遙感監(jiān)測技術方案范文

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遙感監(jiān)測技術方案

篇1

1海洋功能區(qū)遙感監(jiān)測要點分析

確定海洋功能區(qū)遙感監(jiān)測要點時應考慮三方面因素。首先,海洋功能區(qū)劃既有對管轄海域的整體約束,也有對具體功能區(qū)的功能定位和管理要求,但前者最終也是要通過后者來體現(xiàn)的,所以海洋功能區(qū)劃監(jiān)測應立足于對各個功能區(qū)的監(jiān)測;其次,海洋功能區(qū)的位置、范圍和功能定位是人為劃定的,對功能區(qū)的監(jiān)測,主要是指對功能區(qū)內(nèi)開發(fā)利用活動狀況的監(jiān)測;第三,由于目前海域動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測系統(tǒng)主要采用的是中高分辨率的光學遙感數(shù)據(jù),因此,遙感監(jiān)測對象主要考慮水面及以上的目標,且目標的空間尺度應在數(shù)十米以上?;谝陨峡紤],對照1.1中海洋功能區(qū)劃的效力點,排查得出海洋功能區(qū)遙感監(jiān)測要點如下:(1)功能區(qū)內(nèi)規(guī)模較大的用海地物。據(jù)此可評估功能區(qū)內(nèi)的用海布局、強度和集約度等開發(fā)利用情況。(2)用海地物對應的海域使用類型。據(jù)此可評估功能區(qū)內(nèi)用途管制要求的落實情況。(3)用海地物對應的用海方式和占用岸線長度。據(jù)此可評估功能區(qū)內(nèi)用海方式控制要求和圍填海規(guī)模控制指標、自然岸線長度保留指標的落實情況。

2海洋功能區(qū)遙感監(jiān)測關鍵技術分析

要實現(xiàn)利用遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測海洋功能區(qū)劃實施情況的目標,必須具備檢測用海、鑒別用海和分析用海的能力。為此,需要解決幾個關鍵環(huán)節(jié)的技術問題。

2.1地物識別和信息提取遙感圖像的光譜信息是檢測地物目標并實施分類的依據(jù)。像元間的光譜差異主要緣于對應地物的材質(zhì)不同,但在海洋開發(fā)活動中,地物的材質(zhì)與用途沒有絕對的對應關系,如碼頭、橋梁、道路、平臺等都有可能采用砼質(zhì)材料。因此,用海信息的提取不能采用傳統(tǒng)的基于像元的分類方法,而應采用人工干預下的面向?qū)ο蟮挠跋穹诸惙椒?。面向?qū)ο蟮挠跋穹诸惙椒ㄒ赃m宜的尺度分割為基礎,目前已有不少旨在實現(xiàn)圖像最優(yōu)分割的方法,效果較明顯[1]。將專家在目視解譯過程中所運用的知識和經(jīng)驗歸納成規(guī)則集,可用于鑒別分割出的對象[2]。完備的知識系統(tǒng)是十分復雜的,實際應用中常采用部分簡單的知識規(guī)則來識別對象,一些學者[3-4]將這類方法應用于養(yǎng)殖用海的識別,取得了較好效果。海洋功能區(qū)遙感監(jiān)測可以采用上述方法,但尚需針對光學遙感所能監(jiān)測的各類用海,制定有效的分類規(guī)則體系。

2.2海域使用類型和用海方式判別海域管理中對海域使用類型、用海方式和用海面積的界定是按照現(xiàn)有行業(yè)標準《海域使用分類》(HY/T123-2009)[5]和《海籍調(diào)查規(guī)范》(HY/T124-2009)[6]執(zhí)行的,海域適用分類以行業(yè)用途為主要依據(jù),用海方式是按對海域自然屬性影響程度和特殊管理要求劃分的。而遙感手段僅能監(jiān)測到用海地物,不能直接判別行業(yè)用途和特殊管理要求。因此,對海域使用類型和用海方式的判別,需要根據(jù)用海地物的特征進行推測。

2.3海洋功能區(qū)劃實施情況輔助分析海洋功能區(qū)劃實施情況分析的范圍是整個管轄海域,它的基礎是每個功能區(qū)的監(jiān)測結果,包括功能區(qū)內(nèi)開發(fā)利用狀況及其區(qū)劃符合性兩部分內(nèi)容。對此,應建立相應的評價指標和方法。

3海洋功能區(qū)遙感監(jiān)測方案設計

3.1主體思路監(jiān)測方案設計既要瞄準業(yè)務化應用需要,又要充分發(fā)揮目視鑒別的直觀性和計算機分析的高效性等優(yōu)勢,盡量簡便易行。較為成熟的思路是在海域動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測系統(tǒng)平臺上,在人工干預下,利用遙感技術對海洋功能區(qū)實施監(jiān)測,輔助分析海洋功能區(qū)劃實施情況。在檢測功能區(qū)內(nèi)用?;顒訒r,參考視覺注意機制,執(zhí)行從區(qū)域用海到用海單元,再到用海地物的檢測流程;而在鑒別用?;顒訒r,則執(zhí)行從用海地物,到用海單元,再到海域使用類型的推測流程。用?;顒予b別采用視覺鑒別、計算機輔助分類和環(huán)境關聯(lián)性分析相結合的方法。

3.2基礎條件(1)信息系統(tǒng)平臺。應在現(xiàn)有海域動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測系統(tǒng)基礎上,擴充具有圖像多尺度分割處理功能,并能統(tǒng)計圖像對象的光譜特征、幾何特征等特征參數(shù)的遙感影像處理模塊。(2)資料基礎。應在信息系統(tǒng)中準備以下資料:1)當前時段的監(jiān)測資料。即經(jīng)幾何糾正和輻射校正的光學遙感影像數(shù)據(jù),波段數(shù)至少3個,空間分辨率優(yōu)于10m。合成影像一般采用真彩色合成模式,或以近紅外、紅、綠波段數(shù)據(jù)為RGB的組合模式。2)前一時段的監(jiān)測成果資料。包括前一監(jiān)測時段獲得的海陸分界線,要求采用線型矢量數(shù)據(jù)格式;前一監(jiān)測時段的海域使用現(xiàn)狀分布資料,采用面狀矢量數(shù)據(jù)格式,并含用海項目名稱、用海地物名稱、海域使用類型、用海方式等屬性信息。3)現(xiàn)狀基礎資料。包括海洋功能區(qū)劃資料,要求采用面狀矢量數(shù)據(jù)格式,并含功能區(qū)等級表中所有的屬性信息;現(xiàn)行有效的海陸管理界線,采用線型矢量數(shù)據(jù)格式;現(xiàn)狀水深數(shù)據(jù),以理論最低潮面為基準,采用柵格數(shù)據(jù)格式;現(xiàn)狀海岸地貌數(shù)據(jù),采用面狀矢量數(shù)據(jù)格式,并含沿岸植被、底質(zhì)分布等屬性信息。

3.3監(jiān)測流程與方法(1)劃分監(jiān)測單元。將海洋功能區(qū)劃圖層與遙感影像疊置,按二級類海洋基本功能區(qū)界線(未細分二級類海洋功能區(qū)的按一級類功能區(qū)界線)劃分對應的影像區(qū)域。(2)比對前一監(jiān)測時段功能區(qū)內(nèi)海域使用信息。將前一時段的監(jiān)測成果資料與遙感影像疊置,先判定前一監(jiān)測時段已明確的用海單元,其次確定監(jiān)測時段內(nèi)的用海動態(tài)及變化區(qū)域,然后確定需要鑒別的新用海地物。(3)影像特征目視鑒別。目視檢測用海目標,總結目視鑒別指標,包括地物位置、(與周圍水體、地物的)顏色差異、空間結構、方向、尺寸、(與其它地物)相鄰關系。(4)分析用海環(huán)境條件。提取影像單元周邊的自然狀況和開發(fā)狀況信息。自然狀況指標有平均水深、離岸距離、海岸底質(zhì)等。開發(fā)狀況指標有周圍臨海地物、周圍海域使用類型、周圍用海方式、周圍用海地物等。(5)提取影像特征。先選擇適宜的尺度參數(shù),在影像區(qū)域內(nèi)進行影像分割處理。再在有待鑒別的海域使用目標區(qū)域,針對每個分割后的影像單元,統(tǒng)計表1所列光譜特征、幾何特征等標志信息。(6)鑒別用海地物。這一步驟是功能區(qū)遙感監(jiān)測流程中的關鍵,需要根據(jù)各影像單元的特征標志,對照用海地物判讀標志,鑒別用海地物。用海地物按表2分類。各類用海地物的鑒別規(guī)則由目視指標、影像特征測算指標和用海環(huán)境指標組成,以人工島為例,鑒別規(guī)則如表3所列。(7)推斷用海類型和用海方式。根據(jù)用海地物類型和用海環(huán)境條件,對照用海地物鑒別規(guī)則和《海域使用分類》(HY/T123-2009)、《海籍調(diào)查規(guī)范》(HY/T124-2009),判別用海單元及其用途與范圍,推斷海域使用遙感目標的用海類型和用海方式。(8)海洋功能區(qū)劃實施情況分析。先利用空間分析工具,按照相應指標,分析功能區(qū)內(nèi)的開發(fā)利用狀況,再按照相應標準,輔助分析用?;顒拥暮Q蠊δ軈^(qū)劃符合性。海洋功能區(qū)劃實施情況分析內(nèi)容和指標見表4所示。(9)監(jiān)測成果編制。生成定制格式的監(jiān)測圖件和監(jiān)測報告。

4海洋功能區(qū)遙感監(jiān)測方案適用性分析

上述方案的實質(zhì)是針對海洋功能區(qū)劃的效力點,明確了海域使用遙感監(jiān)測的技術流程,以及其中各環(huán)節(jié)的監(jiān)測分析內(nèi)容、方法、指標或規(guī)則。筆者的應用經(jīng)驗表明,該方案適用于對海洋功能區(qū)內(nèi)開發(fā)利用活動的快速檢測和對海洋功能區(qū)劃實施情況的輔助分析。方案的適用性來自以下幾方面的保障:(1)新一輪的海洋功能區(qū)劃(2011~2012年)中的目標指標和功能區(qū)管理要求都比較明確。(2)海域使用絕大部分在海面上都能得到反映。目前海域使用動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測采用的遙感資料的空間分辨率已經(jīng)很高,具備應用于海洋功能區(qū)監(jiān)測的能力。(3)面向?qū)ο蟮倪b感分類技術已在海岸帶地區(qū)得到成功應用,特別近年來對各類用海分類規(guī)則的歸納越來越趨于成熟,使海域遙感分類的精度和效率得到了顯著提高。

5結語

篇2

【關鍵詞】北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng);遙感技術;土壤肥力;化肥施放

中國作為擁有幾十億人口的農(nóng)業(yè)大國,近年來土壤質(zhì)量問題嚴峻。究其原因:難以獲取土壤質(zhì)量的信息,無法實時掌握土壤狀況,判讀其變化趨勢。當今國內(nèi)不恰當?shù)氖┓?,使得土壤中所含的有機質(zhì)過多或過少,影響作物的生產(chǎn)量,造成土地貧瘠。因此,如何實時監(jiān)測土壤的肥力情況,在正確時間增減施肥,從而實現(xiàn)既可以增加農(nóng)作物生產(chǎn),使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的利益最大化,又可以避免環(huán)境的污染,同時兼顧性能,系統(tǒng)成本,和實際使用等方面因素。所以,本決策系統(tǒng)將北斗衛(wèi)星系統(tǒng)、RS技術技術聯(lián)系在一起,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供所測得及時的土壤狀況信息,方便合理控制化肥地施放。

1 系統(tǒng)總體方案設計

圖1主要是將北斗衛(wèi)星技術的定位功能及短信通信功能、RS技術對土壤、作物養(yǎng)分的監(jiān)測功能綜合構建,能夠?qū)崟r實地地監(jiān)測土壤肥力加以分析處理,最終得出施肥方案和生產(chǎn)布局建議。能夠讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者及時地了解自己土壤的狀況,在提高作物產(chǎn)量和保護環(huán)境方面都有著重要的影響。

1.1 北斗衛(wèi)星應用模塊

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端三部分組成。其在監(jiān)測土壤肥力實時決策的應用體現(xiàn)如下:

