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        3S 技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用——以汶川映秀震區(qū)重建為例

        2011-01-11 08:14:58鄔莉莎楊武年李旭嬌
        物探化探計算技術(shù) 2011年5期
        關(guān)鍵詞:映秀汶川城市規(guī)劃

        鄔莉莎,楊武年,李 麗,李旭嬌

        3S 技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用
        ——以汶川映秀震區(qū)重建為例

        鄔莉莎,楊武年,李 麗,李旭嬌

        3S(RS,GIS和GPS)集成技術(shù)為城市規(guī)劃提供了有力工具,3S不僅可高精度快速、實時地采集各種地質(zhì)信息,而且能夠利用GIS強大的空間數(shù)據(jù)綜合分析功能,將各種信息進(jìn)行疊加、對比、綜合與復(fù)合,從而為城市規(guī)劃提供更豐富的圖件等資料。這是以汶川、映秀震區(qū)重建為例,應(yīng)用2008年、2009年和2010年該區(qū)的航空遙感影像圖進(jìn)行城鎮(zhèn)規(guī)劃、土地利用現(xiàn)狀等信息提取,并建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫,利用GIS軟件對研究區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行綜合評價分析,進(jìn)而探討3S技術(shù)在城鎮(zhèn)規(guī)劃、建設(shè)中的應(yīng)用。

        城市規(guī)劃;地理信息系統(tǒng)(GIS);全球定位系統(tǒng)(GPS);遙感技術(shù)(RS);汶川震區(qū)

        0 前言

        當(dāng)今,隨著中國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,國家城市化的進(jìn)程也在日新月異的變化。而一個城市的發(fā)展,其關(guān)鍵之處在于城市的規(guī)劃和管理。計算機等各行各業(yè)的發(fā)展,使得城市規(guī)劃(對城市的未來發(fā)展和總體規(guī)劃、合理布局城市的各項建設(shè)的綜合應(yīng)用行業(yè))也從紙質(zhì)地圖分析和到現(xiàn)場的勘察、獲取數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂?S技術(shù)進(jìn)行城市規(guī)劃的現(xiàn)狀調(diào)查、動態(tài)監(jiān)測、空間分析、規(guī)劃管理等各類問題。

        在二十一世紀(jì),隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大,人們越來越注重城市化的發(fā)展,在可持續(xù)化發(fā)展的政策前提下,如何合理科學(xué)地開發(fā)資源、如何有效地保護(hù)城市的生態(tài)環(huán)境,如何規(guī)劃工業(yè)和居住的區(qū)域,如何監(jiān)測城市的交通,如何管理城市的農(nóng)地等等一系列的問題,都成為人們討論和關(guān)注的熱點。3S技術(shù)的出現(xiàn),能夠合理的解決上述的問題,提高規(guī)劃管理工作的效率。

        1 3S技術(shù)的集成與城市規(guī)劃

        自1998年1月31日美國副總統(tǒng)戈爾在“數(shù)字地球:認(rèn)識二十一世紀(jì)我們這顆星球”的演講中提出“數(shù)字地球”這一概念之后[1],“數(shù)字城市”作為城市發(fā)展的一個新的方向,已經(jīng)成為了加快城市化發(fā)展的“加速器”[2]。3S技術(shù)作為建立“數(shù)字城市”的三大支撐技術(shù),各有其特點,但在單獨使用時卻難免有其局限性:

        (1)GPS可瞬間定位,但卻不能表達(dá)地理屬性。

        (2)遙感技術(shù)可快速獲取信息,但信息的處理、分析必須結(jié)合其它技術(shù)。

        (3)GIS具有較好的檢索、分析、結(jié)合處理能力,但數(shù)據(jù)來源和錄入始終是難題。

        而3S集成技術(shù),是將這三種對地觀測新技術(shù)有機地結(jié)合在一起,即在線的連接、實時的處理和系統(tǒng)的整體性[3]。

        1.1 城市地形圖的更新

        城市規(guī)劃的所有問題,幾乎都是在城市地形圖基礎(chǔ)上完成的。過去,城市基本地形圖繪制和更新過程相當(dāng)繁瑣和費時,需要投入大量的人力和物力對現(xiàn)場進(jìn)行勘察,再返回信息編制。中間過程極易出現(xiàn)人工誤差,也有很多環(huán)境要素可能被忽略。孕育而生的4D產(chǎn)品——DLG(數(shù)字線劃地圖)、DEM(數(shù)字高程模型)、DRG(數(shù)字柵格地圖)、DOM(數(shù)字正射影圖)則解決了上述的問題,將傳統(tǒng)的地圖轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化地圖,具有更新速度快、信息量豐富等特點。

