1、第七章 遥感应用,第七节 城市遥感,第七节 城市遥感,城市遥感概述 城市基础地理信息系统与城市遥感制图 城市绿地及园林景观遥感调查 城市热岛遥感调查 城市规划遥感,一、城市遥感概述,概念：以城市探测为对象的空间应用技术。 任务：为城市规划、建设和管理提供多方面的基础地理信息和其他有关数据和资料。 优势：省时、省钱、效率高。,二、城市基础地理信息系统与城市遥感制图,城市基础地理信息系统的数据基础是城市大比例尺数字地图，而高空间分辨率遥感影像是其主要数据来源。,城市基础地理信息的基本特点,个体目标数量巨大、地面目标空间密度高、结构复杂。 城市基础地理目标变化大，地图有效使用期短，更新快。 城市基础
2、地理信息具有地面和地下两类目标，地下目标无法由遥感影像获得。,厦门三维景观图,IKNOS影像,因此：,城市基础地理信息数据采集需要结合遥感影像和其他传统调查方法。,三、城市绿地及园林景观遥感调查,城市绿地的重要性：是城市居住环境的重要保证。 城市绿地分布的特点：植物类型单一、群落结构较简单、分布较分散。 遥感绿化调查的优势：高精确性、高可靠性和高效率。,四、城市热岛遥感调查,城市热岛效应的概念 城市热岛的成因 城市热岛效应的研究方法,4.1 城市热岛概念,4.2 城市热岛的成因,城市下垫面特性的影响 城市大气污染 人工热源的影响,4.3 城市热岛效应的研究方法,利用气象观测数据研究城市热岛的传
3、统方法 利用遥感技术研究城市热岛的方法： 1.基于温度的监测方法 2.基于植被指数的监测方法,五、城市规划遥感,1.城市土地建设监测 1.1城市规划动态监测 1.2城市违规建筑的防治 2.城市规划保护 2.1城市文物区域保护 2.2城市生态环境保护 3.城市人口/建筑密度监测与调整,城市规划动态监测原理图,2001年卫星遥感图,2003年卫星遥感图,变化图纸,规 划 图 纸,电脑提取,是否符合规划？,配准对比分析,城市规划遥感动态监测的技术优势,城市规划动态监测工作实现了遥感技术与城市规划的完美结合，它利用遥感技术的高科技手段对城市规划的数据分析方法进行补充，力图提高城市规划的科学性与可持续性
4、，为建设生态城市等提供有力的数据支持。城市规划动态监测手段与常规管理手段各自具有其优势与特点，但是在全面性、准确性等方而均存在较大优势。,准确性常规规划管理手段是自下而上的工作方式，基础资料、统计报表的收集主要依靠地方上报，因此可能存在瞒报、漏报、错报的情况，特别是对那些政府违法的情况。而遥感监测工作属于自上而下的工作方式，尤其在较为全而地掌握一个时期以来城市规划实施情况的条件下，可以主动地获取客观、准确的数据资料。 全面性在整体侧而上，常规手段在覆盖范围上，更加关注重点建设项目，从而只能获取涉及城市局部地区的部分建设情况。遥感监测的覆盖范围涉及整个城市规划区，在广度上能够及时掌握整个城市规划
5、区内全而的规划实施情况，并且通过建立数据库系统，可以针对具体地段获取全方位数据。,违规建筑的防治,近年来，城市违规、违章建设情况层出不穷，规划管理人员对此却束手无策，仅能通过举报、巡查等来发现问题，而日往往是事后发现，最终只能通过罚款等被动方式来解决。通过遥感技术对城市建设情况的监测，可以及时发现城市中的违规、违章建设，为城市规划管理工作提供科学性依据，实现事前、事中与事后三层面的有效监测，真正做到有的放矢，有据可查。例上图:某市一建设项目突破城市规模、占用大量耕地、并且在未取得国家发改委批文的情况下抢工违规建设。由于，当地建设规划监测机制不够健全，没有发现该处违规建设，而该铝厂又在没有取得建
6、设许可的情况下从2003年初开始建设，2003年11月初具规模，到2004年初已经投入生产。这对城市整体规划造成不良影响。如果该市能实时得到遥感信息对城市建设进行监测，就会对此类违规建筑进行及时防范。防治对城市整体规划的破坏性建设，也同时避免了资源的浪费。,城市规划的保护,城市地区承载了密集的人口、社会经济活动、基础设施等要素。城市规划是为了实现一定时期内城市的经济和社会发展目标，确定城市性质、规模和发展方向，合理利用城市土地，协调城市空间布局和各项建设所作的综合部署和具体安排，以满足人们物质、文明等一系列的要求。因此，在城市规划过程中，有比要对城市中一些对人们重要的事物进行保护。,文化是一个