1.1.1 高精度定位

在接收機對衛(wèi)星觀測中,可得到衛(wèi)星到接收機的距離,利用三維坐標中的距離公式,利用3顆衛(wèi)星,就可以組成3個方程式,解出觀測點的位置(X,Y,Z)。考慮到衛(wèi)星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差,實際上有4個未知數(shù),X、Y、Z和鐘差,再引入第4顆衛(wèi)星,形成4個方程式進行求解,從而得到觀測點的經(jīng)緯度和高程。北斗系統(tǒng)根據(jù)這一功能可以確定監(jiān)測土地具置信息,同時結合氣象衛(wèi)星就可以了解耕地周邊地理信息,氣候條件如年降水,均溫,日照時間等,有助于決策系統(tǒng)提供正確的施肥方案。

1.2 構建地區(qū)土壤肥力指數(shù)系統(tǒng)模塊

下表是土壤養(yǎng)分分級標準:

土壤養(yǎng)分分級標準主要針對有機質(zhì)、全氮、速效氮和速效鉀的含量進行分級,每種級別對不同的成分的含量不同。土壤有機質(zhì)多,土壤水含量大時,土壤肥力則會增高;相反,土壤氧化鐵,二氧化硅含量多時,則土壤肥力會下降。在實時監(jiān)測土壤化肥施用系統(tǒng)中是利用RS技術檢測土壤中的有機質(zhì),而有機質(zhì)則是土壤肥力的標志性的物質(zhì),其含有豐富的植物所需的養(yǎng)分,是衡量土壤養(yǎng)分的指標。有機質(zhì)的分級可作為土壤養(yǎng)分的分級。

其流程圖如下圖所示:

利用遙感技術監(jiān)測,為了更精確監(jiān)測土壤肥力指數(shù),應選擇空間分辨率高的TM影像。

由表2可知,TM4 、TM5近紅外波段對土壤等地物的含水量很敏感,TM7波段對巖石礦物類較為敏感。所以選擇TM4-5-7波段組合能有效利用不同波段的特性,擴展圖像的動態(tài)范圍,結合影響土壤肥力因素,從而測定判斷土壤肥力指數(shù)。

獲取TM遙感影像,對圖像進行圖像增強,K-L變化,分類處理。

1.2.1 圖像增強

指的是利用圖像增強線性拉伸,使圖像細節(jié)特征表現(xiàn)得更加豐富。對原始圖像上每個像元亮度值逐一地用線性方程計算,并得出一幅反差擴大的數(shù)字圖像。

1.2.2 K-L變化

將TM4-5-7三個波段組成的彩色圖像進行K-L變化,能去除TM圖像噪聲,使可利用的信息量增多,利于圖像細節(jié)特征分析,適合土壤肥力監(jiān)測。

1.2.3 分類處理

在TM4-5-7波段組合圖像中,每一像元都有一定亮度值(0~255),對每一個像元進行亮度值計算。土壤有機質(zhì)多,土壤水含量大時,則其反射率低,遙感圖像上該土壤像元色調(diào)偏暗;若土壤氧化鐵,二氧化硅含量多時,則其反射率大,遙感圖像上該土壤像元色調(diào)則會偏亮。利用亮度值劃分出來的肥力等級方法可以達到87%的吻合率。并利用GIS疊加分析功能,在北斗衛(wèi)星地圖上疊加亮度值數(shù)據(jù),構建曲面三維立體坐標模型,就可以很直觀地觀察出各個地區(qū)土壤肥力指數(shù)。再對標準土壤進行以上分析操作,即可確定出標準土壤肥力指數(shù)。從而可對肥力由低到高進行劃分,建立起土壤肥力指數(shù)系統(tǒng)。

1.3 構建作物養(yǎng)分信息模塊

作物葉片中的葉綠素與植物的光合作用密切相關,通過分析葉片的光譜特征信息,從中了解作物含水量,氮、磷、鉀含量,就能間接地了解作物的健康狀況。高光譜儀遙感檢測是一種非損傷性測定~綠素光譜的方法,它通過測定綠色植物葉片的反射率、透射率和吸收率來測定葉綠素含量。

在作物葉片光譜波段特征中,1530nm和1720nm波段適合對作物水分的估算。國內(nèi)田慶久等研究了小麥葉片水分含量與光譜反射率在1450nm附近水的特征吸收峰深度和面積之間的關系是正相關,得出了利用光譜反射率可以定量測定作物含水量和診斷小麥缺水狀況。因此,可利用此方法是可以監(jiān)測作物水分。通過高光譜儀分析葉片養(yǎng)分含量方法,間接知道土壤養(yǎng)分含量狀況,再比對健康葉片光譜分析結果,即健康作物養(yǎng)分含量狀況,就可以了解作物所缺養(yǎng)分,以及此時該施用何種化肥和施用數(shù)量。據(jù)此,構建作物養(yǎng)分光譜信息數(shù)據(jù)庫就可及時掌握作物養(yǎng)分含量狀況,所需土壤肥力、肥料狀況等重要農(nóng)情,有助于指導用戶因地施肥。

2 建立決策系統(tǒng)

決策系統(tǒng)是結合北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng),地區(qū)土壤肥力指數(shù)系統(tǒng)與作物光譜信息數(shù)據(jù)所得出的作物養(yǎng)分種類和含量三方面建立起的,同時利用遙感技術的實時信息,就可以得到土地肥力變化趨勢和作物長勢,及時調(diào)整施肥方案。決策系統(tǒng)通過結合以下幾個方面進行判斷:

2.1 土地地理信息

利用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)獲得耕地周圍地理信息如耕地地形坡度坡長,附近水體還有氣象變化等。耕地坡度坡長越大,則隨著降雨強度地增大,對土壤的淋溶、侵蝕也會加強,土壤養(yǎng)分流失速度也會增快。周圍水體的流向和分布也會影響土壤養(yǎng)分分布。

2.2 土壤肥力指數(shù)。

理論計算公式為:

肥料需要量=(一季作物的總吸收量-土壤養(yǎng)分供應量)/(肥料中該養(yǎng)分含量*肥料當季利用率)

土壤養(yǎng)分供應量(kg/ha)=土壤養(yǎng)分(肥力)測定值(mg/kg)*2.25*

土壤養(yǎng)分有效利用系數(shù)=空白地植株吸收養(yǎng)分量(kg/ha)/土壤養(yǎng)分(肥力)測定值(mg/kg)*2.25

2.3 作物養(yǎng)分含量

作物生長表現(xiàn)特征在很大程度上體現(xiàn)了土壤養(yǎng)分狀況。通過獲取作物養(yǎng)分含量信息,可以判斷土壤養(yǎng)分缺失或過多等情況,利用這些情報,就可以科學合理地制定正確施肥種類方案,如氮肥,磷肥,鉀肥等化肥。

3 結果和分析

結合北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)和高空間分辨率遙感影像,獲取耕地附近水體,氣候條件等地理信息,計算耕地的土壤肥力指數(shù),土壤養(yǎng)分含量,然后據(jù)此制定出有效施肥方案。這種方法不僅能做到實時監(jiān)測土壤的肥力情況,在正確時間增減施肥和使用正確化肥,從而實現(xiàn)在最有效地利用化肥的情況下,既可以增加農(nóng)作物生產(chǎn),使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的利益最大化,又可以避免環(huán)境的污染,這是一個經(jīng)濟效益高,可靠性強的監(jiān)測方法。

【參考文獻】

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[3]王祥峰,蒙繼華.土壤養(yǎng)分遙感監(jiān)測研究現(xiàn)狀及展望[J].遙感技術與應用2015,30(6).

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[5]鄧書斌,陳秋錦,等.ENVI遙感圖像處理方法[M].2版.高等教育出版社:377-379.

[6]韋玉春,湯國安,等.遙感數(shù)字圖像處理教程[M].科學出版社:138.

篇3

【關鍵詞】 采礦工程;實踐教學;教學研究與改革;地理空間信息技術

1 引言

采礦工程專業(yè)是培養(yǎng)具備礦業(yè)工程學科的寬厚基礎知識和專業(yè)基本技能,能在金屬、非金屬、化工和能源等行業(yè)從事礦物安全高效開采的科學研究、技術開發(fā)、行政管理、文化教育、項目規(guī)劃與設計、基建施工和生產(chǎn)經(jīng)營等方面的工作,適應社會主義市場經(jīng)濟發(fā)展的高級工程技術人才[1]。它具備很強的實踐性,在本科的四年培養(yǎng)過程實踐教學包括實驗、實習、設計等實踐環(huán)節(jié)。武漢理工大學是首批列入國家“211工程”重點建設的教育部直屬重點大學,采礦工程是學校211工程重點建設和發(fā)展的優(yōu)勢學科,擁有礦業(yè)工程一級學科博士學位授權點、2個二級學科博士學位授權點、1個博士后科研流動站、1個湖北省重點實驗室。經(jīng)過50余年的建設與發(fā)展,本學科總體實力進入國內(nèi)先進行列,已成為促進我國礦業(yè)工程領域技術進步和高層次人才培養(yǎng)的重要基地。

但是,隨著采礦技術的不斷革新與發(fā)展,傳統(tǒng)采礦工程工藝已經(jīng)產(chǎn)生了巨大變化[2]。特別是隨著地理空間信息技術應用的深入和滲透,它作為數(shù)字礦山的基礎核心技術,由全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和遙感(RS)三部分組成,簡稱“3S”技術,已經(jīng)在礦山開發(fā)的多個工藝環(huán)節(jié)得到應用,發(fā)揮了重要作用,取得了積極的效果[3]。因此,有必要對采礦工程專業(yè)的實踐教學培養(yǎng)體系進行相應的調(diào)整優(yōu)化,以適應生產(chǎn)的需要。

2 指導思想

以地理空間信息技術為核心提升建設傳統(tǒng)采礦工程專業(yè),把采礦工程專業(yè)辦成從事固體礦床開采的“大采礦”專業(yè),培養(yǎng)“適應能力強、實干精神強、創(chuàng)新意識強”具有國際競爭力的新型采礦工程“三強人才”。即在確保現(xiàn)有理論課時總體平衡的前提下,以專業(yè)實踐教學內(nèi)容改革為核心,根據(jù)國家對采礦學科的要求和采礦科技發(fā)展狀況,按照“寬口徑、厚基礎”的“大采礦”模式,對專業(yè)實踐教學內(nèi)容體系進行整體優(yōu)化和重組,課程中要充分反映地理空間信息技術對采礦工程全過程的支撐作用。新的實踐教學體系既要吸取先進采礦國家采礦專業(yè)課程體系優(yōu)點,又要結合我國采礦業(yè)的實際情況,具有前瞻性和實用性。同時,在這個過程中兼顧我校另外與采礦工程關聯(lián)度較高的一級學科——安全工程的發(fā)展,形成我校采礦工程明顯的安全特色。

3 實踐教學內(nèi)容優(yōu)化方案

3.1 基于全球定位系統(tǒng)的優(yōu)化方案

GPS系統(tǒng)作為一個空基無線電衛(wèi)星導航定位系統(tǒng),它利用空間衛(wèi)星和對應的接收機為全球提供全天候高精度的三維坐標、三維速度和時間,共七個指標時空信息,地球表面和其上方任何地點都可以以無源方式接收并用于定位導航,主要由空間導航衛(wèi)星、地面監(jiān)控站和用戶設備三部分組成[4]。國內(nèi)外已經(jīng)將GPS技術用于露天礦開采設備的跟蹤、調(diào)度、控制,同時在礦山的高陡邊幫、排土場等區(qū)域的地質(zhì)災害監(jiān)測與預警也得到了充分應用。以全球定位系統(tǒng)為核心,輔助全站儀和數(shù)字水準儀,搭建數(shù)字礦山智能導航與實時監(jiān)測實驗平臺,對“礦山測量”、“礦山提升與運輸”、“礦床露天開采”、“爆破工程”等課程的實踐內(nèi)容進行優(yōu)化設計。通過智能化的測量機器人、三維激光掃描儀、GPS定位系統(tǒng)及其配套軟件,在基礎層次上要求學生獨立完成礦山地形、開采進度及現(xiàn)狀、井巷等工程測量,并在此基礎上進行測量數(shù)據(jù)的處理等;在更高級層次上,則通過礦山設備定位與跟蹤實驗、運輸調(diào)度系統(tǒng)設計與優(yōu)化實驗、鉆孔設備鉆進導航實驗,拓展并提高學生獨立完成礦山設備調(diào)度、運輸系統(tǒng)優(yōu)化、安全監(jiān)測與預警、開采量估算等能力。

