3S 技術在城市規劃中的應用——以汶川映秀震區重建為例

鄔莉莎，楊武年，李 麗，李旭嬌

3S 技術在城市規劃中的應用
——以汶川映秀震區重建為例

鄔莉莎，楊武年，李 麗，李旭嬌

3S(RS，GIS和GPS)集成技術為城市規劃提供了有力工具，3S不僅可高精度快速、實時地采集各種地質信息，而且能夠利用GIS強大的空間數據綜合分析功能，將各種信息進行疊加、對比、綜合與復合，從而為城市規劃提供更豐富的圖件等資料。這是以汶川、映秀震區重建為例，應用2008年、2009年和2010年該區的航空遙感影像圖進行城鎮規劃、土地利用現狀等信息提取，并建立相關數據庫，利用GIS軟件對研究區生態環境進行綜合評價分析，進而探討3S技術在城鎮規劃、建設中的應用。

城市規劃;地理信息系統(GIS);全球定位系統(GPS);遙感技術(RS);汶川震區

0 前言

當今，隨著中國經濟的飛速發展，國家城市化的進程也在日新月異的變化。而一個城市的發展，其關鍵之處在于城市的規劃和管理。計算機等各行各業的發展，使得城市規劃(對城市的未來發展和總體規劃、合理布局城市的各項建設的綜合應用行業)也從紙質地圖分析和到現場的勘察、獲取數據，轉變為使用3S技術進行城市規劃的現狀調查、動態監測、空間分析、規劃管理等各類問題。

在二十一世紀，隨著城市規模的不斷擴大，人們越來越注重城市化的發展，在可持續化發展的政策前提下，如何合理科學地開發資源、如何有效地保護城市的生態環境，如何規劃工業和居住的區域，如何監測城市的交通，如何管理城市的農地等等一系列的問題，都成為人們討論和關注的熱點。3S技術的出現，能夠合理的解決上述的問題，提高規劃管理工作的效率。

1 3S技術的集成與城市規劃

自1998年1月31日美國副總統戈爾在“數字地球:認識二十一世紀我們這顆星球”的演講中提出“數字地球”這一概念之后［1］，“數字城市”作為城市發展的一個新的方向，已經成為了加快城市化發展的“加速器”［2］。3S技術作為建立“數字城市”的三大支撐技術，各有其特點，但在單獨使用時卻難免有其局限性:

(1)GPS可瞬間定位，但卻不能表達地理屬性。

(2)遙感技術可快速獲取信息，但信息的處理、分析必須結合其它技術。

(3)GIS具有較好的檢索、分析、結合處理能力，但數據來源和錄入始終是難題。

而3S集成技術，是將這三種對地觀測新技術有機地結合在一起，即在線的連接、實時的處理和系統的整體性［3］。

1.1 城市地形圖的更新

城市規劃的所有問題，幾乎都是在城市地形圖基礎上完成的。過去，城市基本地形圖繪制和更新過程相當繁瑣和費時，需要投入大量的人力和物力對現場進行勘察，再返回信息編制。中間過程極易出現人工誤差，也有很多環境要素可能被忽略。孕育而生的4D產品——DLG(數字線劃地圖)、DEM(數字高程模型)、DRG(數字柵格地圖)、DOM(數字正射影圖)則解決了上述的問題，將傳統的地圖轉變為數字化地圖，具有更新速度快、信息量豐富等特點。

1.2 土地利用現狀調查

在城市規劃中，土地利用現狀調查占有較大比重。土地利用現狀調查的流程是建立在城市土地利用現狀圖數字化信息圖層之上的。城市土地利用現狀圖數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，收集研究區的高分辨率航空遙感影像圖，參照“城市規劃”中土地分類標準，采用人工判讀解譯，同時結合各種地形、地物名稱、形態等，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、服務業、工業、倉儲等不同的土地利用類型，并建立城市土地利用現狀數據庫［4］。利用RS技術快速采集到數據，將其錄入GIS系統，在海量儲存的同時，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，彌補了CAD等繪圖工具的單一性。

1.3 城市綜合環境評價分析

自然因素、社會因素、人文因素在城市環境變化因素中占的分量日益加重。由于環境系統的復雜性，在時間、空間、性質和數量上又帶有不確定性和隨機過程的特點，同時還是動態的、呈周期性變化的開放系統，因此，要建立起能全面、準確和動態地描述這樣復雜系統的模型，還需要多種類的技術支撐［5］。將GIS與環境領域模型相結合，可以使這個復雜的問題變的相對簡單容易。GIS和環境模型相互補充，并且成為一種有效的工具，不僅可以管理大量的數據，還可以根據實際情況改變環境參數，以達到最好的模擬效果［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，能夠極大地節省出行時間，也將事故的幾率盡可能地降低。將GPS技術和GIS技術結合在一起，構成城市交通監管與分析系統，可以進行城市交通路況動態監測，建模和分析，最佳路徑的選擇和道路的規劃等決策。

