城市遙感

城市作為一個地區的物質流、能量流與信息流的樞紐中心，好似各個地區社會經濟發展中的渦輪與區域資源開發的攪拌機，它把資源和動力卷進去，又把成品和廢物排出來，不停地吐故納新，高速地提高這個地區的生產水平與生活質量。城市化幾乎反映一個地區的開發和進步，也標誌著一個時代的文化和文明。日新月異更趨複雜的城市系統，需要航空和航天遙感來進行動態監測，而只有城市，才最具承擔遙感監測和地理信息系統的高投入和高產出的人材和資金的能力。1800年城市居民僅佔世界總人口的2%,20世紀初，世界人口僅有10%集中在城市，而20世紀末，已有32億人口，即總數的50%以上集中在城市，平均每周增加1,000,000人。1970年～1985年間，城市貧困者絕對人數增加了22%,比鄉村多1倍。1993年，中國城市總面積約16,000km2,人口約330,000,000,比70年代大約增長了一倍。中國現有超過50,000人的城市有660多個。中國既是人口大國，也是城市發展很快的亞太地區國家。隨著全球城市化的加速和沿海特大城市的湧現，到了21世紀，中國人口將由12億增長到16億，城市人口將由現有的29.7%上升到39%(2010)乃至47%。水源危機、大氣污染、垃圾處理等環境問題的治理及建設規劃和土地管理等決策需要，都在刺激和推進利用遙感監測與地理信息系統用於分析城市化的歷史、現狀和未來。

中國城市歷史悠久，空間結構複雜。現在以前所未有的速度進行新城區的建設和舊城區的改造。歷史遺留的問題尚未清理，新的環境問題又不斷滋生。因此，採用以航空為主，航天為輔，多平台、多時相的遙感監測，適當結合同步或准同步的實況調查，面對城市的空間、建築形態、景觀設計、綠化與水污染等問題，進行歷史信息的分析，從而深入了解城鄉變化、景觀結構和環境質量問題，這正成為中國城市規劃管理部門和遙感、地理信息系統專家所共同感興趣的熱點。以首都北京市為例,1983年組織了第一次航空彩色紅外攝影，應用於27項資源與環境調查。北京秋季是難得的晴空少雲季節，戴昌達教授[12]選用1987年9月26日的TM圖像(WRS132/32),與1989年10月17日,1992年10月25日以及1994年9月7日的TM圖像作比較，經過幾何校正與輻射校正的前期處理及地面控制點糾正，達到半個象元級的精度，保證了多時相TM的可比性。較詳細的光譜分類合併為城郊土地利用分類,突出兩個不同時相圖像中的變化部分。最明顯的變化包括綠化用地(VegetatedUrbanLand)及被建築物佔用的綠地，其次是區分水體與高層建設的陰影，並按感光灰度區分污染與清潔水體。從而查明北京建築物1994年比1987年增長了39%。而且建築物佔用的正是當年的農田和菜地；而新的綠地則向農業用地和郊區遷移。北京的交通網向效區延伸十分迅速。三環與四環在TM影像上清晰可見,1987年大約有20多處相交；而1994年超過100多處。因此，交通事故與塞車現象明顯增加。1987年北京及8個衛星城市的綠地約佔總面積的8.5%,而1994年增長到16.93%,新的綠地主要是苗圃、賓館、立交橋與居民小區。顯而易見，綠地比例不高，特別是在深秋季節，這些落葉樹木和季節綠地的信息，格外微弱，說明了北京冬季綠化的艱難。北京是世界城市中缺乏江河的少數大型城市之一。與此同時，研究分析了下列城市環境問題:(1)基本查清了市區的建築密度、危房、棚戶在建工地;(2)全面分析了市區道路的幾何尺度、施工占路狀況、露天停車場數量;(3)機動車輛車速、密度、流量，獲取同一瞬間市區交通總景觀;(4)對浦東新區的土地利用、綠化、固體廢棄物堆放，地表水污染以及禽畜飼養場分佈對環境的影響，建立了環境質量綜合評價模型;(5)對市區綠化進行了三維立體結構的定量研究，評價了市區現有綠化環境的生態效益與直接經濟效益;(6)研究了城市熱島與大氣下墊面的類型與空間分佈;(7)全市暴雨積水的分析、評估與對策;(8)浦西古沙堤的演變與古遺址研究。

廣州市的城市規劃、管理信息系統是建立在堅實的航空攝影與航空遙感資料基礎之上的。包括覆蓋全市的1∶2000比例尺數字正射影像地圖和1∶5000比例尺彩色數字影像圖，並進行了水系與綠地調查、違章建築監測與規劃現狀分析。建成了數字影像DTM資料庫。在此基礎上，提出了1991～2010年跨世紀的遠景發展總體規劃，包括城市發展結構、土地利用模式、環境保護、供電等37個專項和50幅專題圖件，以CAD和GIS技術綜合集成為多層次、多類型的多媒體規劃管理信息系統。其中閃光的創新點和具有推廣價值的經驗，有以下幾方面:(1)提出城市發展“門檻分析”的新理論。通過GIS疊加綜合分析，將城市發展用地分為不同等級的門檻，從而進行各發展方向的條件評價及城市功能分佈評價。指出廣州市白雲山脈、珠江泛濫平原上殘餘丘陵等自然門檻和文物保護區應列為絕對不能動用作為建築用地。現有城區內的結構性門檻較多，而向東發展有較好的潛力。(2)建立歷史文化名城保護規劃信息系統。包括空間環境景觀、歷史風貌、文物古迹、革命史跡、近代優秀建築與古樹名木等保護對象，建成多媒體查詢系統。200多處文物保護和300多株古樹名木，逐一定位、定性登記。