3.2 基于遙感技術的優(yōu)化方案

遙感技術是20世紀60年代興起并迅速發(fā)展起來的一門綜合性探測技術。它是應用人造衛(wèi)星、飛機或其他探測儀器,不與探測目標相接觸,從遠處收集地物目標的電磁輻射信息,通過分析,揭示出物體的特征性質(zhì)及其變化的綜合性探測技術[5]。國內(nèi)外已經(jīng)將遙感技術用于露天采礦活動的動態(tài)監(jiān)測,可全面掌握礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用現(xiàn)狀。以遙感影像數(shù)據(jù)處理為核心,搭建礦山環(huán)境衛(wèi)星遙感監(jiān)測實驗平臺,對“礦山測量”、“資源數(shù)字化技術”、“地質(zhì)學”、“礦業(yè)技術經(jīng)濟學”、 “資源與環(huán)境” 等課程的實踐內(nèi)容進行優(yōu)化設計。通過高分辨率遙感影像的解譯和模式識別,將其同PSInSAR、GPS和GIS進行有效集成,形成多源遙感數(shù)據(jù)礦區(qū)環(huán)境與災害信息精準監(jiān)測實驗教學體系,設計高光譜和高空間分辨率數(shù)據(jù)礦區(qū)植被退化、尾沙、廢礦堆積等多參數(shù)遙感精準提取實驗,GPS、PDA、RS和遠程數(shù)據(jù)傳輸集成的礦區(qū)野外巡查系統(tǒng)開發(fā)綜合實驗,以及礦業(yè)擾動區(qū)地質(zhì)災害和生態(tài)環(huán)境變化監(jiān)測與預警綜合實驗。在教學實踐過程中,重點是針對國家關注的礦產(chǎn)資源違法采礦和破壞性開采,以及由此造成的滑坡、崩塌、地面沉降、地裂縫等地質(zhì)災害和植被退化等生態(tài)環(huán)境破壞重大問題,培養(yǎng)學生對礦業(yè)活動引發(fā)的地質(zhì)災害和生態(tài)環(huán)境的多源遙感精準監(jiān)測技術與提取的實際操作能力,有助于學生形成預報預警實時化、自動化的思維,提高非法采礦監(jiān)測和國家重點礦山管理的技術水平。

3.3 基于地理信息系統(tǒng)的優(yōu)化方案

地理信息系統(tǒng)是由計算機系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)和用戶組成,通過運用地理信息科學和系統(tǒng)工程理論,科學管理和綜合分析各種地理數(shù)據(jù),提供土地利用、資源管理、環(huán)境監(jiān)測、交通運輸、經(jīng)濟建設、城市規(guī)劃以及政府部門行政管理等任務所需要的各種地理信息的技術系統(tǒng)。國內(nèi)外已經(jīng)將地理信息系統(tǒng)技術用于礦山生產(chǎn)的安全開采及監(jiān)測管理中。以地理信息系統(tǒng)為核心,結合虛擬仿真技術,搭建礦山虛擬與數(shù)字化拓展實驗平臺,對“資源數(shù)字化技術”、“巖體測試技術”、“爆破工程”、“礦山設計原理”等課程的實踐內(nèi)容進行優(yōu)化設計,結合我校已經(jīng)購買的SURPAC和3DMine軟件,通過三維虛擬仿真環(huán)境,升華露天開采課程設計、地下開采設計、工程設計數(shù)字化訓練、畢業(yè)設計等教學實踐環(huán)節(jié)。要求其掌握礦山數(shù)字化和可視化的方法,建立礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)庫、礦體塊體模型和實體模型;達到拓展學生數(shù)字化設計能力、三維視景空間理解能力,提高學生礦山數(shù)字化意識目的。

4 實踐教學相關措施

在利用地理空間信息技術對采礦工程專業(yè)實踐教學進行優(yōu)化過程中,我們堅持圍繞著強化質(zhì)量意識、精品意識和成果意識,強化優(yōu)勢和突出特色來展開,并以此推動采礦工程專業(yè)的整體發(fā)展。

以學生創(chuàng)新項目形式激發(fā)學生參與實踐教學興趣。結合我校每年設立的開設創(chuàng)新性設計實驗、大學生科研創(chuàng)新計劃項目等構建創(chuàng)新的實踐教學體系,包括教學觀念的調(diào)整、實踐教學內(nèi)容的改革和創(chuàng)新以及實驗技術和手段的改革和創(chuàng)新。

以不同層次實驗類型布局強調(diào)實踐教學側(cè)重點。將實驗分為驗證性實驗、設計性實驗以及綜合性實驗。驗證性實驗在理論教學課時內(nèi)進行,設計性實驗和綜合性實驗按課群單獨開實驗課。課程設計提倡以實際系統(tǒng)為主,硬件設計和軟件程序設計并重。

以教師隊伍的建設切實提高實踐教學質(zhì)量。堅持主講教師是實驗教學的第一責任人的制度。主講教師根據(jù)實驗平臺的建設實際,負責相關實驗或?qū)嶒炚n程內(nèi)容的設計和實驗大綱的制訂,并且承擔至少一個班的實驗教學任務;實驗指導教師負責相關實驗教學的實施,主講教師和實驗教師密切配合,共同完成實驗教學任務。

5 結束語

采礦工程專業(yè)屬于應用型工科專業(yè),隨著科學技術的發(fā)展,必將面臨著新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機遇,要求必須能切合生產(chǎn)需要,將新型科技手段同傳統(tǒng)采礦問題進行交叉,不斷革新采礦工程本科教學的實踐教學體系,從而使學生對礦山開采過程的規(guī)劃、設計、施工及經(jīng)營管理和工礦企業(yè)的安全環(huán)境檢測與監(jiān)測、安全監(jiān)察與管理、安全設計與生產(chǎn)、安全教育與培訓等方面的能力有整體的提高。

參考文獻

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[2] 邵登陸、岳宗洪. 采礦系統(tǒng)工程的發(fā)展現(xiàn)狀與新趨勢[J]. 中國礦業(yè),2008,17(9):99-102

[3] 吳立新、殷作如、鐘亞平. 再論數(shù)字礦山:特征、框架與關鍵技術[J]. 煤炭學報,2003,28(1):1-7

[4] 劉基余. GPS衛(wèi)星導航定位原理與方法[M]. 北京:科學出版社,2008,1-35

篇4

1.1RS技術在水資源保護方面的應用

一是常規(guī)水污染監(jiān)測。通常情況下,當水體遭受污染時,其本身的顏色、透明度、密度以及溫度等指標均會發(fā)生一定程度的變化,由此會直接導致水體反射率變化,這種變化在遙感圖像上會呈現(xiàn)出形態(tài)、色調(diào)、紋理以及灰階等特征的差別。為此,可以應用遙感圖像對水體污染源、污染范圍、濃度、面積等進行識別,同時借助遙感數(shù)據(jù)還能對水體污染進行跟蹤監(jiān)測。當水體出現(xiàn)熱污染時,受污染區(qū)域內(nèi)的水溫會高于其它水體,此時,可應用熱紅外影像對水體溫度進行反演,借此來識別污染源、范圍、面積等信息,進而監(jiān)測污染情況。二是突發(fā)性水污染監(jiān)測。目前,很多流域的水資源常常會出現(xiàn)突發(fā)性水污染問題,為確保飲用水安全,可在突發(fā)性水污染出現(xiàn)后,利用小型飛機或是衛(wèi)星等遙感影像數(shù)據(jù),對污染過程進行追蹤,為污染物攔截排放方案的制定提供依據(jù)。

1.2RS技術在水文水資源調(diào)查中的應用

(1)降水量監(jiān)測。通過遙感資料能夠獲取降水的空間分布特征,這種方法適用于一些雨量監(jiān)測站或是雷達觀測站比較稀少的地區(qū)。目前,可用于估算降水量的遙感信息源主要包括雷達、氣象衛(wèi)星以及航空飛機等等,其中雷達常被用于短時期局部地方價降雨量的預測預報,而氣象衛(wèi)星則可對大范圍降雨進行估算。雷達是微波遙感的重要組成部分之一,其主要是利用大氣層中的降水粒子對電磁波的吸收與散射作用,再通過對回波信號的處理,從而確定出降水粒子的后向散射能量,最后借助計算機便可計算出實時降雨量。在某些特殊的情況下,雷達很難對數(shù)據(jù)進行有效數(shù)據(jù),如云層較厚,此時可將雷達與衛(wèi)星兩種測量方法進行結合,由此便可對降雨量進行測定。

(2)蒸發(fā)量監(jiān)測。這是一種借助物理方法對地表能量與質(zhì)量轉(zhuǎn)化進行勘測的手段。近年來,隨著RS技術在水文水資源領域中的廣泛應用,使得蒸發(fā)量的估算日趨成熟。在對蒸發(fā)量進行計算的過程中,可借助全遙感信息模型。例如,在對某水域的水資源進行調(diào)查中,可以利用ERDASIMAGINE8.7系統(tǒng)中的幾何計算模型,確定檢查點的誤差,并借助野外采點數(shù)據(jù),在地圖上選點后,用數(shù)字化儀對控制點坐標進行采集。

(3)地下水觀測。在水位勘測的過程中,地下水觀測是一個相對比較復雜的環(huán)節(jié),由于各種因素的影響,觀測數(shù)據(jù)結果的準確性不高。而RS技術的出現(xiàn)使這一問題獲得了有效解決,應用該技術可通過對地表植被和地形地貌等特征,間接獲得地下水的勘測數(shù)據(jù)。雖然采用RS技術對地下水進行勘測時,無法直接觀測到地下水,但是地下水反映在地表植被上的信息卻能夠借助遙感圖像進行破譯,由此便可獲得相應的水文信息。

1.3RS技術在洪澇災害評估中的應用

洪澇災害是自然災害中波及范圍較廣、危害性較大的災害之一,由此造成的直接和間接損失非常巨大。應用RS技術能夠?qū)闈碁暮M行實時動態(tài)監(jiān)測,從而可以準確確定出洪水的淹沒范圍和面積,為災害的控制工作提供了可靠的依據(jù)。隨著RS技術的不斷完善以及新數(shù)據(jù)源的出現(xiàn),使該技術在洪澇災害監(jiān)測方面取得了一些進展。如有些業(yè)內(nèi)人士應用RS與GIS技術,并以Radarsat影像為數(shù)據(jù)源,對我國淮河水情進行了實時監(jiān)測,在較短的時間內(nèi)對內(nèi)澇區(qū)和淹沒區(qū)的災情進行了評估。

1.4RS技術在土壤水分及旱情監(jiān)測中的應用

所謂的土壤水分具體是指土壤自身的濕度或是土體當中的含水量,它是地表水與地下水的連接紐帶,一旦土壤水分大量流失,便會引起干旱。現(xiàn)階段,很多專家學者都將研究的重點放在了RS技術在土壤水分與旱情監(jiān)測中的應用上,并提出了多種土壤水分的監(jiān)測方法,依據(jù)遙感光譜波段,可將監(jiān)測方法分為兩大類:

(1)光學遙感。主要是指利用可見光、近紅外、熱紅外對土壤水分進行監(jiān)測。此類監(jiān)測方法的算法較多,常用且比較成熟的有熱慣量法、植被指數(shù)法、作物缺水指數(shù)法等等。

(2)微波遙感。由于微波本身對云層具有較強的穿透力,并且不會受到光照條件的限制,最為重要的是長波段的微波可以穿透植被并對土壤有一定的穿透能力。所以,可利用微波遙感對土壤水分進行監(jiān)測。在實際應用中,微波遙感分為兩種方式,一種是被動式,即通過微波輻射計獲取土壤的亮溫溫度,在借助相應的模型反演土壤水分;另一種是主動式,即借助土壤本身的介點特性與含水量的關系對土壤水分進行監(jiān)測。