        1.2 土地利用現(xiàn)狀調(diào)查

        在城市規(guī)劃中,土地利用現(xiàn)狀調(diào)查占有較大比重。土地利用現(xiàn)狀調(diào)查的流程是建立在城市土地利用現(xiàn)狀圖數(shù)字化信息圖層之上的。城市土地利用現(xiàn)狀圖數(shù)字化信息圖層是同等比例尺的道路、水系、綠地等多層疊加生成工作底圖后,收集研究區(qū)的高分辨率航空遙感影像圖,參照“城市規(guī)劃”中土地分類標(biāo)準(zhǔn),采用人工判讀解譯,同時結(jié)合各種地形、地物名稱、形態(tài)等,勾繪出各類用地的分界線,最后生成各地塊的圖斑,劃分出商業(yè)、服務(wù)業(yè)、工業(yè)、倉儲等不同的土地利用類型,并建立城市土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫[4]。利用RS技術(shù)快速采集到數(shù)據(jù),將其錄入GIS系統(tǒng),在海量儲存的同時,提供處理和查詢的功能,更能快速地使用圖形屬性連接等功能,彌補了CAD等繪圖工具的單一性。

        1.3 城市綜合環(huán)境評價分析

        自然因素、社會因素、人文因素在城市環(huán)境變化因素中占的分量日益加重。由于環(huán)境系統(tǒng)的復(fù)雜性,在時間、空間、性質(zhì)和數(shù)量上又帶有不確定性和隨機過程的特點,同時還是動態(tài)的、呈周期性變化的開放系統(tǒng),因此,要建立起能全面、準(zhǔn)確和動態(tài)地描述這樣復(fù)雜系統(tǒng)的模型,還需要多種類的技術(shù)支撐[5]。將GIS與環(huán)境領(lǐng)域模型相結(jié)合,可以使這個復(fù)雜的問題變的相對簡單容易。GIS和環(huán)境模型相互補充,并且成為一種有效的工具,不僅可以管理大量的數(shù)據(jù),還可以根據(jù)實際情況改變環(huán)境參數(shù),以達(dá)到最好的模擬效果[6~7]。

        1.4 道路、交通管理與建模分析

        在以車代步的年代,平坦的道路,順暢的交通,能夠極大地節(jié)省出行時間,也將事故的幾率盡可能地降低。將GPS技術(shù)和GIS技術(shù)結(jié)合在一起,構(gòu)成城市交通監(jiān)管與分析系統(tǒng),可以進(jìn)行城市交通路況動態(tài)監(jiān)測,建模和分析,最佳路徑的選擇和道路的規(guī)劃等決策。

        一般地,城市道路設(shè)施與交通設(shè)施、照明設(shè)施、綠化設(shè)施等,以及埋在道路下的上水、下水、熱力、煤氣燈管網(wǎng)系統(tǒng)有密切的關(guān)系,因此,城市道路管理涉及到多個部門[8]。用GIS建立的系統(tǒng),能夠快速及時地協(xié)調(diào)好多個部門,審批手續(xù)等也能方便有效的辦理。

        1.5 城鄉(xiāng)規(guī)劃管理

        3S技術(shù)將地理數(shù)據(jù)和規(guī)劃數(shù)據(jù)更有效地結(jié)合起來,這不僅是將其數(shù)據(jù)單一的反映在規(guī)劃圖紙上,更是對規(guī)劃起編制、規(guī)劃和決策的作用。在上報審批階段,規(guī)劃人員可以很容易從GIS庫中調(diào)出上報單位的各種信息和資料,通過以后的審批階段,還可以從GIS庫中調(diào)出更多關(guān)于項目的資料和相關(guān)的情況,以便參考。這種以GIS為核心技術(shù)的集成方法,已經(jīng)在城市規(guī)劃中廣泛應(yīng)用[9]。

        1.6 執(zhí)法監(jiān)督

        3S技術(shù)的集成還促進(jìn)了土地利用動態(tài)監(jiān)測和規(guī)劃執(zhí)法檢查,可以利用遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)合分析,主動發(fā)現(xiàn)土地利用的變化靶區(qū),用差分GPS技術(shù)精確測量土地利用的變化數(shù)據(jù),再根據(jù)現(xiàn)場勘察資料,利用GIS技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確詳查,增加了監(jiān)測的主動性、及時性和客觀性。

