遙感技術與城鄉規劃的融合實踐研究

關鍵詞： 遙感技術 城鄉規劃 基站建設 衛星定位

城鄉規劃多納入公共政策范圍，在現代社會應用廣泛，對區域建設和發展具有突出影響，這就需要提升城鄉規劃工作的科學性，遙感技術在此背景下得到關注和運用?！吨腥A人民共和國城鄉規劃法》明確提出應加強技術運用，提升城鄉規劃工作的質量、效率[1]。各地在遵守相關法律法規的同時，也在積極尋求提升工作成效，因此遙感技術的運用比較廣泛。為進一步發揮技術優勢、推動遙感技術與城鄉規劃的融合實踐，有必要就二者融合實踐的思路、方法等進行研究。

1 遙感技術與城鄉規劃概述

1.1 遙感技術

遙感技術（Remote Sensing Technique，RS）出現于20 世紀60 年代，是英文“遠距離感知技術”的簡稱。此技術主要強調利用電磁波原則，根據目標對象對光譜吸收情況的差異，了解反饋的光譜信息，據此評估目標的特點，并形成影像。由于不同物質在相同光譜下的成像各有差異，相同物質在不同時間范圍內的成像情況也有不同，遙感技術往往可獲取較客觀、精準的遠程圖像，廣泛用于土地規劃、地理測繪等工作[2]。

1.2 城鄉規劃

城鄉規劃是一種公共管理活動，包括城鎮體系規劃、城市規劃、鎮規劃、鄉規劃和村莊規劃等部分，其核心目的是借助科學統籌、全程管理、有效跟蹤，為區域內的社會建設工作提供有效指導，促進區域經濟建設，提升土地使用的合理性，并優化空間布局、提升區域宜居性等[3]。

2 遙感技術與城鄉規劃的融合實踐

2.1 融合實踐思路和基本流程

遙感技術與城鄉規劃的融合實踐，思路上強調多技術聯用，搭建基于城鄉規劃需要的工作系統，包括基站、數據處理中心等，關鍵點在于數據的傳輸、處理和模型建設。輔助技術包括可視化技術、有線通信技術、三維建模技術等。

在一般性的城鄉規劃工作中，以航拍飛機作為執行單元，搭載工作設備（即遙感光譜探測設備），對既定范圍內的各類目標進行信息收集，之后借助實時通信，與地面站、衛星系統進行交互，確定定位精準、數據傳輸實時準確。由地面基站進行位置校正，各類信息則進入數據處理中心，由工作人員借助信息快速進行模型建設，形成三維或二維圖像。為保證準確性可反復進行多次探測，生成最終的工作圖，通常一輪信息收集的時間在16 h 以內[4]。

2.2 融合實踐方法

2.2.1 基站建設

各地城鄉規劃工作一般是持續開展的，遙感技術的運用也會持續多年，這就需要提供足以持續輔助遙感技術與城鄉規劃融合實踐的基礎設備，其中又以基站的作用最為突出，所有基站的建設均是永久性的，因此在選址上需要考慮遠離電磁干擾，便于與衛星和數據處理中心進行交互，基站不能在金屬礦山、架空線路以及輸電設備附近。原則上選取地勢較高、較空曠的地位為宜。基站的數目一般為6～8 座，如果區域地形特殊、規劃要求較低，也可建設4～5 座基站，各基站在空間距離上應比較均衡，理論上不宜少于5 km。完成基站建設后應進行通信能力測試，確保數據傳輸質量可靠、效率理想[5]。

2.2.2 衛星通信

遙感技術對衛星通信活動的依賴性較高，通常需要6～12 顆衛星對地面工作進行定位，以保證數據收集、處理的精準性。但各地進行城鄉規劃、應用遙感技術時，無需獨立進行衛星作業的安排，各工作中的通信衛星即可提供定位服務。地面部分的管理要點在建設天線陣，以完成衛星信息的接收，原則上每一個地面基站均應設置獨立的天線陣，每一個天線陣包括若干陣元，可建設天線標校設施進行輔助，確保所有陣元（即接收天線）的仰角得到5°以上，提升單個基站的接收范圍[6]。

2.2.3 地面通信

地面部分的通信工作包括無線模式和有線模式兩種，大部分基站和基站之間的通信為無線形式，基站與人員的通信也采用無線形式，由于基站建設本身遠離干擾源，無線通信也能保障證通信質量，且提升了工作（尤其是基站和人員）的靈活性。其他通信作業需要采用有線模式，包括數據處理中心、計算機之間的一般交互等，以保證傳輸效率和質量為基本著眼點。在建設地面工作設施時，可預先做出規劃，通信技術目前已經比較成熟，給予有效規劃以保證建設效果。執行終端內部通信也均采用有線模式，如無人機內信息收集設備和數據處理結構的通信等。無人機與通信基站之間的交互，采用無線模式，但與其他通信活動選取不同的頻段，以控制互擾問題[7]。