1.5RS技術在水域解譯中的應用

為水域解譯的具體流程。由于水資源本身具有低反射率與較強的紅外波譜吸收特性,故此在遙感衛(wèi)星影像當中,其特征更加明顯。表物解譯結果。

2.結論

篇5

關鍵詞:無人機,解決方案,應用

前言

無人駕駛飛機是一種以無線電遙控或由自身程序控制為主的不載人飛機。由于它是高科技技術的集中載體,其主要應用于現(xiàn)代戰(zhàn)爭。無人駕駛飛行器遙感系統(tǒng)由于具有機動、快速、經(jīng)濟等優(yōu)勢,已經(jīng)成為世界各國爭相研究的熱點課題,現(xiàn)已逐步從研究開發(fā)發(fā)展到實際應用階段,無人駕駛飛行器的市場也逐漸成熟,將成為未來的主要航空遙感平臺之一。以無人駕駛飛行器為空中遙感平臺的技術,正是適應這一需要而發(fā)展起來的一項新型高科技應用性技術,能夠較好地滿足現(xiàn)階段我國對“數(shù)字中國、數(shù)字城市、數(shù)字生活”制圖的需求。

1無人機發(fā)展的現(xiàn)狀

1.1無人機硬件現(xiàn)狀

目前國內(nèi)航空專業(yè)高校、研究院所和航空、航天集團公司作為國家的軍工支柱企業(yè),其研制的無人機技術遠高于民營企業(yè),很多民營企業(yè)設計的飛機,雖然說確實能滿足普通的需求,但只是少許知識加概念加大膽嘗試而試驗出來的,沒有吹風數(shù)據(jù),缺少詳細的氣動參數(shù),冗余度、綜合集成方面都存在很多問題。但無人機在我國畢竟首要用于軍事用途,所以幾乎全部是由航空集團、航天集團以及院校研制與生產(chǎn),主要是應付軍隊的需求,任務很飽滿,所以才無瑕顧及民用領域。

無人機是一種由無線電遙控設備或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器。它最早出現(xiàn)于20世紀20年代,當時是作為訓練用的靶機使用的。

新一代無人機的發(fā)展方向:從低空,短航時向高空,長航時發(fā)展。下表列出了幾種典型的用于遙感的小型無人機:

1.2無人機應用軟件現(xiàn)狀

無人機攝影測量系統(tǒng)是具有GPS 導航、自動測姿測速、遠程數(shù)控及監(jiān)測的無人機低空定時攝影系統(tǒng),系統(tǒng)以無人駕駛飛行器為飛行平臺,以高分辨率數(shù)字遙感設備為機載傳感器,以獲取低空高分辨率遙感數(shù)據(jù)為應用目標,主要用于地理數(shù)據(jù)的快速獲取和處理。從而為制作正射影像、地面模型或基于影像的城市測繪提供最簡捷、最可靠、最直觀的應用數(shù)據(jù)。系統(tǒng)由無人機攝影硬件系統(tǒng)和無人機攝影軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)主要包括無人機、機載系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)三部分。軟件系統(tǒng)包括航線設計、飛行控制、遠程監(jiān)控、航攝檢查、數(shù)據(jù)預處理五個部分,有效實現(xiàn)了快速航線設計、航攝覆蓋檢查、實時數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)預處理等相關內(nèi)容,有效解決了程控平行飛行和程控姿態(tài)穩(wěn)定的難點。系統(tǒng)不但可用于城市低空高分辨率彩色影像的獲取與糾正,而且經(jīng)開發(fā)研制的多相機組合攝影系統(tǒng)可實現(xiàn)多面攝影構造三維城市模型。

現(xiàn)今比較成熟的解決方案的是:

(1)中國測繪科學研究院

現(xiàn)代航測自動空三軟件(MAP-AT) 是無人飛行器遙感監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部份,該處理系統(tǒng)是針對現(xiàn)代航空攝影測量的特點進行研制開發(fā),使用多種足夠強壯的數(shù)學工具,實現(xiàn)其精確的定位解算,大大放寬了對相機內(nèi)方位元素、畸變差、航高差、重疊度和像片傾斜角的限制。

MAP-AT系統(tǒng)吸納新近出現(xiàn)的先進計算機技術、慣導測量技術和GPS定位技術,在傳統(tǒng)航測的基礎上進行攝影測量處理的技術創(chuàng)新,因而在處理速度、自動化程度、產(chǎn)品多樣性方面超過已有的處理軟件功能。

該軟件系統(tǒng)以自動空中三角測量處理為核心、擴展提供數(shù)字高程模型、正射影像等產(chǎn)品制作功能,并正在研制線劃制圖與三維景觀模型的功能模塊。

該軟件能處理各種數(shù)碼相機影像和傳統(tǒng)膠片掃描影像,包括輕型飛行平臺搭載的輕型數(shù)碼相機獲取的影像(只要遙感平臺能獲取足夠的信息量)。能適合在當前多種計算機(包括筆記本電腦)上進行內(nèi)外

業(yè)一體化(外業(yè)調(diào)繪加內(nèi)業(yè)測圖)立體測圖和立體檢查。

(2)武漢適普軟件有限公司

全數(shù)字化攝影測量系統(tǒng) VirtuoZo 為用戶提供了從自動空中三角測量到測繪地形圖的全套整體作業(yè)流程解決方案。

VirtuoZo 可處理航空影像、近景影像、衛(wèi)星影像(SPOT1-4、TM 等)、高分辨率的IKONOS、QuickBird、SPOT5 衛(wèi)星影像和可量測數(shù)碼相機影像。其開放的數(shù)據(jù)交換格式也可與其他測圖軟件、GIS 軟件和圖像處理軟件方便的共享數(shù)據(jù)。

VirtuoZo 大部分的操作不需要人工干預,可以批處理地自動進行。用戶也可以根據(jù)具體情況靈活選擇作業(yè)方式。

VirtuoZo 擁有多種高效實用的測圖模式以及 Microstation 接口測圖模塊,切合測圖生產(chǎn)的實際情況,是采集三維基礎地理信息的理想平臺。

VirtuoZo 已經(jīng)大大的改變了我國傳統(tǒng)的測繪模式,提高了行業(yè)的生產(chǎn)效率,她不僅是制作各種比例尺的 4D 測繪產(chǎn)品的強有力的工具,也為虛擬現(xiàn)實和 GIS 提供了基礎數(shù)據(jù),是 3S 集成、三維景觀和城市建模等最強有力的操作平臺。

以上兩種軟件各有千秋,建議選用VirtuoZo。

2 無人機航測應用前景

無人機航測主要用于數(shù)字國土工程建設、國土資源調(diào)查與利用技術發(fā)展工程,向國家和社會提供全新的成果,以滿足國民經(jīng)濟發(fā)展和社會進步當前和長遠的需要。以下是列舉的部分需求:

2.1測繪生產(chǎn)的需要

無人機遙感數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)遵循航空攝影測量原理開發(fā)。基于高分辨率航攝影像可制作出測繪所需的大比例尺數(shù)字正射影像圖(DOM)、數(shù)字高程模型(DEM)和數(shù)字線劃圖(DLG)。在大比例尺數(shù)字產(chǎn)品基礎上進行制圖綜合,能夠快速更新國家基本比例尺地形圖(現(xiàn)階段還只能生產(chǎn)出最大比例尺為1:2000的DLG)。該系統(tǒng)還能夠服務于地籍測量等工作。

2.2土地開發(fā)整理

無人機遙感技術能夠在土地開發(fā)整理的下述工作階段中進行應用:利用無人機遙感系統(tǒng)獲取的高清晰正射影像,各級領導和專家不用到達現(xiàn)場就可以直觀地確定項目區(qū)范圍,保證選址踏勘的合理性,核實新增耕地的真實可靠性和有效性,減少了繁重的外業(yè)踏勘工作量,節(jié)省了時間,提高了工作效率。

2.3新農(nóng)村建設應用

新農(nóng)村建設中的城市空間布局和基礎設施建設與現(xiàn)有地理環(huán)境密切相關。我省已經(jīng)啟動 “千村示范萬村整治”工程,大量需要基于農(nóng)村范圍的高清晰數(shù)字正射影像、數(shù)字高程模型、數(shù)字線劃圖,用來科學合理解決新農(nóng)村規(guī)劃、居民遷移、工程量計算、退耕還林等系列問題。

2.4突發(fā)事件應急監(jiān)測

面對突發(fā)事件,比如環(huán)境污染、群體性治安事件、自然災害突發(fā)事件等,政府管理部門需要及時掌握突發(fā)事件發(fā)生地點的具體情況(如影響范圍、影響程度等),這時可以通過無人機遙感數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)快速出動,對突發(fā)事件發(fā)生區(qū)域現(xiàn)狀實施監(jiān)測,提供及時、準確、詳細的突發(fā)事件信息,為政府管理部門指揮調(diào)度和決策提供科學依據(jù),從而提高對突發(fā)事件的快速應變和處理能力。

2.5自然災害監(jiān)測

我省是自然災害頻發(fā)的地區(qū),災害類型繁多,地類復雜?;跀?shù)字正射影像圖,災害發(fā)生前,可做好相應防范工作;災害發(fā)生中,可及時了解災害現(xiàn)狀,預測蔓延趨勢,做好應急決策;災害發(fā)生后,可進行災后損失評估,做好相應善后等工作。

2.6城鎮(zhèn)建設規(guī)劃

基于高分辨率城鎮(zhèn)影像圖,可對現(xiàn)有城鎮(zhèn)規(guī)模結構、職能分工和空間布局進行合理調(diào)整,科學制定區(qū)域交通、通信、能源、供水、排水、防洪等布局規(guī)劃,發(fā)揮城鎮(zhèn)整體效益。

2.7水利部門應用

基于數(shù)字正射影像和數(shù)字高程模型,不僅能為大型水工建筑物(橋梁、堤壩、水庫、閘門等)提供選址服務,還能實時監(jiān)測其施工進程;此外,還可以進行水資源調(diào)查、水環(huán)境監(jiān)測、水土保持監(jiān)測和泄洪區(qū)淹沒范圍預演等,便于防汛指揮調(diào)度。

2.8土地資源監(jiān)察

國土資源部科技與國際合作司和湖南省國土資源廳正在開展土地監(jiān)管季度“一張圖”技術研究與示范。建成土地監(jiān)管每季度“一張圖”的新技術示范區(qū)。由于無人機遙感數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)具有機動快速、視頻實時傳輸、高危地區(qū)探測安全、成本低、機動靈活等優(yōu)點,能夠?qū)ξ沂∵`規(guī)違法用地、濫占耕地、破壞生態(tài)環(huán)境等現(xiàn)象做到及早發(fā)現(xiàn)、及時制止,使國土資源監(jiān)察工作更加快速、高效和直觀,它將成為我省土地資源監(jiān)察的主要遙感數(shù)據(jù)獲取工具。

2.9礦山資源監(jiān)測

利用無人機遙感數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)在我省開展礦山資源環(huán)境監(jiān)測工作,能夠及時快速獲取礦山環(huán)境實時影像,為及時查處和糾正礦產(chǎn)資源開發(fā)中出現(xiàn)的問題,規(guī)范和整頓礦產(chǎn)資源管理和開發(fā)秩序,保障國家礦產(chǎn)資源開發(fā)的可持續(xù)發(fā)展,提供有效的技術支撐,具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2.10公安部門應用

在高分辨率、高信息量的數(shù)字正射影像圖基礎上,公安部門不僅能夠針對重要社會活動、案件高發(fā)、防范薄弱、群眾需要的重點時段和部位上,實現(xiàn)對動態(tài)環(huán)境下社會治安的有效控制和警力部署,而且各安防單位在發(fā)生緊急情況報警時,可詳細了解報警位置及周圍環(huán)境的詳細情況,供緊急指揮使用。

2.11交通部門應用

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關鍵詞:遙感技術;城市交通;規(guī)劃與監(jiān)測;應用