7、民族的灵魂，保护文化是当代人不可推卸的责任。但近年来，有些地方为了经济发展而进行一系列城市建设，对历史文化有一定的破坏。例如：某城市的西南部历史文化保护区内出现了违反保护要求的情况，总计5个地块，其中还不乏重点文化保护区，共占地12. 55公顷，主要是占用文化区内土地进行工业或露天堆场的建设。,城市规划历史文化保护,城市建设生态环境保护,城市环境中，人口、建筑、道路高度密集，这些要素的密集带来了生产、交通上的高效率和生活上的便利，但同时也带来了严重的环境污染问题。遥感技术可以为我们快速、准确提供城市环境方面的动态变化状况。,城市人口、建筑密度遥感监测,城市人口和建筑密度反映了一个城市的发展水平
8、，同时也是衡量城市环境的一个重要指标。 采用传统方法调查城市建筑密度时间和经济成本很高，并且数据更新更新速度慢，遥感技术可以很好地解决这一问题。 由于人员的流动性，人口调查始终是一个难题。,人口密度遥感调查方法,由于人口的流动性，传统的人口密度调查方法费时费力，仍然存在一定误差。 采用遥感手段监测人口密度具有覆盖范围广、数据更新快的优势。 遥感影像并不能直接反映人口密度。但是我们可以遥感影像获取与人口密度有关的一些因素的信息，比如：土地利用密度、夜间灯光密度、温度等，来间接反演人口密度的分布。,2000年中国1km人口分布模拟图,Figure . Some images used as rem
9、ote sensing variables for population estimation. (a) NDVI, (b) Principal Component 2, (c) Temperature, and (d) Texture image derived from Landsat ETM band 3,遥感技术测量城市建筑容积率,利用高分辨率卫星影像或者航空摄影相片可以迅速获取城市建筑容积率信息。 利用卫星遥感技术测量建筑容积率早在1973年开始，最常用的是落影测量法。落影测量法的原理是有一定高度的物体在太阳光的照射下会在地上生成落影，落影长度与建筑的高度和太阳入射角有关，当我们知道
10、太阳的入射角，并且测量出落影的长度时，就可以进一步得出建筑的容积率。卫星首先完成测量，然后再利用自身携带的高性能处理器算出建筑的容积率，整个过程都可由卫星来完成，而且能够卫星同时遥感监测整个城市。,课堂小结,采用遥感手段监测城市环境的优势？ 城市热岛效应的概念？ 采用遥感技术可以为城市规划提供什么帮助？,第七章 遥感应用,第八节 考古遥感,遥感考古的产生1839年，世界上第一张光学照片在法国科学院大厅展出，由此引出了摄影测量和遥感科学。1858年，纳达尔（Nadar）用气球装载照相机第一次成功地获得了巴黎鸟瞰图。1906年，英国中尉沙谱（Sharp）在军用气球上从倾斜和垂直角度拍摄了斯通亨奇环
11、状列石（Stone-henge），并于次年刊登在考古学杂志上。,1909年怀特兄弟第一次用飞机在意大利拍摄了航空相片。两次世界大战期间，空中摄影是搜集情报的一种有效工具，出于军事的需要大量航空照片被拍摄出来，扩大了考古遗存的调查，获得了许多不为人知的考古遗址照片。德国、英国、法国的军中摄影者认识到空中摄影对考古研究的价值，他们利用土壤、阴影和庄稼所显示的特点来寻找古代遗存，采用从精确点垂直和倾斜角度进行拍摄，从而摸索出考古航空摄影的基本方法。,遥感考古的基本原理地面上的所有物体当受到电磁辐射时，不同的地物具有不同的反射、发射、投射、吸收电磁波的能力。遥感考古是采用多种形式、在不同的时间、从不同
12、的角度在空中对地面进行摄影，利用地貌形态、地物阴影、霜雪、植被及土壤湿度等多种因素在遗址地区所形成的不同标志，解释地面或地下遗迹的特征。简而言之，遥感考古的工作原理建立在遗迹的物理属性、电磁波波谱特征、影像特征三者的特有关系之上。,考古遗迹作为一种地物，其物理特性具体表现为:1）残存在地面上的遗迹在倾斜阳光的照射下表现出不同的阴影标志。2）遗迹的土壤(路土、夯土、填土、淤土等)与自然土壤的色泽、结构、温度、致密度存在差异。3）考古遗存的物理特性会影响附着于其上的植被生长。,地物标志与影像,4）土壤差异还体现在土壤潮湿度的差异和地上霜雪融化速度的不同。5）不同的考古遗迹在夜间都会发出与周围环境不