(3)建成300多平方公里的實測，普查地下管線資料庫。實現全面普查與竣工測量相結合，規劃審批與現狀信息相結合，具備綜合查詢、網路或截面分析、管線工程輔助設計、規劃綜合與管線製備等功能，從而實現了管線規劃與實施的辦公自動化。(4)指出城市增長驅動力包括向心、離心與摩擦三大力因素變化的新觀念，以及城市增長與土地增值六階段的理論，建立了從宏觀到微觀的土地增值的模型。依據上述詳實的遙感圖像資料庫和應用理論模型，廣州市成功地實現了優先建立分區規劃信息系統的策略，將這一特大城市的土地利用模式劃分為79個地塊，提出“現狀分析、條件擬定、方案設計、成果監理、動態入庫”這一全過程數字化的系統模式。並以21世紀廣州新的城市中心為目標，實現規劃管理、土地批租、開發建設、物業管理一體化和系統化。力爭與國際化城市形象與標準接軌。實現了窗口服務、網路(Internet,Intranet)聯接和辦公自動化。廣州市城市信息系統不僅在本市正常運行，而且在湛江市、中山縣、小欖鎮等中小城鎮得到推廣，並為烏魯木齊市、天津保稅區和北京中關村高新技術區所借鑒。曾參加1992年國際城市建設成果及1996年全國城市規劃成就展覽。重慶是1997年設置的新的直轄市，幅員由2.3萬km2擴大到8.2km2。行政轄區覆蓋三峽庫區80%,面臨著老工業基地改造、移民、扶貧和生態環境保護的4大難題，肩負著增強中心城市綜合實力，探索城市帶動農村，搞好三峽庫區移民的新的歷史使命。為此，急需應用遙感監測技術和地理信息系統來緩解山城改造、工礦交通佔用農田以及森林砍伐、水土流失誘發崩塌、滑坡、泥石流等災害問題。

1984年沿長江兩岸各15km範圍內進行過1∶6萬航空彩紅外攝影,1992～1995年再次組織了全市1∶6萬比例尺及城郊區772km2的1∶1萬航空彩紅外攝影。1989年引進MSS進行城市地貌調查,1996年著手建設地理信息系統，重視數字化生產以及數據質量、管理與更新的規範和制度，完善多源數據集成環境和服務體系，界面友好全漢化菜單提示，為山城特有的斜坡、陡崖、梯坎等地形地貌關係的表達，精心編製了專用子程序，已開始為新的城市設計招標提供80km2的1∶500數字地形圖；沿著210、212兩條國道100餘km提供了1∶500～1∶2000數字化地形圖和三維立體模型，為經濟開發區、新技術區、石油、天然氣提供數字化的管網圖。空間解析度衛星圖像數據應用於城市資料庫的更新　從1999年出版的“香港攬勝”地圖集的出版可以看到，在這部以太空影像為主體的香港城市地圖集中，搜集了1994年俄羅斯COSMOS(2米)、1999年法國(SPOT-10米)、加拿大(Radsat-10米)等的衛星數據和圖像及1994年中國科學實驗衛星(3米)的數據和圖像。而且經過高精度的輻射校正與幾何糾正，編製了1∶60,000比例尺的分幅影像圖與地理圖。全部是在電腦輔助製圖和影像處理工藝過程下完成的。這些圖像，形象地展示出香港城市發展計劃的成就；荃灣、沙田、屯門和大埔四座大型新市鎮，已經基本建成居住、工業、生活協調發展的衛星城鎮，荃灣已與九龍市區連為一體，啟德機場2.1km2的土地將停止使用，元朗、粉嶺和上水在迅速發展之中。新市鎮的發展，為香港多元化的工商業提供了大量相對廉價而交通便利的土地。為香港人居環境提供了較為寬鬆的生活空間。而且在這些遙感圖像數據的基礎上，對香港的填海造陸工程(約6000公頃，占城市用地的60%)、植被類型和綠被指數、土地利用與土地覆蓋現狀、自然保護區以及颶風、赤潮等自然災害，作了初步的專題分析，揭示與香港城市生活休戚相關的供水、供電、電訊、交通網路系統及其與深圳、珠江三角洲乃至大陸腹地的唇齒相依的關係。圖集問世之後，受到香港特區政府部門、大學和科研部門的歡迎。衛星遙感圖像數據應用於區域城鎮體系的規劃設計　城市發展，決不是彼此孤立的現象，隨著城市的發展，它們的輻射作用對於毗鄰的城市是相互依賴、相互影響的。大城市的輻射陰影效應對於周邊的衛星城鎮來說，也是有利有弊的。城市之間的兼并、融合時有發生，從而形成城市群落或城市圈，而衛星遙感應用又成為區域城鎮體系規劃布局的又一高層次的熱點。現有的中等空間解析度的衛星圖像數據，仍然繼續發揮著重要作用[25]。90年代初，曾經利用TM和MSS衛星圖像，進行城鎮體系的分析研究(圖6),對城鎮居民點分佈高度密集的華北平原、長江和珠江三角洲地區、遼東半島和四川盆地中部，通過居民地的分佈密度改造為按行政單元統計的人口普查數據，使其模擬落實到自然村，編繪成為格網式的人口密度圖。這種方法，對於地廣人稀，以綠洲農業為主體的中國西部和以山間盆地為單元的中國西南山區，尤其適用。1999年10月，中國和巴西合作，成功地發射了(BERS-1)資源衛星，這顆衛星上的兩台多光譜掃描儀，其空間解析度分別為19.5m和80米，我們將會用它來獲取最新的全國範圍的城鎮動態數據，來修證21世紀的城鎮體系規劃。例如在即將出版的《長江經濟帶可持續發展地圖集》中，對長江沿岸六個大核心城市的城鎮體系與投資環境所做的系統分析，可見其一斑。