        2 3S技術(shù)在汶川、映秀震區(qū)重建中的應(yīng)用

        城市規(guī)劃包括非常多的方面,本次研究的內(nèi)容只單為城市規(guī)劃中房屋重建這一方面。

        四川映秀,位于四川汶川縣城南部。映秀鎮(zhèn)的總面積為115.12km2,人口近10000人。2008年汶川發(fā)生特大地震,其中映秀是受災(zāi)最嚴(yán)重的地區(qū)之一,全鎮(zhèn)大部份房屋倒塌,山體滑坡嚴(yán)重。震后,國家投入大量的人力物力進(jìn)行災(zāi)后重建,這兩年,映秀也發(fā)生了翻天覆地的變化,從震后基本無完好的房屋到現(xiàn)在一座座新樓拔地而起。

        作者收集了2008年、2009年和2010年映秀的遙感航空影像圖(比例尺為1∶4000)。因2008年的遙感圖像為災(zāi)后不久的時間航拍,圖中房屋幾乎全部倒塌,沒有太多參考價值,故舍棄,作者在本文中只分析2009年和2010年兩張圖片。在Arc-GIS的平臺上,對圖像進(jìn)行處理,在監(jiān)督分類的基礎(chǔ)上,提取地物信息。

        從圖1(見下頁)中可以清楚的看出,震后一年的2009年,此時供居民臨時居住的簡易板房占了極大的比例,而新建的房屋只有極少的一部份。在2010年,地震的兩年之后,此地的簡易板房的數(shù)量急劇減少,而新建的房屋數(shù)量大量增長,占了絕大比例(見圖2)。

        圖1 2009年遙感航空影像圖Fig. 1 The remote sensing aerial image in 2009

        圖3 (見下頁)的底圖為2008年的遙感航空影像圖,作者更能突出這兩年的變化。在ArcGIS的分析平臺上,作者得到表1。

        從表1中可以看出,2009年簡易房和新建房屋兩者的面積比例,分別為79.4%和20.6%。2010年簡易房和新建房屋兩者的面積比例分別為18.2%和81.8%。從2009年到2010年,簡易房的比例大幅下降,面積減少了15312m2,減少的比例為61.6%。而新建房屋面積增加了36538m2,增加的比例為85%。

        圖2 2010年航空遙感影像圖Fig. 2 The remote sensing aerial image in 2010

        通過分析圖3,可以確定下一步的工作重點,對圖3中2010年的簡易房進(jìn)行進(jìn)一步的拆除,在未修建房屋的土地上繼續(xù)修建安置房。在圖3的基礎(chǔ)上,根據(jù)城市規(guī)劃管理的目的的不同,加入了實地采集到的GPS數(shù)據(jù),對新建房屋周圍進(jìn)行緩沖分析等的各類分析。

        3 結(jié)論

        使用3S技術(shù),在Arcgis平臺操作的基礎(chǔ)上,利用遙感航空影像對汶川映秀震區(qū)進(jìn)行房屋重建分析可知:2008年地震后此地房屋基本倒塌,2009年共建房屋 31310m2,2010年為 52536m2。由于遙感航空圖片精度有限,此方法目前只適用于制定目標(biāo)和框架,得出大概的結(jié)論,其數(shù)據(jù)不是特別精確,要進(jìn)行進(jìn)一步的緩沖分析等還需要實地考察。隨著科技的進(jìn)步和城市規(guī)劃的需求,采集的數(shù)據(jù)會越來越精確,也使我們看到城市規(guī)劃更加廣闊的發(fā)展前景。3S技術(shù)的發(fā)展必將帶領(lǐng)城市規(guī)劃走向一個新的高度。

        表1 2009年~2010年簡易房、新建房屋面積變化Tab. 1 Area change of make shift and new housing from 2009 to 2010

        圖3 2009年到2010年兩年對比圖Fig. 3 Comparison chart of two years from 2009 to 2010

        [1] 徐冠華,孫樞,陳運泰,等.迎接“數(shù)字地球“的挑戰(zhàn)[J].遙感學(xué)報,1992(2):85.

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        [5] 陸雍森.環(huán)境評價[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1990.

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        (成都理工大學(xué) 地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點實驗室/遙感與GIS研究所,成都 610059)

        P208

        A

        1001—1749(2011)05—0559—04

        2011-02-16 改回日期:2011-06-20

        鄔莉莎(1986-),女,碩士,研究方向:3S技術(shù)與數(shù)字國土。

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