2.2.4 數據處理

數據處理包括兩個部分，一是交互和數字化轉化，二是建模。由無人機等執行終端、衛星等定位結構、通信基站等工作結構，負責遙感所獲信息的基礎性處理，無人機所獲的數據和衛星定位信息同步傳輸給通信基站，基站進行數據的簡單加工后，對其進行必要加強，再將信息提供給數據處理中心。數據處理中心對信息進行數字化轉化，使其變為可以直接讀取的數字化信息，由人員對該類信息進行精加工，生成基于數據的遙感信息三維模型、二維圖像。為實現上述功能，要求在地面進行通信建設、基礎設施建設，并利用集成技術使各部分工作能夠納入統一的管理系統內[8]。如果規劃活動要求較高，可能需要對相同區域進行多次信息收集，歷次收集的信息在處理方式上是相同的，但需要單獨進行處理，以求最大化保證信息的準確性。

2.2.5 數據存儲和復用

完成數據收集、處理后，需要進行存儲，以便進一步處理和后續的使用。原則上所有信息均應分別建庫保存，如耕地、河流、地下管線等。可根據所獲信息類別的差異進行建庫，也可根據日期等信息設定建設標準，信息的處理方法必須是前后統一的。建庫保存后的信息需要明確編碼，以信息類別、時間等具有特異性的信息作為標識。信息的復用不做強制要求，一般應建立對應的訪問權限管理機制，擁有訪問權限的人員可進入信息庫調取、查看遙感技術下的各類信息，用于城鄉規劃或其他工作。

2.3 遙感技術與城鄉規劃融合實踐優勢

遙感技術與城鄉規劃融合實踐的優勢集中于3 個方面，分別是效率高、成本低、適用性較強。

2.3.1 效率方面

默認通信衛星高度為900 km，執行終端（無人機）的飛行高度為10 km，單次作業可以獲取2.5 萬～3.0 萬km2內的常規信息，全球范圍內的信息收集可在15～18 d 之內完成，較此前的地理信息收集、測繪等工作優勢十分明顯，效率很高。區域級的規劃活動也可在此模式下受益，以較短時間完成目標地區的城鄉規劃信息收集、建模等工作。

2.3.2 成本方面

遙感技術應用于城鄉規劃，本身并不是降低作業成本，大量現代技術的運用反而會使單次工作的成本提高，但由于通信衛星、地面基站以及數據庫建設等工作，均可持續為當地及其他地區的城鄉規劃，以及地理信息收集、水文氣象管理等工作提供幫助，技術應用的社會效益很高，使單次作業的成本均攤到后續各類管理活動中，反而可以得到控制，具有長期層面的積極價值。此外，由于遙感技術與城鄉規劃融合實踐活動大大提升了工作效率，時間成本、人力成本也相對較低。

2.3.3 適用性方面

各地城鄉規劃工作帶有一定的相似性，一套衛星定位系統往往可以廣泛為全國各地的規劃工作提供定位服務，保證了遙感技術能夠在各地的城鄉規劃中得到廣泛應用。進一步分析發現，農業、林業、地質、地理、水文、氣象、測繪、環境保護等與城鄉規劃相關的工作，均已經不同程度地應用了遙感技術，也是其適用性較廣泛的一個證明，為遙感技術與城鄉規劃融合實踐提供了更多的思路。

3 遙感技術與城鄉規劃融合實踐案例

3.1 案例概況

2020 年，遼寧省BX 市組織規劃，擬進行道路建設，包括市內段1.9 km 和市外段35.6 km，總工期12 個月，投資6.6 億元。因工作范圍較大，且工作區域內存在農田、山地、河流等復雜環境，常規的測量分析工作難以完成如此體量數據的收集、處理，當地決定借助遙感技術提供輔助。遙感技術的運用在當地已有先例，因此在原有工作的基礎上得以快速建立工作系統，經過2 次共14 h 的信息收集、處理，較為有效地獲取了工作數據，并根據相關信息建立了22 個三維模型、156 個二維圖像以及若干文字資料。2021 年11 月，工程如期完成，以早期遙感技術提供的信息為基礎，規劃工作進行順利，誤差控制、技術選用合理得當。

3.2 融合實踐過程

遼寧省BX 市的道路建設工作，可視作遙感技術與城鄉規劃的融合的具體實踐，其實踐經驗值得參考和學習。具體包括如下4 個部分：一是保證基礎性工作高效有序地開展；二是對現有資料和資源的利用；三是選取得當的輔助技術；四是強調重點信息的選取和處理。

