楊慧敏

（黃山市自然資源勘測規(guī)劃院）

我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，使土地資源利用頻繁發(fā)生變化，為良好適應(yīng)這種變化，無疑給國土空間規(guī)劃提出了更高要求。然而，由于過去長時間以來的國土空間規(guī)劃工作都采用以手工和定性為主的方法，導(dǎo)致工作效率低下，無法滿足用地性質(zhì)快速變化的需求。而遙感技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，可以從根本上解決這一問題，要想使遙感技術(shù)的應(yīng)用達(dá)到理想效果，有必要結(jié)合實際情況對技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行深入的分析和探究。

一、遙感技術(shù)概述

遙感技術(shù)指的是根據(jù)地物目標(biāo)對應(yīng)的各類電磁輻射信號對地球環(huán)境及資源分布等情況進(jìn)行叛認(rèn)。所有物體均有其自己的電磁波反射或輻射特征。對于航空航天遙感，指的是借助搭載于飛行裝置的遙感器對地物目標(biāo)自身電磁波反射或輻射特征進(jìn)行感測，同時對特征進(jìn)行記錄，為后續(xù)的識別與判斷提供參考依據(jù)。將遙感器搭載于飛機或高空氣球上時，屬于航空遙感；而將遙感器搭載于航天器上時，則屬于航天遙感。為完成遙感任務(wù)使用的整套儀器設(shè)備就是遙感系統(tǒng)。無論航空遙感還是航天遙感，都能在不同高度進(jìn)行大范圍且多譜段的感測，從而獲得大量有價值的信息。除此之外，通過航天遙感還可以按照一定周期獲取動態(tài)地物信息?；诖耍@項技術(shù)正在我國很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。遙感技術(shù)原理如圖 1、2 所示。

圖1 遙感技術(shù)原理

圖2 遙感技術(shù)原理

二、遙感技術(shù)在國土空間規(guī)劃中應(yīng)用的迫切性

國土空間規(guī)劃工作涉及很多方面，包括交通、環(huán)境保護(hù)與自然生態(tài)等，必須保證自然環(huán)境和人文景觀良好協(xié)調(diào)，還要保證古代文明和現(xiàn)代文明實現(xiàn)和諧相處。在科技水平日益提高與經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的局勢下，城市空間愈發(fā)復(fù)雜，對各類資源提出的需求日益增大，規(guī)劃管理工作在今后的建設(shè)過程中必將起到更重要的作用。為實現(xiàn)現(xiàn)代化，做好全面規(guī)劃及管理是一項基本需求，當(dāng)然這也給規(guī)劃管理提出了新的要求。長時間以來在規(guī)劃工作中采用的都是定性與手工方法，該方法存在的主要問題精確度較低和客觀依據(jù)不足，目前已經(jīng)無法適應(yīng)復(fù)雜的情況。就目前來看，規(guī)劃管理狀況往往不盡如人意，由于信息化水平不高，現(xiàn)有技術(shù)手段較為落后，使工作效率始終不高。對此，規(guī)劃設(shè)計師及決策者都迫切的希望找到全新的規(guī)劃管理途徑，以此為精準(zhǔn)把控動態(tài)空間特征提供幫助，進(jìn)而給出科學(xué)合理的決策。

遙感技術(shù)是當(dāng)前國土資源動態(tài)監(jiān)測有效手段之一，已經(jīng)開始在規(guī)劃專業(yè)得到深入，并且研究的角度正越來越多樣。借助遙感技術(shù)能獲取包含自然條件與環(huán)境狀況等在內(nèi)的各項現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，同時輔助完成空間分析，研究所有空間布局信息，進(jìn)而為后續(xù)的決策提供各項參考依據(jù)。由此可見，遙感技術(shù)是規(guī)劃及管理工作的有力工具，能解決很多以往面臨的問題。大量實踐表明，通過對遙感技術(shù)的合理應(yīng)用能大幅提高規(guī)劃工作效率，為規(guī)劃真正實現(xiàn)定性和定量充分結(jié)合，進(jìn)而保證決策科學(xué)性提供了全新契機。