城市交通是城市地理學的重要組成部分,一直受到學者的廣泛關注。城市交通對保證城市生產(chǎn)、生活正常運轉(zhuǎn)、加強城鄉(xiāng)間聯(lián)系起著重要的紐帶和促進作用[1]。在短時間內(nèi),城市交通呈現(xiàn)為靜態(tài)的位置關系,在較長的時間內(nèi),表現(xiàn)出動態(tài)的演化過程。傳統(tǒng)的交通規(guī)劃方式很難對其動態(tài)變化進行及時的監(jiān)測及規(guī)劃調(diào)整。隨著遙感技術的發(fā)展,其在交通規(guī)劃與監(jiān)測中的應用研究日趨深入,為城市交通規(guī)劃與監(jiān)測研究提供一條新的途徑。

一、遙感技術

(一)遙感介紹

遙感(Remote Sensing)是指利用某種傳感器裝置不接觸被測物體來獲取地表的信息,通過數(shù)據(jù)傳輸和處理實現(xiàn)研究地面物體形狀、大小、位置、性質(zhì)及環(huán)境相關關系的一門現(xiàn)代化應用技術[2]。遙感技術具有快速、綜合、動態(tài)、宏觀、多層次、多時相的優(yōu)勢。隨著科學技術的提高,遙感技術不斷提高和完善,其應用領域由傳統(tǒng)的調(diào)查、測繪等向城市信息調(diào)查、規(guī)劃等方面拓展,服務領域不斷擴展,獲得相關學者的普遍重視,具有重要的應用價值。

現(xiàn)在城市交通是一個快速發(fā)展的開放系統(tǒng),要對其實施合理的規(guī)劃、建設和管理就必須及時掌握和全面分析其發(fā)展過程中的變化和信息。遙感技術可以準確、快速的獲取城市交通線路長度、道路寬度等有關信息[3]。遙感技術既可以獲得城市交通宏觀的現(xiàn)狀和綜合數(shù)據(jù),也可以獲得每一條線路等城市交通微觀的數(shù)據(jù),能夠?qū)崟r、高效地為城市交通規(guī)劃與發(fā)展提供多方面的分析數(shù)據(jù)和基本信息。

(二)遙感技術的特點

遙感作為一門對地觀測綜合性技術,它具有與其他技術不同的特點,主要歸納為三個方面:

1、探測范圍廣、采集數(shù)據(jù)快

遙感探測能在較短的時間內(nèi),對大范圍的地區(qū)進行觀測,并從中獲取有價值的遙感數(shù)據(jù)[4]。對于很好的掌握地面事物的現(xiàn)狀具有重要的作用,同時提供了寶貴的資料。

2、能動態(tài)的反應地面事物的變化

遙感監(jiān)測可以周期地、重復地對同一地區(qū)進行監(jiān)測,有助于人們獲得數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)并動態(tài)地跟蹤地球上許多事物的變化。

3、獲取的數(shù)據(jù)具有綜合性

遙感探測所獲取的是同一地段、覆蓋大范圍地區(qū)的遙感數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)綜合地展現(xiàn)了地球上許多自然與人文現(xiàn)象[5],宏觀地反映了地球上各種事物的形態(tài)與分布,全面的揭示了地理事物之間的關聯(lián)性。

二、遙感技術在城市交通規(guī)劃與監(jiān)測中的應用

(一)城市交通基礎數(shù)據(jù)調(diào)查

城市交通調(diào)查中,基于點的傳統(tǒng)地面調(diào)查,不僅費時費力,而且難以準確描述城市交通的基本面貌。遙感數(shù)據(jù)具有覆蓋范圍廣和時效性的特點,利用遙感技術可以獲得城市交通現(xiàn)狀的總體狀況。根據(jù)遙感影像上的城市交通道路特征,可以全面、準確的獲取城市交通中道路長度、路網(wǎng)結構、道路寬度、停車場的規(guī)模和數(shù)量、街道綠化等城市交通基本信息數(shù)據(jù);根據(jù)航空遙感影像可以獲得城市交通路面上車輛速度、種類和密度等信息。如結合影像紋理特征和濾波技術,更能突出城市交通的線性邊界,使用邊緣檢測和跟蹤處理,可以提取城市交通現(xiàn)狀矢量圖。

(二)城市交通規(guī)劃

要對城市交通發(fā)展戰(zhàn)略和路網(wǎng)結構進行充分地規(guī)劃,就要求對城市的地形地貌特征、交通的交叉口設置、管理方式、坡度、長度和路網(wǎng)的現(xiàn)狀等信息有充分的認識,并且要掌握城市發(fā)展現(xiàn)狀信息,利用遙感技術可以快速、準確的獲取相關信息。根據(jù)多時相遙感影像可以獲取城市擴展方向及速度和城市交通發(fā)展的現(xiàn)狀,對其進行空間分析,借此對比城市交通需求與城市交通現(xiàn)狀差距,為城市交通規(guī)劃方向提供合理的決策依據(jù)。同時,根據(jù)遙感影像或連續(xù)拍攝的航片,能夠獲得城市交通擁堵的時間分布和空間分布,獲得城市地面常規(guī)公交車輛的滿載情況。借此可以有效的掌握城市交通實際的時空需求情況,為城市交通規(guī)劃調(diào)整提供決策依據(jù)。

(三)城市交通動態(tài)監(jiān)測

隨著我國城鎮(zhèn)化進程的快速發(fā)展,城市不斷向外擴張,城市空間擴張加劇了城市交通壓力。許多城市存在車流量多、交通擁擠等問題。在城市交通規(guī)劃中,不僅要對城市交通各種要素的現(xiàn)狀進行分析,還要對城市交通變化進行監(jiān)測。利用遙感影像能獲得城市交通動態(tài)發(fā)展的實時數(shù)據(jù),為城市交通動態(tài)監(jiān)測提供依據(jù),是城市交通變化監(jiān)測的有效手段。遙感對城市交通動態(tài)監(jiān)測主要是通過對多時相遙感影像加工、處理獲得城市交通動態(tài)變化信息。通常情況下,主要采用兩類監(jiān)測方法,一類是基于像元分類,如最大似然法、支持向量機,決策樹等;另一類是面向?qū)ο蠓诸惙?,如最鄰近法,隸屬度分類、面向?qū)ο鬀Q策樹分類等。

三、結束語

在城市交通規(guī)劃監(jiān)測過程中,需要掌握多方面的基礎數(shù)據(jù),傳統(tǒng)情況下,這些數(shù)據(jù)的獲取需要進行實地調(diào)查,因而會耗費很多人力物力,并且持續(xù)時間較長,獲得數(shù)據(jù)不全面,而遙感技術具有實時性、動態(tài)性和宏觀性的特點,為城市交通規(guī)劃與監(jiān)測提供了新的基礎數(shù)據(jù)調(diào)查途徑,具有廣闊的應用前景,但是遙感數(shù)據(jù)也具有一定的局限性,它不能全部代替?zhèn)鹘y(tǒng)地面調(diào)查。所以,城市交通規(guī)劃部門及相關應用部門,在實際應用操作過程中,要根據(jù)具體的調(diào)查內(nèi)容分析遙感技術應用的可行性,選擇合適的應用方案,從而充分發(fā)揮遙感技術的價值。(作者單位:貴州師范大學)

基金項目:貴州師范大學研究生創(chuàng)新基金資助(研創(chuàng)201525)

參考文獻:

[1] 張樹鵬. 基于城市交通公平性的城市公共交通系統(tǒng)發(fā)展研究[D].蘭州交通大學,2011.

[2] 孫家柄,舒寧,關澤群.遙感原理、方法和應用[M].北京:測繪出版社,1997:1-114.

[3] 崔龍. 遙感在城市規(guī)劃管理中的應用[J].新材料新裝飾,34,38.

篇7

關鍵詞:水文水資源;遙感技術

正文:

1遙感技術的概述

遙感技術是一種先進的探測技術,它將物理、信息技術、化學等集于一身,利用物體的反射或輻射磁波的特性,在儀器不接觸物體的條件下,用傳感儀器對遠距離目標進行輻射或反射,收集電磁波,并對收集到的信息進行識別和測量,并最終獲得成像。遙感系統(tǒng)創(chuàng)建于遙感系統(tǒng)之上,能有效獲取信息,實時存儲,用于傳輸并加以處理。它利用物體的光譜性能,根據(jù)實際情況,對物體作出正確判斷,提升勘測的質(zhì)量。根據(jù)遙感技術所利用的波段,可以將遙感技術分為光譜波段遙感技術、紅光技術、綠光技術和紅外光技術。光譜波段技術主要是用于監(jiān)測氣象和海底魚群,紅光技術主要是用于對植物生長和變化的監(jiān)測,而紅外光技術主要是來探測礦產(chǎn)和土地資源,綠光技術則是用于對地下水的探測。

2我國水文水資源技術發(fā)展趨勢

從現(xiàn)階段水文水資源工程實際研究可以看出,水文技術已經(jīng)獲得了很好的發(fā)展成就,在實際的研究和發(fā)展中不斷加強對于新技術的應用,然而其在實際的社會環(huán)境中還有很多問題存在,例如,水文水資源監(jiān)測技術很難有效的滿足社會以及經(jīng)濟的發(fā)展需要,并且其在其他的行業(yè)當中研究基礎也比較薄弱,缺少相應的信息共享等。在當前所存在的實際問題可以看出,對于水文水資源技術在未來的發(fā)展中就需要對當前所存在的問題進行處理,需要不斷加強工程技術的創(chuàng)新,對和其他行業(yè)之間的交流合作關系進行有效結合,來實現(xiàn)跨學科的發(fā)展。

3遙感技術在水文水資源工作領域中的應用

3.1降水量監(jiān)測

在降水量實際的監(jiān)測中主要應用的就是雷達以及氣象衛(wèi)星和航空飛機等,采用相關的計算機技術對空間信號有效處理以及計算。地面降水量稀少時,可以采用雷達對于該地區(qū)的降雨量進行預測,在云層比較厚時通??梢詰脷庀笮l(wèi)星以及雷達進行結合起來實施階段。氣象衛(wèi)星通常主要應用在一些較大的降水量預報當中,其主要應用綜合方式以及微波輻射方式等?,F(xiàn)階段,較為常用的就是航空飛機深入到云層實施監(jiān)測,并且對相關數(shù)據(jù)進行分析,并且采用計算機來對相關的云雨信息進行收集,來為水文部門在降水量監(jiān)測中提供相應的依據(jù)。

3.2蒸發(fā)量監(jiān)測

通常,對于蒸發(fā)量監(jiān)測,通常主要應用衛(wèi)星來實現(xiàn)對其監(jiān)測,衛(wèi)星監(jiān)測主要采用的方式有統(tǒng)計經(jīng)驗法以及能量余項法等,另外對于一些比較復雜的監(jiān)測,還可以應用遙感信息模型實施計算。采用該信息模型實施計算,并且結合實際的環(huán)境條件和模型不同特點,還可以對模型進行多層模型的分析。例如,一層模型主要對于地表當中的植被以及土壤進行應用,二層模型主要應用在地表植物或者地上以及地下土壤熱量余熱的應用,對于多層模型主要可以應用在一些多層土壤當中?,F(xiàn)階段,我國較為先進的蒸發(fā)量監(jiān)測所采用的模型就是政務蒸騰計算機模型,能夠有效實現(xiàn)非均勻地面條件的蒸散計算。

3.3徑流量預測預報

通常,在實際的水文水資源工程當中,對于徑流量的預報主要采用的就是衛(wèi)星遙感技術對其有效處理,在對河川徑流實際的估算當中,采用遙感技術很難有效實現(xiàn)。對于遙感技術的應用中其對于土壤、地貌和植被以及相應的水資源,通常對蒸發(fā)量、降水量與土壤含水量等進行思考,并且在此基礎上展開進行估算。對于遙感技術所收集的信息主要就是采用相關的計算機水文模型對其有效處理和分析,以此來獲得徑流量的預測結果。

3.4地下水遙感

在水文水資源預測當中,水下水位勘測非常復雜,其往往會受到地質(zhì)環(huán)境的影響,在勘測當中人工勘測數(shù)據(jù)往往不相符,因此就需要采用科學合理的技術來實現(xiàn)勘測輔助的作用。在當前遙感技術大量重視的基礎上,地下水位勘測也獲得了很好的發(fā)展。地下水遙感技術能夠采用對地表的植被以及地貌形狀等數(shù)據(jù)有效模型處理以及計算,從而在對地下水勘測當中對相關的數(shù)據(jù)間接獲得,對于地下水信息的獲取主要可以采用地表植被信息來有效表現(xiàn),地表植被所表現(xiàn)出來的信息能夠采用遙感技術來獲得,并且在此基礎上對其有效處理之后對地下水文信息進行獲取。

