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 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(shí)時(shí)地采集各種地質(zhì)信息，而且能夠利用GIS強(qiáng)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(duì)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(duì)研究區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)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(gè)城市的發(fā)展，其關(guān)鍵之處在于城市的規(guī)劃和管理。計(jì)算機(jī)等各行各業(yè)的發(fā)展，使得城市規(guī)劃(對(duì)城市的未來發(fā)展和總體規(guī)劃、合理布局城市的各項(xiàng)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(chǎng)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、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?cè)絹碓阶⒅爻鞘谢陌l(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(cè)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(diǎn)。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?duì)栐凇皵?shù)字地球:認(rèn)識(shí)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(gè)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(diǎn)，但在單獨(dú)使用時(shí)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(duì)地觀測(cè)新技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，即在線的連接、實(shí)時(shí)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(fèi)時(shí)，需要投入大量的人力和物力對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)。

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(shí)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(chǔ)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?jī)?chǔ)存的同時(shí)，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(bǔ)了CAD等繪圖工具的單一性。

1.3 城市綜合環(huán)境評(píng)價(jià)分析

自然因素、社會(huì)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(shí)間、空間、性質(zhì)和數(shù)量上又帶有不確定性和隨機(jī)過程的特點(diǎn)，同時(shí)還是動(dòng)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(dòng)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(gè)復(fù)雜的問題變的相對(duì)簡(jiǎn)單容易。GIS和環(huán)境模型相互補(bǔ)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(shí)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(shí)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，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(gè)部門［8］。用GIS建立的系統(tǒng)，能夠快速及時(shí)地協(xié)調(diào)好多個(gè)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(duì)規(guī)劃起編制、規(guī)劃和決策的作用。在上報(bào)審批階段，規(guī)劃人員可以很容易從GIS庫中調(diào)出上報(bào)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(xiàng)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(dòng)發(fā)現(xiàn)土地利用的變化靶區(qū)，用差分GPS技術(shù)精確測(cè)量土地利用的變化數(shù)據(jù)，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察資料，利用GIS技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確詳查，增加了監(jiān)測(cè)的主動(dòng)性、及時(shí)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(shí)間航拍，圖中房屋幾乎全部倒塌，沒有太多參考價(jià)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(tái)上，對(duì)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(shí)供居民臨時(shí)居住的簡(jiǎn)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(jiǎn)易板房的數(shù)量急劇減少，而新建的房屋數(shù)量大量增長(zhǎng)，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(tái)上，作者得到表1。

從表1中可以看出，2009年簡(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(diǎn)，對(duì)圖3中2010年的簡(jiǎn)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(shí)地采集到的GPS數(shù)據(jù)，對(duì)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(tái)操作的基礎(chǔ)上，利用遙感航空影像對(duì)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?qǐng)D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(shí)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(huì)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(gè)新的高度。

表1 2009年～2010年簡(jiǎn)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(duì)比圖Fig． 3 Comparison chart of two years from 2009 to 2010

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

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［8］ 馬智亮，姚俊淦，江見鯨.基于網(wǎng)絡(luò)GIS的城市道路信息化管理系統(tǒng)的建模研究［J］.計(jì)算機(jī)工程，2001，27(13):6.

［9］ 徐振華，韋松林，張燕妮，等.3S技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及其在城市規(guī)劃中的應(yīng)用前景［J］.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2005，15(12):139.

(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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/遙感與GIS研究所，成都 610059)

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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。