三、實驗區(qū)概況與數(shù)據(jù)源獲取

本次所選實驗區(qū)分為宏觀尺度、中觀尺度與微觀尺度三種，宏觀尺度區(qū)的經(jīng)濟(jì)、科技與文化都相對發(fā)達(dá)，然而，在未來的經(jīng)濟(jì)社會建設(shè)與發(fā)展過程中，依然存在很多問題亟待解決，如結(jié)構(gòu)趨同、對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)行的規(guī)劃還未能達(dá)到統(tǒng)一，以及生態(tài)環(huán)境面臨著越來越大的壓力等。這就需要在當(dāng)前科學(xué)發(fā)展觀正確指導(dǎo)下，通過統(tǒng)一規(guī)劃來有效解決。

對數(shù)據(jù)源選取而言，需要以目標(biāo)空間尺度及各項指標(biāo)為依據(jù)，確定適宜的遙感平臺與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。從衛(wèi)星遙感圖像角度講，能否對不同規(guī)劃的地理特征進(jìn)行判讀，主要取決于圖像實際分辨率，目前常見的三種圖像中（TM 圖像、SPOT圖像與QUICKBIRD 圖像），往往以TM 圖像較為適合。根據(jù)TM 圖像能清楚的判斷出地物形狀及大小，進(jìn)而相對容易的對區(qū)域輪廓界線進(jìn)行提?。粚τ赟POT 圖像，其可判讀內(nèi)容和TM 圖像基本相同，而且還有更高的詳細(xì)程度與判讀精度；而對于QUICKBIRD 圖像，可以反映出詳細(xì)的用地特征，能在用地分布判讀過程中使用，進(jìn)而對空間用地進(jìn)行清除的勾繪。

基于此，本次將以遙感為基礎(chǔ)的規(guī)劃分成以下三個層次：其一，基于TM 圖像對宏觀區(qū)域?qū)嵤﹦討B(tài)研究，以此為總體規(guī)劃提供必要的輔助；其二，基于SPOT 圖像對中觀區(qū)域?qū)嵤﹦討B(tài)研究，以此為詳細(xì)規(guī)劃提供必要的輔助；其三，基于QUICKBIRD 圖像對微觀區(qū)域?qū)嵤┛臻g形態(tài)研究，以此為改造規(guī)劃提供必要的輔助。

四、地理特征提取

在遙感圖像中提取目標(biāo)地理特征的常用方法包括有以下幾種：1.目視解譯；2.人機交互解譯；3.采用計算機進(jìn)行自動分類；4.根據(jù)多源信息進(jìn)行復(fù)合解譯。在本次規(guī)劃工作中引入通過圖像分類技術(shù)的引入，對所有影響要素對應(yīng)的地理特征進(jìn)行提取，將其作為規(guī)劃工作基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源，為數(shù)據(jù)庫更新提供數(shù)據(jù)支持。

圖像分類是指以圖像像元對應(yīng)的數(shù)據(jù)文件值為基礎(chǔ)，使像元被歸并成不同的類型與等級，也可采用數(shù)據(jù)集形式表達(dá)。采用計算機進(jìn)行自動識別和分類的過程中，常用方法為以像元光譜特征為基礎(chǔ)的分類，主要包括監(jiān)督與非監(jiān)督分類兩種。最近幾年雖然出現(xiàn)了很多將空間結(jié)構(gòu)和紋理分析充分結(jié)合到一起的分類方法，但從實際應(yīng)用效果看還不夠成熟。在此次規(guī)劃研究工作中，通過對大量研究成果的深入分析和調(diào)研，根據(jù)研究區(qū)各項特點，將主要分類方法確定為光譜響應(yīng)特征閾值算法及監(jiān)督與非監(jiān)督法，同時輔以人工目視解釋，通過層次分析使圖像形成多個層次，然后先對光譜差異相對較大的類別予以信息提取，得出第一層次對應(yīng)的各類分類成果，之后再對不同分類成果實施深入分類處理，以此得出下一層次對應(yīng)的各類分類成果，以此循環(huán)，直至將所有類別完全分出。