3.5災害預防

遙感技術還可被應用到洪水、旱情等的監(jiān)測中。如將其應用到水土流失情況的監(jiān)測中,即能做到提前預防,在水土流失處栽種上不同種類的植被,即能減輕水土流失程度。當前的土壤侵蝕監(jiān)控里,大多都是通過逐像元比較與分類比較的模式來實施監(jiān)控的,而水土流失主要是依照水土流失定量計算模型展開分析的。在數(shù)據(jù)計算下獲得監(jiān)控區(qū)域土壤信息,實現(xiàn)自然災害的提前預防。

3.6水污染監(jiān)測

一般而言,在水土受污染后,自身透明度、顏色、密度與溫度等指標均可能會出現(xiàn)不同情況的改變,并引發(fā)水體反射率改變,此種改變在遙感圖像上會展現(xiàn)出色調(diào)、形態(tài)、紋理等特征的差異。

所以,通過遙感圖像能完成水土污染源、面積、范圍與濃度的識別。此外,通過遙感數(shù)據(jù)還可隨時跟蹤監(jiān)督水體污染變化情況;其次,突然性水污染監(jiān)測?,F(xiàn)有的流域中絕大多數(shù)流域水資源均存在著不同程度的水污染問題,若要保證群眾飲水安全,產(chǎn)生突發(fā)性水污染后,通過小型飛機或衛(wèi)星等遙感影像數(shù)據(jù),進一步追蹤污染狀態(tài),對污染物攔截排放方案的制定更有利。

結語:

隨著我國科技發(fā)展水平的不斷提高,遙感技術在水文水資源中的應用也變得越來越成熟,在水文水資源當中對于遙感技術的應用能夠使得其方法有效擴展,這樣就將研究過程中的人力以及物力和時間等因素節(jié)約,從而為水文工作的開展奠定良好的基礎。

參考文獻

[1]楊靜.水文水資源勘測中遙感技術的應用[J].科技創(chuàng)新與應用,2016,(22):227.

[2]孫凱.水文水資源工作中遙感技術的應用分析[J].科技創(chuàng)新導報,2015,(32):150+152.

篇8

【關鍵詞】 衛(wèi)星定位遙感監(jiān)測

1 衛(wèi)星通信

目前,衛(wèi)星通信主要有衛(wèi)星固定通信、衛(wèi)星移動通信、衛(wèi)星廣播等幾種方式。在水利行業(yè)應用最為廣泛的是衛(wèi)星固定通信,而其中的寬帶通信業(yè)務應用將越來越普遍。

為增強防汛減災能力,提高防汛指揮調(diào)度信息化水平,2008年水利部開始建設新一代水利衛(wèi)星通信系統(tǒng),系統(tǒng)已于2010年下半年投入運行。水利衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器采取一次性購置15年使用權的方式,采用Ku+C的方案;衛(wèi)星主站采用目前主流的DVB-S2技術體制,支持星型/網(wǎng)狀混合組網(wǎng)的方式。業(yè)務以數(shù)據(jù)、視頻和語音為主,廣播業(yè)務為輔。

(1)衛(wèi)星資源。新一代水利衛(wèi)星通信平臺擁有27.2MHz衛(wèi)星資源,其中,Ku波段有22.2MHz,采用亞洲5號衛(wèi)星;C波段有5MHz,采用亞太6號衛(wèi)星。

(2)衛(wèi)星主站平臺。水利部新一代寬帶衛(wèi)星通信主站平臺采用美國iDirect公司的產(chǎn)品,該系統(tǒng)代表了目前IP寬帶多媒體VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展的最新成就和最高水平。iDirect系統(tǒng)基于標準IP協(xié)議平臺,實現(xiàn)了IP技術與衛(wèi)星通信技術的深層融合。

(3)語音數(shù)據(jù)通信小站。語音與數(shù)據(jù)小站采用星形網(wǎng)的連接方式。按此配置組網(wǎng),即可實現(xiàn)水位、雨量、流量等各類水雨情數(shù)據(jù)傳輸,又可滿足語音通信和高速數(shù)據(jù)通信(如Internet接入)等業(yè)務需求。

(4)綜合業(yè)務小站。綜合業(yè)務小站與語音數(shù)據(jù)小站的區(qū)別是增加了視頻監(jiān)控功能,其他功能與結構基本一致,考慮到綜合業(yè)務小站有視頻傳輸業(yè)務或未來有視頻傳輸業(yè)務,通過鏈路計算,在1.2米天線的基礎下,功放需增大至4W。

為了保證傳輸較好圖像品質(zhì),根據(jù)圖像的分辨率,衛(wèi)星網(wǎng)絡提供通道傳輸速率384-1024Kbps。

(5)應急便攜站。應急便攜型衛(wèi)星小站用于流域范圍內(nèi)應急搶險機動通信,一旦流域內(nèi)出現(xiàn)險情,可以隨時調(diào)用到受災現(xiàn)場通過一跳的衛(wèi)星通信與后方指揮中心的語音、數(shù)據(jù)和視頻實時通信,用于搶險救災指揮調(diào)度。

新一代水利衛(wèi)星通信網(wǎng)建成后,有效解決了各流域水文報汛、應急搶險機動通信、工程視頻監(jiān)視、互聯(lián)網(wǎng)接入等綜合業(yè)務的需求,提高了流域防汛減災、水資源管理和水利工程管理等工作的現(xiàn)代化水平,扭轉(zhuǎn)了部分地區(qū)通信條件落后的狀況,增強了重點防洪區(qū)域的通信保障,對于整個水利防汛通信專網(wǎng)通信保證能力的提升具有重要意義。

2 衛(wèi)星定位

衛(wèi)星導航定位技術的發(fā)展始于六十年代。衛(wèi)星定位的工作原理實際上就是利用三個以上衛(wèi)星的已知空間位置交會出地面未知點(接收機)的位置。目前已開始運行的衛(wèi)星導航系統(tǒng)主要包括全球定位系統(tǒng)(GPS)、格洛納斯(GLONASS)、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)等。目前,衛(wèi)星導航定位在水利行業(yè)的應用主要有如下幾點:

(1)在工程測量中的應用。衛(wèi)星定位技術可用于進行水下地形測量。近幾年興起的GPS-RTK(Real Time Kinematic)技術可通過實時差分定位技術在野外實時得到厘米級定位精度。通過該技術并結合數(shù)字測深儀,可進行高效水下地形測量。在長江三峽水利樞紐右岸三期下游圍堰拆除工程中,就曾采用這一技術。

(2)在工程變形監(jiān)測中的應用。為保證水利工程安全運行,對其進行變形監(jiān)測和安全預報是非常必要的。國內(nèi)相關科研機構做了這方面的試驗,結果證明衛(wèi)星定位技術用于各種工程變形監(jiān)測是可行的,可以滿足毫米或亞毫米級的精度要求。如湖北隔河巖水電站大壩外觀變形GPS自動化監(jiān)測系統(tǒng)就是一個成功的典范。

(3)在水利通信與應急方面的應用。采用衛(wèi)星定位技術可以精確地定位險情發(fā)生的地點,輔助通信技術后能實現(xiàn)現(xiàn)場和指揮中心的聯(lián)動。

3 衛(wèi)星遙感

衛(wèi)星遙感是現(xiàn)代高性能,不受地域限制的空間信息獲取手段,在國民經(jīng)濟,社會發(fā)展中起到非常重要的作用。

自80年代以來,我國利用資源衛(wèi)星及其它航天、航空遙感方法,在洪澇、干旱災害的監(jiān)測與評估、水土流失調(diào)查與動態(tài)監(jiān)測、水利工程前期規(guī)劃、大型水庫工程的地質(zhì)調(diào)查、生態(tài)環(huán)境及水資源、水污染監(jiān)測與調(diào)查、干旱沙漠區(qū)的水資源調(diào)查以及有效灌溉面積調(diào)查等方面進行了大量的應用與研究,在國家資源環(huán)境調(diào)查和宏觀決策、水利工程建設、洪澇災情監(jiān)測和評估等方面發(fā)揮了重要作用。目前,衛(wèi)星遙感技術在水利行業(yè)主要有以下幾種應用。

(1)用于防汛抗旱。水利部每天接收NOAA、風云、MODIS等遙感數(shù)據(jù)用于日常防汛抗旱、水情氣象會商等。

(2)洪、澇災害遙感監(jiān)測與評估。利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對洪、澇災害、山體滑坡、堰塞湖等進行監(jiān)測,對災情進行損失評估,在防洪指揮決策和災情調(diào)查、處置中發(fā)揮重要作用。洪、澇災害是水利遙感技術應用的重點。水利部曾多次利用衛(wèi)星遙感技術,對我國發(fā)生的重大洪澇災害進行監(jiān)測。

(3)用于防洪工程管理。利用衛(wèi)星遙感技術對在建大型防洪工程進行工程實施進度監(jiān)測,有效掌握工程實施狀況。三峽大壩施工時曾利用衛(wèi)星遙感技術,對大壩建設工程進行階段監(jiān)測。另外,利用遙感技術可監(jiān)視大型防洪工程的運行狀況,如水域的變化狀況等。

(4)遙感監(jiān)測旱情。利用衛(wèi)星遙感技術大面積、快速獲取同一時期內(nèi)的地面降雨量和土壤前期含水量,再與氣象部門預報的降水量、蒸發(fā)量等相結合,利用適當?shù)乃挠嬎隳P?就能快速地計算出某一地區(qū)的產(chǎn)匯流和徑流量,也就可以實現(xiàn)洪水或旱情預測、預報和預警,對防災減災具有重要的作用。

篇9

關鍵詞:水土保持防治;3S技術;探討

有調(diào)查分析顯示,隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展,使得我國環(huán)境問題日益突出,水土流失與荒漠化越來越受到人們的關注。我國水土流失與荒漠化的特點是:類型復雜,范圍廣,人為因素為主,但到目前為止相關部門還沒找出一個令人滿意的解決方案。盡管近來在水土流失與荒漠化的動態(tài)預測、監(jiān)測以及防治規(guī)劃等方面已取得部分研究成果,但沒有形成一個可遵循的統(tǒng)一技術標準,難以為水土保持與荒漠化防治提供可靠的信息支持。因此迫切需要在標準化和規(guī)范化的基礎上應用一些高新技術來提高我國水土保持與荒漠化防治的效率。

1 3S技術的概述

隨著信息技術的高速發(fā)展,20世紀80年代以來,遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)技術得到快速發(fā)展并向一體化(3S一體化)和實用化方面邁進。RS技術為區(qū)域性、大范圍的環(huán)境調(diào)查和監(jiān)測提供了時間和空間上連續(xù)覆蓋的信息源;GIS技術為區(qū)域性空間數(shù)據(jù)的管理和分析提供了強有力的工具;GPS實時動態(tài)地提供精確的定位信息。3S技術在水土保持與荒漠化防治中的應用,使得建立全國水土流失動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡,全面監(jiān)測,快速調(diào)查和定期公告全國水土流失基本狀況,實現(xiàn)全國水土流失與荒漠化的信息化管理和科學決策成為可能。通過3S技術,我們可將不同空間范圍水土流失和荒漠化動態(tài)監(jiān)測的技術規(guī)程建立成一個數(shù)據(jù)庫,進而開發(fā)水土保持與荒漠化防治的評價模型,促進水土保持與荒漠化防治的信息化、現(xiàn)代化,建立水土保持與荒漠化防治信息系統(tǒng),從而推動水土保持與荒漠化防治事業(yè)健康、順暢發(fā)展。

