3s技術(shù)在城市綠地系統(tǒng)中的應(yīng)用

3s技術(shù)在城市綠地系統(tǒng)中的應(yīng)用

使用ps技術(shù)在城市綠地上的數(shù)字管理在城市綠地的規(guī)劃和管理中發(fā)揮著重要作用。目前,我國許多城市都在開展以地理信息系統(tǒng)技術(shù)為核心的城市園林綠地系統(tǒng)數(shù)字化管理研究。國外對(duì)城市綠地系統(tǒng)的數(shù)字化管理與應(yīng)用也非常重視,主要體現(xiàn)在通過空間信息技術(shù)監(jiān)測城市綠地動(dòng)態(tài)或進(jìn)行城市生態(tài)系統(tǒng)研究上。但大多數(shù)學(xué)者主要集中在綠地調(diào)查、綠地信息管理、空間分析等局部環(huán)節(jié)上,很少有人能夠較為系統(tǒng)的將3S技術(shù)在城市綠地中綜合應(yīng)用。本文從3S技術(shù)入手,探討了其在城市綠地系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用,旨在推動(dòng)這一技術(shù)更全面系統(tǒng)的發(fā)展。13s技術(shù)介紹1.13空間地理單元集成數(shù)據(jù)庫gis(1)遙感(remotesensing,RS)是指使用某種遙感器,不直接接觸被研究的目標(biāo),感測目標(biāo)的特征信息(一般是電磁波的反射輻射或發(fā)射輻射),經(jīng)過傳輸、處理,從中提取人們所需的研究信息的過程。遙感可分為航空遙感、航天遙感等。遙感技術(shù)具有探測范圍大、資料新穎、成圖迅速、收集資料不受地形限制等特點(diǎn),是獲取批量數(shù)據(jù)快速、高效的現(xiàn)代技術(shù)手段。(2)地理信息系統(tǒng)(geographicinformationsystem,GIS)是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下,對(duì)整個(gè)或部分地表層(包括在大氣層)空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、查詢、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。它將空間位置概念引入,使原來抽象、枯燥的數(shù)據(jù)變得生動(dòng)、直觀和易于理解。作為一種綜合、優(yōu)秀的數(shù)據(jù)采集、分析處理技術(shù),GIS現(xiàn)已廣泛運(yùn)用于測繪、國土、環(huán)保、交通及城市規(guī)劃等許多領(lǐng)域。(3)全球定位系統(tǒng)(globalpositioningsystem,GPS)是建立在無線電定位系統(tǒng)基礎(chǔ)之上的空間導(dǎo)航系統(tǒng),由空間衛(wèi)星、地面控制站、用戶設(shè)備三部分組成,利用衛(wèi)星信號(hào)來準(zhǔn)確測定待定點(diǎn)的位置,具有全球性、全天候的連續(xù)定時(shí)定位能力。主要用于實(shí)時(shí)、快速地提供目標(biāo)的空間位置,為所獲取的空間及屬性信息提供準(zhǔn)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)的空間定位及地面高程模式。1.23定位準(zhǔn)確的定位利用RS獲取影像,通過影像處理輸入GIS,GIS實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的有效管理,GPS獲取準(zhǔn)確的定位。3S技術(shù)作為一個(gè)有機(jī)整體,利用RS和GPS為GIS提供高質(zhì)量的空間數(shù)據(jù),而GIS是綜合處理數(shù)據(jù)的理想平臺(tái),反過來提升RS與GPS獲取信息的能力,所以將三者統(tǒng)一運(yùn)用,能夠大大提高成果精度和工作效率,同時(shí)節(jié)約大量人力、物力和時(shí)間。2利用遙感技術(shù)獲取城市綠地資源現(xiàn)狀2.1市綠地組成用于城市綠地調(diào)查的遙感圖像對(duì)時(shí)相、圖像類型、分辨率等要求較高,一般選用航空相片和空間分辨率較高的衛(wèi)星影像如TM、SPOT等數(shù)據(jù)源,其特點(diǎn)是空間分辨率較高,能夠辨識(shí)解譯出城市綠地組成。遙感圖像的選取直接關(guān)系到調(diào)查結(jié)果的精確程度和后期的數(shù)據(jù)處理,因此在選取圖像時(shí)應(yīng)綜合考慮成本因素和調(diào)查需要圖像的本身因素(時(shí)相、類型、分辨率等)。