在實際的圖像分類過程中，需針對各種土地覆蓋類型借助不同的方法來識別和分類，比如，考慮到林地與水域在光譜特征上存在明顯差異，故在光譜響應(yīng)特征閾值算法的支持下能十分容易對兩者進(jìn)行分離，進(jìn)而得出首層分類成果；對第二層次實施識別分類時，可借助無監(jiān)督方法對林地進(jìn)行細(xì)化分類，如有林地與灌木林地，同時通過人工目視解釋對水域進(jìn)行分類，如河流、水庫及湖泊；此外，對于林地與水域之外的數(shù)據(jù)，也能借助光譜特征閾值算法將其分成陰影區(qū)和非陰影區(qū)；對第三層次進(jìn)行分類時，需要對確定的非陰影區(qū)做好識別，先通過目視判讀對區(qū)域內(nèi)的道路與居民進(jìn)行識別，通過適當(dāng)?shù)难谀ぬ幚碇笠允Ｓ嗟臄?shù)據(jù)為下一層次對應(yīng)的數(shù)據(jù)；對第三層次進(jìn)行識別分類時，主要方法為監(jiān)督分類法。

五、空間變化檢測

對目標(biāo)區(qū)域遙感影像進(jìn)行動態(tài)檢測時，對于變化信息，主要采取以下幾種方法進(jìn)行提?。?/p>

1.光譜特征變異法：該方法一般只需要一個時相的TM 數(shù)據(jù)與另一個時相的SPOT 數(shù)據(jù)即可根據(jù)融合后得出的光譜特征對土地資源利用類型產(chǎn)生的變化進(jìn)行檢測，在實際的動態(tài)檢測工作中，該方法能自動發(fā)現(xiàn)所有變化特征。

2.影像差值法：該方法通過對時相不同的圖像進(jìn)行輻射校正與幾何配準(zhǔn)實施差值運算，然后進(jìn)行閾值過濾，明確圖像產(chǎn)生的變化，再通過對收集到的各類變化信息的研究與分類，確定變化屬于何種類型，并明確其基本性質(zhì)。該方法存在以下缺點：采用單一波段無法反映出所有變化信息。除此之外，變化信息往往包含多時相用地類別，需在獲得變化信息后進(jìn)行分類處理，以此確定信息屬于何種類型。值得一提的是，比值法的處理方法和差值法大體一致，只是該方法采用了兩個波段，能解決單一波段無法反映出所有變化信息的問題，但其它缺點并未改變。

3. 影像分類法：對不同時相的遙感影像進(jìn)行分類處理后，可得出不同時期對應(yīng)的分類遙感圖，對分類遙感圖進(jìn)行配準(zhǔn)和對比，即可得到變化信息。采用這種方法能直接確定變化何種類型，然而，該方法也存在很多缺點，如變化信息中可能存在分類誤差，所以該方法的精度會受到分類精度直接影響。

在本次規(guī)劃工作中，重點是分析發(fā)展?fàn)顩r，在充分利用以TM 影像為基礎(chǔ)獲得變化信息的前提下，分別使用以上三種不同方法，對動態(tài)變化特征進(jìn)行分析，最后采用動態(tài)圖形或者是分析報表的方式對研究成果予以表達(dá)。

在明確空間未來發(fā)展趨勢的過程中，先將TM 圖像不同波段圖像作為系統(tǒng)的自變量實施主成分變換，在屏幕上動態(tài)顯示主成分經(jīng)壓縮處理后形成的圖像，然后和原始圖像進(jìn)行對照，再輔以目視判讀在主成分分析成果中得出的各類特征相原為樣本完成監(jiān)督分類，促使計算機能夠自動識別出與樣本有一致特性的各個像元，進(jìn)而得出分類結(jié)果，對遙感圖像中有明顯變化的部分予以突出顯示，最終掌握目標(biāo)區(qū)域空間的未來發(fā)展趨勢。完成以上工作步驟后還應(yīng)對分類成果實施必要的編輯和后處理，通過分類圖的適當(dāng)裁切，統(tǒng)計圖中包含的所有像元，掌握各項規(guī)劃指標(biāo)所有地理特征?；谠摲椒ㄅc通過對土地利用資料進(jìn)行分析，可將TM 圖像分成以下幾種類型：良田類、水體類、森林類、果園類、城區(qū)類、城市占用荒地類、城市占用水體類、城市占用良田類、城市占用果園類、良田向果園轉(zhuǎn)變類、森林向荒地轉(zhuǎn)變類、建筑中城市用地類和城市建筑用地向城區(qū)轉(zhuǎn)變類。