2 GIS技術在水土保持與荒漠化防治中的應用

在20世紀中后期迅速發(fā)展起來的地理信息系統(tǒng),是將多學科交叉并用于地理學研究的新技術。該系統(tǒng)以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎,采用地理模型分析方法,適時提供多種空間的和動態(tài)的地理信息,是地理研究和地理決策服務的技術系統(tǒng),主要有以下幾方面的特點:①以地理研究和地理決策為目的,通過建立相應的地理模型,可以分析區(qū)域空間和進行動態(tài)預測,從而產(chǎn)生高層次的地理信息;②具有空間性和動態(tài)性,能夠采集、分析、管理和輸出多種地理空間信息;③由計算機系統(tǒng)支持進行空間地理數(shù)據(jù)管理,并由計算機程序模擬常規(guī)的或?qū)iT的地理分析方法,作用于空間數(shù)據(jù),產(chǎn)生有用的信息,完成人類難以完成的工作。由于地理信息系統(tǒng)有以上特點,從而能夠很方便地應用于水土保持與荒漠化防治中,如基礎資料收集與整理,運用地理信息系統(tǒng)專題圖數(shù)字化,模型的建立及地形因子提取,信息的復合與結果輸出。

3 RS技術在水土保持與荒漠化防治中的應用

3.1 進行水土流失與荒漠化的遙感調(diào)查

通過遙感技術對水土流失與荒漠化的情況進行全面調(diào)查,這樣既高效又簡單。在選擇衛(wèi)星相片時,一般要選擇同一時期,并且反差適中、影像清晰以及各項指標均能符合要求的相片。應用土地資源評價圖、土地類型圖等圖件,根據(jù)分類系統(tǒng),建立解譯標志,對衛(wèi)星像片進行解譯、分析,得出水土流失與荒漠化類型及程度,并結合實地調(diào)繪和樣點測試,勾繪成草圖,再經(jīng)檢驗校核,評價精度,修改整飾,標記完成水土流失或荒漠化現(xiàn)狀圖。

3.2 水土流失與荒漠化的遙感監(jiān)測

區(qū)別于遙感調(diào)查技術,搖感監(jiān)測是選取的是不同時期的遙感資料,并且采用多時相遙感影像復合技術。該技術包括多季相影像分類和多年代影像監(jiān)測,前者可以提高分類精度,后者只是監(jiān)測變化情況。多季相遙感影像復合分類技術中由于單時相普遍存在著同譜異物現(xiàn)象,植被及土地利用類型因物候期不同而產(chǎn)生一系列光譜變化,所以,選擇類內(nèi)綜合差最小,類內(nèi)綜合方差最大的兩個季相的影像組合作分類,這樣就可以減輕同譜異物現(xiàn)象,進而提高遙感自動分類的精度。然而,多年代影像復合監(jiān)測技術選用兩個年代的同季相影像作比較,使監(jiān)測更加清晰、明了。對于同一季相,穩(wěn)定地類光譜反射率是相差不大的,而變化地類的光譜反射差異明顯,在對影像數(shù)據(jù)做累加主成分分析變換后,變化地類與穩(wěn)定地類的特征往往集中表現(xiàn)在不同的主分量中,故選擇適應波段組合可鑒別變化類型。水土流失與荒漠化動態(tài)監(jiān)測中根據(jù)其光譜特性等對航片及衛(wèi)星像片進行解譯、分析,并結合野外校檢最終成圖。

4 GPS技術在水土保持與荒漠化防治中的應用

GPS系統(tǒng)是美國自20世紀70年代開始研制的衛(wèi)星導航和定位系統(tǒng),其具有以下特點:①功能多、精度高,可為各類用戶連續(xù)提供動態(tài)目標的三維航速、時間信息等;②全球地面連續(xù)覆蓋,該系統(tǒng)可以保證地面上任何地點、任何時刻最少可以接收四顆衛(wèi)星信號,最多可以接收十一顆衛(wèi)星信號,達到了全球全天候動態(tài)導航與定位的目的;③實時定位速度快,可在極短時間內(nèi)進行對移動目標的定位;④操作簡單,觀測簡便;⑤保密性強,抗干擾性能好;⑥觀測點間不需通視,大大減少了建立覘標的費用。

隨著GPS的優(yōu)點越來越明顯,在水土保持生態(tài)建設中的應用發(fā)展很快,部分重點項目已經(jīng)使用或正在使用該項技術。全國水土保持監(jiān)測方案中明確要求,在全國水土流失監(jiān)測中,尤其對地面監(jiān)測,要充分利用GPS全球定位技術,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速采集,甚至還可以進行對象屬性的實時分析。

4.1 應用于水土保持領域

GPS對水保工程的設計具有很大輔助作用,如完成圖班的跟蹤、樣點侵蝕量的調(diào)查及坡度量測、數(shù)字地面模型、淤地壩工程設計等:①通過GPS中的RTK技術,把一臺基站設在已知點,可以進行相關流動站跟蹤圖班測試,并可以制出精度較高的三維土地利用現(xiàn)狀圖;②利用GPS測出壩址處一系列地形特征點的坐標數(shù)據(jù),利用相關軟件編制成數(shù)字地面模型,再進行相關的后處理工作,進而求出各特征點的坐標。此法動化程度比較高,可提供多方案比較,便于技術人員今后對設計結果進行修與糾正。

4.2 應用于水土流失動態(tài)監(jiān)測

通過GPS技術,在衛(wèi)星遙感影像上找出明顯地物點,在已建立的控制網(wǎng)上進行外業(yè)觀測,并求出相關地物點的坐標,作為遙感影像幾何精度糾正的依據(jù),用于宏觀區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測;同時,可以根據(jù)航測成圖的要求,從中選取某些象征性的地物特征點,便于外行人的觀測,求出點的三維坐標,建立立體模型,采集有關數(shù)據(jù),通過計算機的后處理以求得更加精確的變化量,進而為重點區(qū)域的監(jiān)測工作提供可靠信息。

5 結束語

本文主要探究了3S技術在我國水土保持與荒漠化防治領域中的應用情況,并對實現(xiàn)全國水土流失與荒漠化的信息化管理和科學決策提出了相應的措施。同時,只有將3S技術有效運用到土流失與荒漠化動態(tài)監(jiān)測領域,并開發(fā)水土保持與荒漠化防治的相關評價模型,才能建立和健全我國水土保持與荒漠化防治信息系統(tǒng),進而促進該事業(yè)的健康、全面發(fā)展。

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篇10

關鍵詞:遙感;城市規(guī)劃;實效性

Abstract:With the help of application of remote sensing technology,the paper discusses the practical question about the disconnection between the result of design and effectiveness of monitoring in urban planning implementation.By monitoring and analysing the master plan of Tang Zhang Town,it evaluates reasons for the problem of master plan in the past three years and clarifies the fact that remote sensing technology will have a broad prospect in monitoringthe effctiveness of urban planning in the furture city.

Key words:remote sensing;urban planning;effectiveness

中圖分類號:C918文獻標識碼:A

文章編號:1674-4144(2011)-11-29(5)

引言

隨著經(jīng)濟全球化背景下我國城市化的加速發(fā)展、面對現(xiàn)實工作中紛繁復雜的城市發(fā)展需求,規(guī)劃工作者普遍面臨著規(guī)劃設計成果與實施效果監(jiān)測之間脫節(jié)的諸多困惑,感到規(guī)劃編制成果在一定階段的實效性監(jiān)測評價無從下手,現(xiàn)行的城市規(guī)劃編制、審批、監(jiān)測反饋體系仍存在空白處。而遙感技術的運用對城市規(guī)劃實效性的監(jiān)測評價未嘗不是一種有益的探索嘗試。

1城市規(guī)劃實效性監(jiān)測評價的意義

城市規(guī)劃實效性的有效監(jiān)測,是實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的必然途徑。西方諸多發(fā)達國家曾經(jīng)在城市發(fā)展過程中,因缺乏有效的監(jiān)控,而遭遇了種種問題,走了不少彎路,造成了不必要的浪費,以至于給城市的長期發(fā)展帶來了諸多不良影響。如今隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,我國正進入了從農(nóng)業(yè)化向工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化過度的嚴峻時期,各地城市規(guī)模需要不斷擴大,大批城市農(nóng)村涌現(xiàn)。伴隨著城鎮(zhèn)規(guī)模的不斷擴大,我國城市發(fā)展面臨嚴峻考驗,為了實現(xiàn)我國城市發(fā)展的良性循環(huán),使城市沿著正確、健康的方向發(fā)展,我們需要即時掌握城市發(fā)展動態(tài)。

當前,我國城市規(guī)劃領域的學者大都還停留在進行大量城市規(guī)劃研究,遵循對問題的現(xiàn)象描述、分析、隨后提出規(guī)劃方案的模式,但對已有規(guī)劃政策的實施后果卻很少做深入細致的分析和研究。而城市是一個復雜的綜合體,為了應對復雜多變的城市領域,城市規(guī)劃決策要有彈性和應變能力,它是一個決策、評價、反饋、調(diào)試、完善而循序漸進的過程。城市規(guī)劃的決策是建立在評估反饋的基礎上的,它一方面通過不斷地決策來解決問題,另一方面又通過不斷地執(zhí)行并適時反饋來修正所作決策。因此,我們需要一個有效地城市規(guī)劃動態(tài)監(jiān)測評價機制,遙感技術用于城市規(guī)劃動態(tài)監(jiān)測正好為城市規(guī)劃學者提供了一套研究城市發(fā)展動態(tài)和城市規(guī)模及變化趨勢的手段,對城市的可持續(xù)發(fā)展具有深遠的意義。

1.1監(jiān)測城市規(guī)劃實施過程中的質(zhì)與量,實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略

隨著我國城市建設進入前所未有的高速發(fā)展期,城市規(guī)劃實施質(zhì)與量的關系一直困擾著規(guī)劃管理部門,相反城市在建設過程中倒是出現(xiàn)了一系列問題,大量違規(guī)、違章建筑,占用了大量農(nóng)田,為了避免類似問題的發(fā)生,為城市發(fā)展創(chuàng)造良好的空間,實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,必須有一套快速有效的辦法,使得相關部門能夠?qū)崟r的掌握城市發(fā)展情況,在此背景下,我們以高分辨率遙感影像和城市規(guī)劃相關資料以及坐標控制資料為對象,運用遙感技術、GIS技術,來找出城市監(jiān)測的快速有效辦法,解決城市發(fā)展過程中的突出矛盾。

1.2監(jiān)測城市的規(guī)模與性質(zhì),確保城市規(guī)劃制定的科學性

規(guī)劃編制中經(jīng)反復論證確定的城市性質(zhì)、規(guī)模,在很多城市的實際運作中幾乎不起作用,很多城市的城市經(jīng)濟的發(fā)展和各類項目的選擇與建設并不按城市性質(zhì)來引導和控制,城市人口、用地規(guī)模更只是規(guī)劃期末的目標值或參考值。規(guī)劃實施過程中用地增長速度的快慢、規(guī)模的大小的監(jiān)測,對確保城市規(guī)劃的科學性具有深遠的意義。

1.3監(jiān)測城市用地布局是否合理,增加城市規(guī)劃操作的靈活性

城市用地總體布局是規(guī)劃制定過程中經(jīng)反復征求意見后確定的藍圖,規(guī)劃在市場經(jīng)濟多元投資體制和在行政力在建設行為中起決定作用的現(xiàn)行體制面前表現(xiàn)脆弱,規(guī)劃的靈活性不足,尤其是時過境遷后“藍圖”所定之位并非一定更合理。通過加強城市用地布局的合理監(jiān)測,確保了在城市發(fā)展建設中不會因用地性質(zhì)的規(guī)定過死、對大型公共服務設施的定位過細,影響了城市良性發(fā)展。

1.4監(jiān)測城市用地的集中與分散,保障城市土地利用的合理性

當前,我國的許多城市規(guī)劃尤其是中小城鎮(zhèn)規(guī)劃都提出分散工業(yè)要向城鎮(zhèn)集中,這在理論上符合國家的產(chǎn)業(yè)布局政策和城市規(guī)劃、土地利用規(guī)劃的基本原則,但在實際操作中與現(xiàn)行規(guī)劃標準和土地政策相矛盾?,F(xiàn)實中工業(yè)集聚度越高,矛盾越突出,城鎮(zhèn)用地規(guī)模與土地供給缺口就越大,造成城鎮(zhèn)用地“不平衡”問題。所以,通過監(jiān)測城市用地中各功能用地的集中與分散,促進城市土地利用更趨于合理。