實(shí)踐證明,在調(diào)查由城市核心區(qū)向城市周邊地區(qū)過渡的過程中,采用空間分辨率從高到低的不同遙感數(shù)據(jù)源進(jìn)行融合,不但可以節(jié)約成本,同時(shí)也可以有效地進(jìn)行相互彌補(bǔ)。例如,銀川市在城市綠地調(diào)查過程中,分別采用空間分辨率為0.2m的航空影像、高分辨率IKONOS的1m衛(wèi)星數(shù)據(jù)和SPOT5的2.5m影像數(shù)據(jù)對(duì)城區(qū)、城郊和城市周邊進(jìn)行調(diào)查,大大提高了數(shù)據(jù)的采集效率。2.2圖像的預(yù)處理2.2.1模型正射數(shù)字首先對(duì)航片進(jìn)行精細(xì)掃描,以獲取相關(guān)影像數(shù)據(jù),并依據(jù)像控資料進(jìn)行影像的相對(duì)定向和絕對(duì)定向,獲取單模型正射數(shù)字影響圖;然后利用SGI工作站等對(duì)數(shù)字影像進(jìn)行鑲嵌拼接,按一定比例尺完成所需區(qū)域拼圖。2.2.2增強(qiáng)處理和分幅剪切較之航片,衛(wèi)片的處理要相對(duì)復(fù)雜。首先對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何糾正降低誤差;然后對(duì)數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理,由于所用的數(shù)據(jù)源不同,需要針對(duì)各個(gè)圖像進(jìn)行不同方式的處理,并且經(jīng)過處理以比較所采用方法有效與否,最終確定用于分類的數(shù)據(jù)源;最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分幅裁剪和拼接。通過以上步驟可以得到精確校正的影像圖。2.3現(xiàn)場實(shí)測資料實(shí)地考察的目的是對(duì)圖像判讀的結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn),為圖像判讀過程中的問題尋找答案,同時(shí)為判讀標(biāo)志庫補(bǔ)充現(xiàn)場實(shí)況(照片、錄像等)。主要工作內(nèi)容如下:根據(jù)地形圖確定觀測點(diǎn)的位置、調(diào)查路線,利用GPS進(jìn)行定位,在遙感圖像上勾劃草圖,在地形圖上標(biāo)注出現(xiàn)狀綠地的范圍或位置,并對(duì)具有代表性的綠地進(jìn)行攝影,填寫實(shí)地調(diào)查表,做好調(diào)查記錄(包括位置、類型、生長情況、種植類型等)。2.4基于數(shù)字影像的人機(jī)交互解譯對(duì)遙感影像上的各種地物的分辨過程就是判讀,圖像判讀是獲取城市綠地現(xiàn)狀的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。首先要明確調(diào)查內(nèi)容解釋中不同類別的綠地,結(jié)合地形圖對(duì)像片進(jìn)行目視判讀,逐一確定各類別綠地在像片上顯現(xiàn)的性征,對(duì)像片上其他接近綠地性征的地物進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查,明確其歸屬,然后進(jìn)行分類。人機(jī)交互式解譯就是人機(jī)交互影像判讀,是以遙感數(shù)字影像為基本信息源,在相應(yīng)軟硬件工作環(huán)境下,利用計(jì)算機(jī)高速的數(shù)據(jù)處理和圖像處理軟件對(duì)圖像提取和編輯處理功能,幫助解譯人員進(jìn)行遙感影像解譯的一種方法。由于城市綠地以線、面的形式鑲嵌在城市建筑、道路等城市實(shí)體中,城市實(shí)體一般具有相對(duì)規(guī)則的形狀。所以,采用遙感影像的人機(jī)交互解譯是一種快速又相對(duì)準(zhǔn)確的提取城市綠地信息的方法。另外,人機(jī)交互式解譯還具有以下優(yōu)點(diǎn):實(shí)現(xiàn)了影像、數(shù)據(jù)和解譯結(jié)果的對(duì)比和合成,并在信息識(shí)別和解譯結(jié)果驗(yàn)證時(shí)可以按解譯人員的要求進(jìn)行各種影像和解譯結(jié)果的標(biāo)注疊加,也可以把影像數(shù)據(jù)和解譯數(shù)據(jù)以及圖形數(shù)據(jù)集成在一起輸出到GIS中,從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字條件下的影像解譯;全數(shù)字化操作,可以進(jìn)行一些基本的信息增強(qiáng)處理和圖形編輯,在解譯過程中可隨時(shí)對(duì)很多圖像模糊的區(qū)域進(jìn)行信息增強(qiáng),有利于解譯判讀。