國土空間規劃中遙感技術的應用研究

楊慧敏

（黃山市自然資源勘測規劃院）

我國經濟的不斷發展，使土地資源利用頻繁發生變化，為良好適應這種變化，無疑給國土空間規劃提出了更高要求。然而，由于過去長時間以來的國土空間規劃工作都采用以手工和定性為主的方法，導致工作效率低下，無法滿足用地性質快速變化的需求。而遙感技術的出現和應用，可以從根本上解決這一問題，要想使遙感技術的應用達到理想效果，有必要結合實際情況對技術應用進行深入的分析和探究。

一、遙感技術概述

遙感技術指的是根據地物目標對應的各類電磁輻射信號對地球環境及資源分布等情況進行叛認。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自身電磁波反射或輻射特征進行感測，同時對特征進行記錄，為后續的識別與判斷提供參考依據。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。為完成遙感任務使用的整套儀器設備就是遙感系統。無論航空遙感還是航天遙感，都能在不同高度進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地物信息。基于此，這項技術正在我國很多領域得到廣泛應用。遙感技術原理如圖 1、2 所示。

圖1 遙感技術原理

圖2 遙感技術原理

二、遙感技術在國土空間規劃中應用的迫切性

國土空間規劃工作涉及很多方面，包括交通、環境保護與自然生態等，必須保證自然環境和人文景觀良好協調，還要保證古代文明和現代文明實現和諧相處。在科技水平日益提高與經濟快速發展的局勢下，城市空間愈發復雜，對各類資源提出的需求日益增大，規劃管理工作在今后的建設過程中必將起到更重要的作用。為實現現代化，做好全面規劃及管理是一項基本需求，當然這也給規劃管理提出了新的要求。長時間以來在規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不足，目前已經無法適應復雜的情況。就目前來看，規劃管理狀況往往不盡如人意，由于信息化水平不高，現有技術手段較為落后，使工作效率始終不高。對此，規劃設計師及決策者都迫切的希望找到全新的規劃管理途徑，以此為精準把控動態空間特征提供幫助，進而給出科學合理的決策。

遙感技術是當前國土資源動態監測有效手段之一，已經開始在規劃專業得到深入，并且研究的角度正越來越多樣。借助遙感技術能獲取包含自然條件與環境狀況等在內的各項現狀數據，同時輔助完成空間分析，研究所有空間布局信息，進而為后續的決策提供各項參考依據。由此可見，遙感技術是規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，通過對遙感技術的合理應用能大幅提高規劃工作效率，為規劃真正實現定性和定量充分結合，進而保證決策科學性提供了全新契機。

三、實驗區概況與數據源獲取

本次所選實驗區分為宏觀尺度、中觀尺度與微觀尺度三種，宏觀尺度區的經濟、科技與文化都相對發達，然而，在未來的經濟社會建設與發展過程中，依然存在很多問題亟待解決，如結構趨同、對基礎設施建設進行的規劃還未能達到統一，以及生態環境面臨著越來越大的壓力等。這就需要在當前科學發展觀正確指導下，通過統一規劃來有效解決。

對數據源選取而言，需要以目標空間尺度及各項指標為依據，確定適宜的遙感平臺與基礎數據源。從衛星遙感圖像角度講，能否對不同規劃的地理特征進行判讀，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TM 圖像能清楚的判斷出地物形狀及大小，進而相對容易的對區域輪廓界線進行提取；對于SPOT 圖像，其可判讀內容和TM 圖像基本相同，而且還有更高的詳細程度與判讀精度；而對于QUICKBIRD 圖像，可以反映出詳細的用地特征，能在用地分布判讀過程中使用，進而對空間用地進行清除的勾繪。

基于此，本次將以遙感為基礎的規劃分成以下三個層次：其一，基于TM 圖像對宏觀區域實施動態研究，以此為總體規劃提供必要的輔助；其二，基于SPOT 圖像對中觀區域實施動態研究，以此為詳細規劃提供必要的輔助；其三，基于QUICKBIRD 圖像對微觀區域實施空間形態研究，以此為改造規劃提供必要的輔助。

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.采用計算機進行自動分類；4.根據多源信息進行復合解譯。在本次規劃工作中引入通過圖像分類技術的引入，對所有影響要素對應的地理特征進行提取，將其作為規劃工作基礎數據來源，為數據庫更新提供數據支持。