在對中觀區(qū)域進(jìn)行動態(tài)分析的過程中，選取3 個時相的TM 圖像作為參考依據(jù)，同時根據(jù)SPOT 圖像通過放大制圖，由此劃分出以下幾種類型的用地：居住用地類、工業(yè)用地類、其他城市用地類、在建工地類、農(nóng)村居民點類、耕地類、道路類與水域類，對以上各類分別進(jìn)行數(shù)字化處理，形成專題圖。通過對遙感影像進(jìn)行的分類處理，可得出實驗區(qū)土地資源利用分類圖，并且還能獲取數(shù)字報表及統(tǒng)計圖，為對實驗區(qū)未來發(fā)展變化的分析提供參考。

六、遙感技術(shù)發(fā)展

伴隨科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展和進(jìn)步，光譜信息正向成像化方向發(fā)展、雷達(dá)成像正向多極化方向發(fā)展、光學(xué)探測正向多向化方向發(fā)展、地學(xué)分析正向智能化方向發(fā)展、環(huán)境研究正向動態(tài)化方向發(fā)展，而資源研究正向定量化方向發(fā)展，這極大的改善了遙感技術(shù)的運行性與實時性，進(jìn)而促使這項技術(shù)向更高的精度與效率目標(biāo)邁進(jìn)，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：其一，遙感影像的獲取將更加方便：當(dāng)前已經(jīng)研發(fā)出很多性能更高的傳感器，能很好的適應(yīng)遙感對數(shù)據(jù)精度提高的要求，而且更高的分辨率也是現(xiàn)階段遙感影像獲取主流趨勢。雷達(dá)遙感可以全天候?qū)τ跋襁M(jìn)行獲取，并能從某些地物中穿過，這對在規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用有極大的優(yōu)勢。開發(fā)并不斷完善溫度及發(fā)射率分離方法，從而對地面上的能量交換及趨于平衡的過程進(jìn)行定量估算，彌補我國氣候變化分析和研究中存在的不足。采用由觀測臺站網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的綜合觀測系統(tǒng)，對目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)獲取和分析，增強了對各類數(shù)據(jù)的處理能力；其二，對遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行的處理與模型都將進(jìn)一步科學(xué)，多平臺、多層面、多傳感器、多時相、多光譜、多角度和多分辨率的充分融合及復(fù)合應(yīng)用，是現(xiàn)階段遙感技術(shù)主流發(fā)展方向之一。不確定性的遙感數(shù)據(jù)模型及人工智能決策支持系統(tǒng)的研發(fā)使用也需要得到進(jìn)一步的分析研究。

七、結(jié)論

1.以上分析了國土空間規(guī)劃中遙感技術(shù)的具體應(yīng)用方法和途徑，基于當(dāng)前成熟的分類方法對提取到的所有現(xiàn)狀信息實施綜合分類，以此使規(guī)劃工作實現(xiàn)半自動化，甚至實現(xiàn)自動化，并解決建設(shè)與管理工作中存在的各類復(fù)雜問題。

2.通過對遙感技術(shù)的應(yīng)用，從技術(shù)應(yīng)用效果看，以遙感技術(shù)為基礎(chǔ)獲取各空間要素不僅速度快、精度高，而且還有很高的自動化水平，可以為規(guī)劃管理工作提供良好輔助，進(jìn)而為決策提供可靠的支持。在規(guī)劃管理工作中合理應(yīng)用遙感技術(shù)，無論是最終的工作質(zhì)量還是效率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于采用傳統(tǒng)以手工為主的方法?；诖耍浑y預(yù)見，伴隨相關(guān)研究的日益深入，以及信息技術(shù)的普及應(yīng)用，空間規(guī)劃必然成為當(dāng)前遙感技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域，也為其它現(xiàn)代空間信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)造了良好條件，積累寶貴經(jīng)驗。