基礎性工作主要包括數據中心建設、計算機配置、通信線路埋設和架設等，這一類工作是在規劃決定做出后草擬、推行的。由市政管理部門、土地管理局等關聯主體共同商定工作方法，并組織管理和實施。此部分工作共進行了46 d，直接負責人為當地某通信公司。數據處理中心配置了7 臺計算機，虛擬內存默認均為16 GB，考慮到大量數據同步處理的需要，所有計算機的磁盤空間均不少于1 TB，用于數據備份的計算機，磁盤空間為2 TB，該計算機不參與常規數據處理。所有計算機均可相對獨立的完成數據處理工作，但借助中央計算機集中管理，以快速進行大量計算工作。通信線路均選用截面積16 mm2的銅芯導線，在通信基站附近區域做架設處理，與地面高度最低為3.08 m，其余位置線路一律埋入地下，深度達120 cm。人員所持通信設備不做硬性要求，但要求必須能夠實時投入使用，以人員自備的移動電話為主。

現有資料、資源主要來自當地管理部門，包括此前勘測獲取的土地資源資料與服務通信活動的基站5處。由于工程建設牽涉的范圍較大，當地決定再建設一處地面通信基站，現有的5 座基站位置分布較為得當，新基站則位于城郊邊緣，距離其他基站最短距離5.3 km，6 座基站的平均距離6.1 km，滿足使用需要。在投入使用前，另外對基站性能和配置情況進行檢查，確定無配件老化情況、無通信異常情況，且所有基站均遠離電磁干擾源、通信源。衛星系統無需進行建設，以當地氣象衛星提供定位方面的輔助。

輔助技術包括CAN 現場總線技術、PLC 邏輯控制技術、嵌入技術、數字可視化技術等，這些技術主要為系統工作提供輔助。PLC 邏輯控制技術應用于數據處理中心，配置在中央計算機處，用于其系統各電子化部分的管理。嵌入技術也應用于數據處理中心，強調通過嵌入式設備提升系統綜合作業能力，包括外接存儲器等。數字可視化技術用于移動終端、數據管理中心，對實時收集獲取的信息進行數字化轉化，并使其通過設備得到直觀呈現，幫助人們了解規劃范圍內的一些特殊情況，如山體、河流等。CAN 總線技術應用于數據處理中心，主要強調借助可擴展的通信線路集成管理系統，使多個智能終端、移動終端能夠同步實現信息傳遞，并在極小的時間差內完成信息的異步處理，其著眼點在于改善系統的信息交互質量。

重點信息的選取和處理，主要包括作業參數、建模工作等部分。作業參數方面涉及可見光遙感、紅外遙感、多譜段遙感、紫外遙感、微波遙感，各設定工作波長具體值域，具體情況如表1 所示。

在工作過程中，除多譜段遙感外，其他區域的遙感參數均按照預設標準酌情確定。對于遙感技術收回的信息，嚴格遵照獨立存儲、獨立計算的方式，對不同時間收獲的數據，單獨進行統計、加工、處理并組織建模。由于BX 市此次道路工程建設牽涉到復雜的環境管理需要，共進行了3 次反復探測，生成了3 份不同資料，分別放置于不同的子系統下，并進行分析處理，最后采用迭代分析的方式確定模型，作為建設工作的具體指導。

2021 年11 月，BX 市道路建設工作完成。對建設過程、結果進行分析，可發現借助遙感技術與城鄉規劃的融合實踐，有效提升了工作質量，一方面為規劃工作提供了高質量的客觀參考，另一方面也能在整個工程的施工全周期持續進行數據的調取、復用，隨時調整工作計劃，保證工程建設符合實際需要。

4 遙感技術與城鄉規劃的融合實踐前景展望

4.1 當前不足

遙感技術與城鄉規劃的融合實踐主要不足包括兩個方面：一是單次作業成本過高，二是遙感技術當前更多關注地表情況，對其他區域的感知能力依然較差。

4.2 未來發展趨勢

未來工作中，可采用區域規劃集中進行模式，由上一級部門組織，集中對某一個地區的山地、河流、水文等情況進行統計，生成較為完備的信息資料，用于后續管理和使用，從而減少單次規劃工作中遙感技術的運用支出。此模式并不強調強制運用，很多地區已經擁有完備的數據資源庫，仍可在具體工作中根據實際需要運用遙感技術，如建筑大面積拆遷、河流改道測繪等。針對遙感技術不能深入了解區域地下情況的問題，目前尚無有效的改進策略，各類紅外、可見光光譜信息收集均有其局限性，嘗試了解地下部分情況，更多依賴其他感知技術，設法實現不同感知技術的融合，有可能推動遙感技術與城鄉規劃融合實踐的優化，用于地下勘測等工作。

5 結語

綜上所述，遙感技術與城鄉規劃的融合實踐具有突出價值，能夠服務城鄉規劃管理工作，提升管理效率。思路上強調多技術的聯用，方法上則強調以早期規劃支持中期運作、后期運維，對資金和技術的要求均較高。結合遼寧省BX 市的工作經驗，可知遙感技術與城鄉規劃的融合實踐能夠快速完成信息收集，精準性高，管理成本也較低。未來遙感技術與城鄉規劃的融合實踐應關注現有不足，從成本控制、技術研發的角度進一步尋求突破，提升城鄉規劃以及其他工作效率和質量，服務社會建設。