及稳定性，提高地物识别。解译与决策的可靠性及系统的自动化程度的技术。多源遥感影像数据融合在国际上经过多年研究，技术上日益成熟。目前，常用的遥感影像融合方法，主要以像元为基础的加权融合，HSI变换、K-L变换、比值变换，基于小波理论的特征融合，基于贝叶斯法则的分类融合以及以局部直方图匹配滤波技术为基础的影像数据融合。协同反演技术随着遥感技术的发展和对地观测技术的不断进步，一个以多时相、多分辨率、多传感器。多波段为特征的多层、立体、多角度、全方位和全天候对地观测数据获取体系正在形成，能够获取巨量的对地观测数据，这就为多种遥感数据的联合使用提供了便利条件。社会经济的发展对遥感参数反演的精度要求越来越高，传统的单纯使用一种遥感数据进行参数反演的精度已经无法满足应用的要求，甚至无法进行一些参数的遥感反演，因此，利用多源遥感数据对参数进行协同反演就显得极为重要。同化技术四维数据同化（fourdimensiondataassimilation，4DDA）简称数据同化，是指在考虑数据时空分布以及观测场和背景场误差的基础上，在数值模型的动态运行过程中融合新的观测数据的方法。通过动态模型改进天气和季节性气候预报，需要多学科的协调发展，并为地球系统的大气、陆地、海洋提供可靠的原始状态。20年来，通过四维数据同化提供大气初始状态，已经成为海洋、陆地数据同化的发展铺平了道路。我国城市遥感研究的若干成果评述1）城市总体结构分析城市在历史的发展中形成一定的结构和布局,不同类型城市其结构和布局,有共性也有个性，遥感技术可以用来进行城市总体结构布局研究.如城市在发展过程中形成的建筑形态等不同,在遥感图像上的特征有明显的差异,应用遥感图像可准确的划定其边界线.。2）城市土地利用研究利用遥感图像可以对一个城市的用地情况进行充分的研究，如根据遥感图像上的亮度,绿度,透射度等区分出城市居住用地中的高级住宅区(相当于国家城市用地分类标准中的R,).新村住宅区(相当于国家城市用地分类中的R:及部分R,),里弄,商店混合区(相当于国家城市用地分类中的Ra),简屋棚户区(相当于国家城市用地分类中的R,),区分上述居住类型,对于城市规划,旧城区改造,抗灾防灾等措施的采取,具有实际意义.3）城市绿化,生态研究城市的绿化状况是城市环境质量的主要指标之一，城市绿化现状的调查是城市园林部门最困惑的问题,过去多半是按植树的数据或绿地面积加以估算.使用绿度图可显示出城市中的公园,主要的沿街绿化带及住宅绿化区的分布。根据遥感划分出的绿化覆盖率的分布,结合地面验证进行绿化制图,对城市内绿化覆盖率,绿化面积及绿化类型分级,建立城市绿化数据库并进行绿化变迁的多时相动态监测。4）城市在建工地研究自从我国改革开放以来,城市化的进程加速发展,表现得最明显的是城市用地的增长。在建工地数量及其面积正是代表了城市用地性质的转变,有的是原先的农田转化为城市用地,有的是拆除了旧的居住地改造为新的居民地,有的则是把工厂拆离市区,改建为居住用地等,这些用地性质和功能的转变,大都是经过在建工地阶段。在建工地无论在卫星遥感还是航空遥感图像上都表现的非常清楚,以高的可见光谱和特殊的反射图形很容易被识别出来5）城市污染时空分布特征,扩散趋势,远移规律和动态变化的研究遥感图像能较真实的再现地表水,气,热,渣,植被,土壤等多种环境要素的形态和时空分布特征,根据图像上反映出的遥感信息,可以对环境污染进行定点,定位,定性研究及进行定量,半定量的分析工作.包括:大气污染状况的遥感调查(如用遥感图像直接圈定大气污染源;用遥感图像上反映的生态遥感信息和植被季相节律的差异作为大气污染的指示物,圈定大气污染范围和扩散趋势);水污染的监测(主要是根据水体的颜色和相关位置等标志直接从影像上确定水的化学指标,研究水的污染状况,扩散规律等);固体废弃物的遥感调查(利用航空像片分析废弃物的分布状况和特点);热污染的遥感监测(利用彩红外图像研究城市热岛效应,编绘热岛强度图,热力景观图,热源强度图,地表温度分布图,为污染治理和预报提供依据);环境质量和工程影响评价等.6）城市发展态势研究和动态监测城市向外扩展,边缘地带表现为可见光波段的高反射率区域的增加和高绿度区在缩小.原先城乡边界比较清晰,而在城市向外扩展后高亮度区与高绿度区互相穿插,边界不清使成片绿带被肢解.南京,