一般地，城市道路設施與交通設施、照明設施、綠化設施等，以及埋在道路下的上水、下水、熱力、煤氣燈管網系統有密切的關系，因此，城市道路管理涉及到多個部門［8］。用GIS建立的系統，能夠快速及時地協調好多個部門，審批手續等也能方便有效的辦理。

1.5 城鄉規劃管理

3S技術將地理數據和規劃數據更有效地結合起來，這不僅是將其數據單一的反映在規劃圖紙上，更是對規劃起編制、規劃和決策的作用。在上報審批階段，規劃人員可以很容易從GIS庫中調出上報單位的各種信息和資料，通過以后的審批階段，還可以從GIS庫中調出更多關于項目的資料和相關的情況，以便參考。這種以GIS為核心技術的集成方法，已經在城市規劃中廣泛應用［9］。

1.6 執法監督

3S技術的集成還促進了土地利用動態監測和規劃執法檢查，可以利用遙感衛星數據與歷史數據進行復合分析，主動發現土地利用的變化靶區，用差分GPS技術精確測量土地利用的變化數據，再根據現場勘察資料，利用GIS技術進行準確詳查，增加了監測的主動性、及時性和客觀性。

2 3S技術在汶川、映秀震區重建中的應用

城市規劃包括非常多的方面，本次研究的內容只單為城市規劃中房屋重建這一方面。

四川映秀，位于四川汶川縣城南部。映秀鎮的總面積為115.12km2，人口近10000人。2008年汶川發生特大地震，其中映秀是受災最嚴重的地區之一，全鎮大部份房屋倒塌，山體滑坡嚴重。震后，國家投入大量的人力物力進行災后重建，這兩年，映秀也發生了翻天覆地的變化，從震后基本無完好的房屋到現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年的遙感圖像為災后不久的時間航拍，圖中房屋幾乎全部倒塌，沒有太多參考價值，故舍棄，作者在本文中只分析2009年和2010年兩張圖片。在Arc-GIS的平臺上，對圖像進行處理，在監督分類的基礎上，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，此時供居民臨時居住的簡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，此地的簡易板房的數量急劇減少，而新建的房屋數量大量增長，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的分析平臺上，作者得到表1。

從表1中可以看出，2009年簡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，對圖3中2010年的簡易房進行進一步的拆除，在未修建房屋的土地上繼續修建安置房。在圖3的基礎上，根據城市規劃管理的目的的不同，加入了實地采集到的GPS數據，對新建房屋周圍進行緩沖分析等的各類分析。

3 結論

使用3S技術，在Arcgis平臺操作的基礎上，利用遙感航空影像對汶川映秀震區進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。由于遙感航空圖片精度有限，此方法目前只適用于制定目標和框架，得出大概的結論，其數據不是特別精確，要進行進一步的緩沖分析等還需要實地考察。隨著科技的進步和城市規劃的需求，采集的數據會越來越精確，也使我們看到城市規劃更加廣闊的發展前景。3S技術的發展必將帶領城市規劃走向一個新的高度。

表1 2009年～2010年簡易房、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年兩年對比圖Fig． 3 Comparison chart of two years from 2009 to 2010

［1］ 徐冠華，孫樞，陳運泰，等.迎接“數字地球“的挑戰［J］.遙感學報，1992(2):85.

［2］ 王要武，郭紅領，楊洪濤.我國數字城市建設的現狀和發展對策［J］.公共管理學報，2004，1(2):58.

［3］ 范文兵.“3S”技術在城市規劃及建設中的應用［J］.安徽建筑，2006(1):16.

［4］ 呂磊.基于RS/GIS的城市土地利用現狀調查.山西建筑，2009，35(13):60.

［5］ 陸雍森.環境評價［M］.上海:同濟大學出版社，1990.

［6］ FEDRA K． GIS and environmental modeling． In: Goodchild，M． ，Parks，B． ，Steyaert，L． EnvironmentalModeling with GIS［M］． Oxford University Press，NewYork， 1993．

［7］ MATEJICEK L，ENGST P，JAN OUR Z． A GIS-basedapproach to spatio-temporal analysis Of environmentalpollution in urban areas: A case study of Prague's environmentextended By LIDAR data［J］，Ecological Modeling，2006: 261．

［8］ 馬智亮，姚俊淦，江見鯨.基于網絡GIS的城市道路信息化管理系統的建模研究［J］.計算機工程，2001，27(13):6.

［9］ 徐振華，韋松林，張燕妮，等.3S技術的發展趨勢及其在城市規劃中的應用前景［J］.科技情報開發與經濟，2005，15(12):139.

(成都理工大學 地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室/遙感與GIS研究所，成都 610059)

P208

A

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技術與數字國土。