圖像分類是指以圖像像元對應的數據文件值為基礎，使像元被歸并成不同的類型與等級，也可采用數據集形式表達。采用計算機進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的分類，主要包括監督與非監督分類兩種。最近幾年雖然出現了很多將空間結構和紋理分析充分結合到一起的分類方法，但從實際應用效果看還不夠成熟。在此次規劃研究工作中，通過對大量研究成果的深入分析和調研，根據研究區各項特點，將主要分類方法確定為光譜響應特征閾值算法及監督與非監督法，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的各類分類成果，以此循環，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，故在光譜響應特征閾值算法的支持下能十分容易對兩者進行分離，進而得出首層分類成果；對第二層次實施識別分類時，可借助無監督方法對林地進行細化分類，如有林地與灌木林地，同時通過人工目視解釋對水域進行分類，如河流、水庫及湖泊；此外，對于林地與水域之外的數據，也能借助光譜特征閾值算法將其分成陰影區和非陰影區；對第三層次進行分類時，需要對確定的非陰影區做好識別，先通過目視判讀對區域內的道路與居民進行識別，通過適當的掩膜處理之后以剩余的數據為下一層次對應的數據；對第三層次進行識別分類時，主要方法為監督分類法。

五、空間變化檢測

對目標區域遙感影像進行動態檢測時，對于變化信息，主要采取以下幾種方法進行提取：

1.光譜特征變異法：該方法一般只需要一個時相的TM 數據與另一個時相的SPOT 數據即可根據融合后得出的光譜特征對土地資源利用類型產生的變化進行檢測，在實際的動態檢測工作中，該方法能自動發現所有變化特征。

2.影像差值法：該方法通過對時相不同的圖像進行輻射校正與幾何配準實施差值運算，然后進行閾值過濾，明確圖像產生的變化，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。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行分類處理后，可得出不同時期對應的分類遙感圖，對分類遙感圖進行配準和對比，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。

在本次規劃工作中，重點是分析發展狀況，在充分利用以TM 影像為基礎獲得變化信息的前提下，分別使用以上三種不同方法，對動態變化特征進行分析，最后采用動態圖形或者是分析報表的方式對研究成果予以表達。

在明確空間未來發展趨勢的過程中，先將TM 圖像不同波段圖像作為系統的自變量實施主成分變換，在屏幕上動態顯示主成分經壓縮處理后形成的圖像，然后和原始圖像進行對照，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，進而得出分類結果，對遙感圖像中有明顯變化的部分予以突出顯示，最終掌握目標區域空間的未來發展趨勢。完成以上工作步驟后還應對分類成果實施必要的編輯和后處理，通過分類圖的適當裁切，統計圖中包含的所有像元，掌握各項規劃指標所有地理特征。基于該方法與通過對土地利用資料進行分析，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、良田向果園轉變類、森林向荒地轉變類、建筑中城市用地類和城市建筑用地向城區轉變類。

在對中觀區域進行動態分析的過程中，選取3 個時相的TM 圖像作為參考依據，同時根據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、工業用地類、其他城市用地類、在建工地類、農村居民點類、耕地類、道路類與水域類，對以上各類分別進行數字化處理，形成專題圖。通過對遙感影像進行的分類處理，可得出實驗區土地資源利用分類圖，并且還能獲取數字報表及統計圖，為對實驗區未來發展變化的分析提供參考。

六、遙感技術發展

伴隨科學技術不斷發展和進步，光譜信息正向成像化方向發展、雷達成像正向多極化方向發展、光學探測正向多向化方向發展、地學分析正向智能化方向發展、環境研究正向動態化方向發展，而資源研究正向定量化方向發展，這極大的改善了遙感技術的運行性與實時性，進而促使這項技術向更高的精度與效率目標邁進，具體表現在以下幾個方面：其一，遙感影像的獲取將更加方便：當前已經研發出很多性能更高的傳感器，能很好的適應遙感對數據精度提高的要求，而且更高的分辨率也是現階段遙感影像獲取主流趨勢。雷達遙感可以全天候對影像進行獲取，并能從某些地物中穿過，這對在規劃領域的應用有極大的優勢。開發并不斷完善溫度及發射率分離方法，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。采用由觀測臺站網絡構成的綜合觀測系統，對目標數據進行動態獲取和分析，增強了對各類數據的處理能力；其二，對遙感數據進行的處理與模型都將進一步科學，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合應用，是現階段遙感技術主流發展方向之一。不確定性的遙感數據模型及人工智能決策支持系統的研發使用也需要得到進一步的分析研究。

七、結論

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

2.通過對遙感技術的應用，從技術應用效果看，以遙感技術為基礎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，可以為規劃管理工作提供良好輔助，進而為決策提供可靠的支持。在規劃管理工作中合理應用遙感技術，無論是最終的工作質量還是效率都遠遠高于采用傳統以手工為主的方法。基于此，不難預見，伴隨相關研究的日益深入，以及信息技術的普及應用，空間規劃必然成為當前遙感技術主要應用領域，也為其它現代空間信息技術應用創造了良好條件，積累寶貴經驗。