另外,在解譯和驗(yàn)證時(shí)可隨時(shí)對(duì)解譯圖進(jìn)行修改,克服了目視解譯圖修改比較困難的缺點(diǎn);通過分析遙感影像的光譜特性進(jìn)行影像的監(jiān)督和非監(jiān)督分類,實(shí)現(xiàn)遙感信息的半自動(dòng)解譯,提高解譯效率。3后續(xù)城市綠地系統(tǒng)空間分析3.1強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)管理功能經(jīng)過解譯和判讀出來的結(jié)果,要以數(shù)據(jù)的形式儲(chǔ)存起來,以便于工作人員對(duì)城市綠地系統(tǒng)資源現(xiàn)狀的后期管理,這就要求建立相應(yīng)的管理信息系統(tǒng)。GIS具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力,具有空間性和動(dòng)態(tài)性,區(qū)域空間分析、多要素綜合分析和動(dòng)態(tài)預(yù)測能力,再加上其強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)管理功能,能產(chǎn)生高層次的有用信息,完成人工難以完成的任務(wù)。因此,建立基于GIS的城市綠地管理信息系統(tǒng)能夠基本上解決了這一問題?；贕IS的城市綠地管理信息系統(tǒng)主要是以GIS、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)方法作為基礎(chǔ),利用空間分析算法,結(jié)合約束條件編制相應(yīng)的綠地系統(tǒng)信息管理軟件來實(shí)現(xiàn)。按照規(guī)范化的信息分類標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一的地理空間關(guān)系,針對(duì)城市基礎(chǔ)地理空間信息和綠地專題信息進(jìn)行科學(xué)存儲(chǔ)與管理。從而實(shí)現(xiàn)城市綠地?cái)?shù)據(jù)的快速查詢、統(tǒng)計(jì)和分析,以及數(shù)據(jù)的更新與數(shù)據(jù)的共享,并將城市綠地管理業(yè)務(wù)與圖件管理融為一體。因此,建立此管理系統(tǒng)能夠有效地解決目前城市綠地管理業(yè)務(wù)中圖文分離的問題,從真正意義上實(shí)現(xiàn)辦公圖文一體化。3.2基于城市綠地系統(tǒng)的分析依靠GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)查詢和空間分析功能,提取所需的景觀要素和分布情況,城市綠地管理信息系統(tǒng)能夠較為準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)對(duì)城市綠地系統(tǒng)的分析。目前的空間分析主要集中在對(duì)城市綠地系統(tǒng)的景觀分析上,根據(jù)分析目的,又分為景觀空間結(jié)構(gòu)分析、景觀格局分析、景觀多樣性分析,但基本流程相對(duì)一致。3.2.1評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建利用相關(guān)的GIS處理軟件,從處理好的遙感數(shù)據(jù)中提取城市綠地系統(tǒng)景觀要素,結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行景觀格局各相關(guān)指數(shù)的計(jì)算,最后根據(jù)既定的評(píng)價(jià)體系或評(píng)價(jià)方法,完成城市綠地系統(tǒng)的景觀空間分析和評(píng)價(jià)[19,20,21,22,23,24,25]。3.2.2評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法周廷綱、郭達(dá)志分析了城市綠地景觀生態(tài)系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)元素及其特征,運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)的原理,在GIS支持下對(duì)寧波市城市綠地景觀綴塊的等級(jí)與分布、空間結(jié)構(gòu)的度量進(jìn)行了研究和分析,并對(duì)該市的城市綠地景觀按行政單元進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。