2遙感技術在城市規(guī)劃動態(tài)監(jiān)測中的運用

當前,各個城市的遙感數(shù)字地圖由于城市的發(fā)展和各種社會經(jīng)濟因素的影響,處在不斷的變化之中。用遙感監(jiān)測的方法來更新中小比例尺的地形圖,信息直觀、效率高,通過對現(xiàn)行城市規(guī)劃動態(tài)監(jiān)測,會給城市規(guī)劃的良性發(fā)展提供更快更好的決策數(shù)據(jù)。本文以棠張鎮(zhèn)的遙感影像為實例研究對象,結合棠張鎮(zhèn)總體規(guī)劃(2007-2020)的近三年實施情況的動態(tài)監(jiān)測,探討遙感技術在城市規(guī)劃動態(tài)監(jiān)測中的運用。

2.1城市用地類型專題圖制作

城市土地利用是監(jiān)測城市規(guī)劃動態(tài)變化的主要途徑,根據(jù)選取遙感影像數(shù)據(jù)的可判讀性,通常對城市變化圖斑遙感解譯采用制作專題圖的方式來進行。即按照城市規(guī)劃行業(yè)標準首先將城市劃分為各種用地類型,然后再將每種類型用地中的變化信息分別提出,從而完成城市建設變化的分類工作。此過程可保證絕大部分變化圖斑分為相應的城市變化,與常規(guī)的遙感解譯城市用地變化的方法相比,工作效率有了較大的提高。

而城市用地則按土地使用主要性質(zhì)進行劃分和歸類,參考《城市用地分類與規(guī)劃建設用地標準》(GBJ 137-90),結合《江蘇省城市規(guī)劃管理技術規(guī)定(2004年版)》,將城市土地劃分10大類〔居住用地、公共設施用地、市政公用設施用地、對外交通用地、道路廣場用地、工業(yè)用地、倉儲用地、特殊用地、綠地、水域及其他用地)。

Autodesk公司從AutoCAD2004開始支持海量數(shù)據(jù)的存取,這里正是采用了AutoCAD的強大矢量功能對正攝糾正后的影像數(shù)據(jù)按照城市用地分類辦法進行分類矢量化,并以不同色塊返回邊界填充來區(qū)分各類用地(根據(jù)需要可規(guī)定分類規(guī)則及類別數(shù)量),分類后轉(zhuǎn)化成柵格數(shù)據(jù),并賦予各類灰度值,色差最小值為20,各類灰度值與后來分類建模時的灰度值保持一致,滿足將來疊加分類的需要。這里我們通過對棠張鎮(zhèn)2007年建成區(qū)遙感影像進行解譯分類(分類結果見圖1,表1)。

2.2變化圖斑用于城市地形圖的更新

基于棠張鎮(zhèn)的遙感影像,通過在DOM制作上進行了嚴格的質(zhì)量控制,經(jīng)過對圖面精度抽樣分析,發(fā)現(xiàn)提取的變化圖斑精度完全能夠達到1:5萬地形圖的精度標準,而且現(xiàn)在的城市規(guī)劃動態(tài)監(jiān)測都是對城市各個時期的連續(xù)監(jiān)測,這樣,下一期監(jiān)測就能夠剔除上一期監(jiān)測的偽圖斑,從而使監(jiān)測變化真實的反應城市建設過程中的變化,然后經(jīng)過分類分層變化和屬性賦值,來更新城市圖形數(shù)據(jù)庫。

在棠張鎮(zhèn)的遙感圖像文件處理上,主要是運用遙感軟件或GIS軟件如Erdas的矢量實用工具模塊的Vertor To Raster工具,將地理信息數(shù)據(jù)庫中相應的待更新的建筑物矢量做柵格化處理,生成與提取的建筑物成果分辨率相同的圖像。

利用絕大多數(shù)建筑物所共有的一些幾何特性,例如正交性、平行性以及對稱性等,可以將獲取的建筑物輪廓進行規(guī)格化處理,最終生成標準化的建筑物影像數(shù)據(jù)。將待更新建筑物數(shù)據(jù)生成的影像數(shù)據(jù)與提取的建筑物影像做相減運算,再做歸一化處理,即將沒有變化的區(qū)域賦以255,255,255的灰度值;將新增加的建筑物賦以255,0,0的灰度值;將拆除了的建筑物賦以0,0,255的灰度值,即可得到變化模板影像(圖2為本次采用的棠張鎮(zhèn)局部影像獲取的變化模板影像)。從變化模板影像中提取已拆除建筑物的模板,將待更新的建筑物矢里與之套合,可以清楚地發(fā)現(xiàn)變化了的建筑物矢量。通過人機交互編輯矢量數(shù)據(jù),可以實現(xiàn)對城市建設用地矢量的更新。

從變化模板影像中提取新建建筑物的模板,通過與更新采用的現(xiàn)勢性很強的遙感影像對比分析,通過人機交互,可以分離出新建建筑物的影像數(shù)據(jù)。將該影像數(shù)據(jù)直接矢量化,導人存待更新的建筑物矢量,即可實現(xiàn)對新增建筑物矢量的更新。分別為通過人機交互提取出的新建建筑物以及更新后的建筑物矢量數(shù)據(jù)。從而使遙感監(jiān)測變化真實的反應城市建設過程中的變化。

3基于遙感技術的城市規(guī)劃實效性監(jiān)測評價

為了達到城市規(guī)劃動態(tài)監(jiān)測變化信息提取的自動化、快速化,本文對不同時期的棠張鎮(zhèn)建筑物輪廓進行自動提取,主要包括兩個方面,一是對于數(shù)字正攝影像的制作過程及質(zhì)量控制做了詳細的闡述,加上大量試驗驗證,得出了遙感影像處理的規(guī)律和相應算法;另外對于城市規(guī)劃建成區(qū)內(nèi)的建筑物輪廓進行了計算機自動提取,并做了大量實驗,得出了一套切實可行的城市規(guī)劃動態(tài)監(jiān)測的方法,為將來的批量數(shù)據(jù)處理和變化信息獲取提供了技術支持。通過以上監(jiān)測方法,筆者對三年來棠張總體規(guī)劃的實施效果得出以下評價:

3.1“均衡發(fā)展”下的“力量分散”

規(guī)劃實施中鎮(zhèn)區(qū)建設受現(xiàn)狀掣肘較大,雖然在總體規(guī)劃實施時有一定的側(cè)重,但是更多的是考慮鎮(zhèn)域范圍幾個主要空間單元的相對均衡發(fā)展,從而構筑了一個“三足鼎立”式的鎮(zhèn)域片區(qū)結構,而老鎮(zhèn)區(qū)、河西、北部工業(yè)三個片區(qū)功能上均較為綜合,缺乏必要的組合與統(tǒng)籌。這使得原本規(guī)模不大、集聚效應相對偏弱的棠張鎮(zhèn),無法快速通過集聚效應形成鎮(zhèn)域的核心發(fā)展空間,“平衡均攤”的發(fā)展模式是導致近年來棠張鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)發(fā)展速度較為緩慢的根本原因。

3.2“內(nèi)生動力”下的“相對封閉”

在規(guī)劃的實施過程中,對區(qū)域發(fā)展趨勢關注較少,尤其是忽略了徐州新市區(qū)快速外拓對棠張鎮(zhèn)區(qū)可能形成的巨大影響,從而在城鎮(zhèn)發(fā)展戰(zhàn)略、城鎮(zhèn)性質(zhì)、城鎮(zhèn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及城鎮(zhèn)性質(zhì)導引方面,基本局限在棠張鎮(zhèn)域和銅山縣這兩個空間范疇內(nèi),即強調(diào)的是城鎮(zhèn)的“內(nèi)生動力”,而并未將棠張鎮(zhèn)放在更大的區(qū)域范圍加以整體思考。正是因為過于強調(diào)“城鎮(zhèn)內(nèi)生動力”,使得整個鎮(zhèn)域和鎮(zhèn)區(qū)的規(guī)劃布局顯得相對封閉和自成體系,城鎮(zhèn)空間發(fā)展體系缺乏足夠的外部適應性和抵抗擾動的能力,無法適應當前區(qū)域城鎮(zhèn)化以及區(qū)域產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整所帶來的外部環(huán)境變動,在一定程度上束縛了棠張鎮(zhèn)的跨越式發(fā)展。

3.3“趨勢外推”下的“墨守成規(guī)”

由于規(guī)劃編制者過于立足城鎮(zhèn)自身的視角,在規(guī)劃預期目標設定過程中強調(diào)的是“趨勢外推式”的推理演繹思維,即過多的表現(xiàn)為“局內(nèi)人”的特征,缺乏“局外人”的廣闊視野。這尤其表現(xiàn)在城鎮(zhèn)規(guī)模預測和區(qū)域交通框架等方面,如完全靠自身積累的規(guī)模規(guī)劃預測結果顯然忽視了更占據(jù)主導地位的外部要素注入,而在區(qū)域交通框架方面,對于區(qū)域交通銜接和改善優(yōu)化也缺乏足夠的遠景設想。這導致了棠張鎮(zhèn)近幾年的發(fā)展特征:“修補、填充”多于“伸展、開拓”,顯得過于“墨守成規(guī)”。

3.4“鎮(zhèn)區(qū)范疇”下的“全域缺失”

從整個規(guī)劃成果來看,上版總體規(guī)劃和傳統(tǒng)城鎮(zhèn)總體規(guī)劃類似,即“關注鎮(zhèn)區(qū)”多于“關注鎮(zhèn)域”,在簡單構筑鎮(zhèn)村體系結構之后直接對鎮(zhèn)區(qū)范圍內(nèi)用地進行規(guī)劃布局。這對于一般城鎮(zhèn)來說無可厚非,但對于鄰近強勢區(qū)域增長極的大城市邊緣區(qū)城鎮(zhèn)來說,相對狹小的鎮(zhèn)區(qū)空間并非未來城鎮(zhèn)化發(fā)展必然和唯一的重點,其受大城市影響的區(qū)域具有更多的空間不確定性和跳躍性。這從最近棠張鎮(zhèn)相關領導部門提出“六大平臺”的發(fā)展戰(zhàn)略中可以看出一些端倪,即棠張鎮(zhèn)的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程必然是一種“全域化”模式,而不是僅僅以鎮(zhèn)區(qū)為唯一主體的。

3.5“經(jīng)濟思維”下的“品質(zhì)遺落”

上版總體規(guī)劃以推進工業(yè)化和打造商貿(mào)流通中心為重點,將城鎮(zhèn)簡單的看做“經(jīng)濟發(fā)展的容器”,在城鎮(zhèn)化中前期階段,這種發(fā)展思路往往在城鎮(zhèn)開發(fā)建設過程中具有一定的指導作用,但隨著區(qū)域競爭的日趨白熱化以及“宜居、高效、生態(tài)”等城鎮(zhèn)發(fā)展主流模式的盛行,簡單的通過外在經(jīng)濟要素集聚而忽視“城鎮(zhèn)核心品質(zhì)”塑造,必然會使得城鎮(zhèn)發(fā)展的后勁無以為繼,在區(qū)域競爭中失去先機。

4展望

通過研究遙感技術在棠張鎮(zhèn)總體規(guī)劃動態(tài)監(jiān)測中的應用,采用地理模型分析方法,適時提供棠張鎮(zhèn)多種空間和動態(tài)的遙感信息,將RS和GIS相結合的技術應用于棠張總體規(guī)劃實施監(jiān)測中,擺脫了在過去規(guī)劃過程中常見的弊端,如信息收集不到位,許多重要信息的不可及性等,為總體規(guī)劃實施和及時調(diào)整提供科學準確的基礎數(shù)據(jù)與專題分析,從而得出更有說服力的規(guī)劃方案。RS和GIS的結合將實現(xiàn)各種精度的城市土地利用信息的實時動態(tài)獲取,從而實現(xiàn)總體規(guī)劃的動態(tài)性,針對棠張鎮(zhèn)總體規(guī)劃實施三年來存在的問題進行剖析。

對于這種信息技術在城市規(guī)劃實施動態(tài)監(jiān)測分析中的應用,我們可以獲取一般分析方法所沒有的數(shù)據(jù)綜合、模擬與分析評價能力,可以得到常規(guī)方法或普通信息系統(tǒng)難以得到的重要信息,實現(xiàn)城市空間過程演化的模擬和預測。因此,遙感技術的應用應該貫穿整個城市規(guī)劃實施監(jiān)測過程,其應用前景將是廣闊的。

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