首先確定城市綠地景觀結(jié)構(gòu)度量的主要指標(biāo)和計(jì)算公式:多樣性、均勻度、景觀優(yōu)勢(shì)度、聚集度、分離度、破碎度、綠地廊道密度。然后用遙感圖像處理軟件ERDAS提取研究區(qū)的綠化信息,并按面積大小加以分類,劃分出寧波市城市綠地綴塊的4種類型,分別為小型綴塊、中型綴塊、大中型綴塊、大型綴塊;并根據(jù)上述度量指標(biāo)及計(jì)算公式,在ARC/INFONT7.2.1的支持下,提取研究區(qū)各綠地景觀類型數(shù)據(jù),進(jìn)行各景觀格局指數(shù)的運(yùn)算;最后,分析上述結(jié)果,對(duì)寧波市城市綠地景觀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),得出結(jié)果:從寧波市整體情況上看,城市綠化覆蓋率較好,綠地布局結(jié)構(gòu)比較合理,綠地景觀綜合狀況比較好。4城市綠地系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析。在綠地系統(tǒng)所謂城市綠地系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測即對(duì)不同時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化分析,其間要綜合運(yùn)用3S技術(shù)。首先選定要監(jiān)測城市的不同時(shí)相的遙感圖像,用遙感處理軟件并結(jié)合基于GPS的實(shí)地調(diào)查對(duì)圖像進(jìn)行解譯判讀,分析得出不同時(shí)間的城市綠地資源現(xiàn)狀,然后用GIS提取用于動(dòng)態(tài)分析的數(shù)據(jù),最后以某一能夠體現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化的指標(biāo)進(jìn)行定量的動(dòng)態(tài)分析,并以圖像和數(shù)字的形式具體化、形象化的展示城市綠地系統(tǒng)的變動(dòng)情況,進(jìn)而得出結(jié)論,為規(guī)劃者的下一步?jīng)Q策提供準(zhǔn)確可靠的信息。張澤晗等在利用3S技術(shù)研究呼和浩特市綠地動(dòng)態(tài)變化時(shí),以呼市1987年和2000年衛(wèi)片、航片為數(shù)據(jù)源,監(jiān)測呼市綠地近13a來的變化,并對(duì)其進(jìn)行分析。結(jié)果表明,呼市公共綠地總量增加410040m2,街心游園綠地總量減少33756m2,生產(chǎn)綠地總量減少439515m2,道路綠地總量增加55272m2,附屬綠地減少420282m2,呼市綠地總量減少427881m2。呼和浩特市城市綠地部分被破壞或占用,受人類活動(dòng)影響較大。5由于存在問題和應(yīng)用前景5.1問題(1)機(jī)械類程序分類目前我國在利用RS進(jìn)行城市綠地的解譯,特別是計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)分類上還處于初級(jí)階段,主要是人機(jī)互動(dòng)提取信息,這種方法的主要不足之處在于主觀性過大,完全依靠判讀者的經(jīng)驗(yàn)。(2)城市綠地系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)組成方面的問題城市綠地管理信息系統(tǒng)涉及知識(shí)面寬、學(xué)科眾多,其技術(shù)組成需要多方面的支持,特別是相關(guān)部門的重視,但目前在城市綠地系統(tǒng)建設(shè)方面,仍表現(xiàn)出資金、設(shè)備、人員的不足。(3)gps技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)不完整此技術(shù)重點(diǎn)應(yīng)用在綠地現(xiàn)狀調(diào)查方面,應(yīng)用相對(duì)較少,還沒有形成一套完整的應(yīng)用體系供調(diào)查人員采用。(4)不能滿足城市綠地景觀規(guī)劃的需要現(xiàn)在的技術(shù)僅停留在資源獲取、數(shù)據(jù)查詢管理上,不能提供城市綠地景觀規(guī)劃所需的最優(yōu)化選擇、現(xiàn)實(shí)模擬、決策分析等功能。5.2強(qiáng)化系統(tǒng)性能,提高