13、同的特征红外光谱。(红外像片的亮度主要与地物的辐射温度有关),阴影标志示意图,植 被 标 志,古城墙、古道路、村落遗址： 由于土壤板结、透水性差，土壤中水分较少，故而农作物早熟、植物色浅。 负植被标志 古代沟渠、灰坑、墓葬： 由于积水较多，土壤疏松，水分含量较高，土质相对肥沃，农作物生长旺盛、植物色深。 正植被标志,正植被标志和负植被标志,潮湿标志示意图,遥感与航空摄影考古程序,勘探前的准备工作 野外实地勘查 信息资料的详细分析 野外验证 综合分析和研究,美国利用卫星遥感影像发现了沉没海底数千年的古埃及名城亚历山大； 欧洲发现了地下古罗马的建筑与著名的“罗马大道”； 欧美联手发现了南美密林深处
14、的十世纪玛雅人的宫殿。 埃及的金字塔考古; 用星载成像雷达探测和调查古西班牙腓尼基人的海事文化;,国外应用实例,中国遥感考古的历程,从20世纪60年代修建三门峡水库时开始利用航空照片去分析库区古代遗址、墓葬的分布。 7080年代利用遥感技术探测秦始皇陵和陪葬地区的 地下情况。 1980年天津在某工业项目施工时,曾用遥感勘测过古运河水道。 1994年,国家文物局等与德国签订了遥感与航空摄影考古合作意向书。 1996年, 中国历史博物馆等租用空军飞机, 对洛阳及周边遥感勘察遗址90余处。,中国遥感考古的历程,中国科学院遥感应用研究所利用已有的先进技术, 探测了隋、明两代的长城及被干沙掩埋的长城。
15、19971998年中国历史博物馆等对内蒙古中、东部地区遗址群,进行大规模勘察、GPS定位、空间计算和分析,取得重大成果。 2001年利用彩色红外遥感飞行探测技术,对北京老山汉墓遗址墓葬区陵墓的分布进行了探测,并结合考古研究成果推测出周围几个地点仍可能有较大陵墓或陪葬。 2002年,中国历史博物馆出资20万美元从美国购买了1 万余张日军二战期间在我国拍摄的航空照片。以便分析近代我国的环境变化。,中国遥感考古的历程,1993年华东师大建立了“城市与环境考古遥感开放研究实验室”, 这是我国第一个以遥感考古为主要研究方向的部门实验室; 1997年中国历史博物馆考古部设立“中国历史博物馆航空摄影与遥感考
16、古研究中心”; 2001年,中科院、教育部、国家文物局三家联手成立了“遥感考古联合实验室”, 并先后在河南、浙江、安徽、湖北、四川等地建立遥感考古工作站; 2002年12月在北京召开了由考古联合实验室主办的第一届全国遥感考古会议。,遥感考古实例,20世纪80年代以来，对秦始皇陵区、唐昭陵古墓葬、汉长安城、殷墟、北京地区长城、镇江地区台形遗址和土墩墓、寿春古城、库尔勒至轮台古代城址等进行了探测，采取航片分析与地面勘探、物探相结合的形式。 1996年4月，中国历史博物馆成立了中国航空考古工作小组并于同年5月在洛阳地区开展航空考古试验工作，对二里头、偃师商城、汉魏故城、隋唐东都城、邙山古墓群、龙门石
17、窟、巩县宋陵等大遗址进行了航空摄影考古，其结果表明在我国埋藏于黄土地区的地下夯土基址和建筑遗迹，在一定条件下能引起地表植被生长的变化，形成植被标志。,1997年又进行了内蒙古东部地区古代大型遗址的飞行勘察，重点勘察了夏家店下层文化山城、辽上京和中京、庆州、祖州、祖陵、庆陵、金界壕边堡、元上都、应昌路故城等遗址，取得了圆满的成功。2000年5月在对北京老山汉墓发掘前和发掘中，用遥感技术发现周围有三处异常，初步推测此处为一汉墓群。,在“考古遥感和地球物理探测技术”项目实施中,采用了高光谱技术、红外遥感技术、高密度电法、地质雷达法、重力测高密度地法、可控源音频大地地磁法、音频大地电磁法、核磁共振法、
18、弹性波法、测汞、测氡、测温等物探、化探技术。 通过探测,取得了与地宫建筑位置、埋深、大小、形状有关的有价值的信息：,(1) 地宫石制墓室位于封土堆之下,距地面深35 m , 主体和墓室均呈矩形;墓室位于地宫中央,高15 m ,面积相当于一个足球场大小。 (2) 封土堆下墓室周围有一道极厚的宫墙。宫墙用多层细土夯实而成,每层厚56 cm。在土墙内侧还有一道石质宫墙。宫墙坚固,墓室没有进过水,未坍塌。 关中地区曾遭受过8 级以上的大地震,而秦始皇陵墓室却完好无损,这与宫墙的坚固程度密切相关。,(3) 证实了地宫内存在水银异常,且呈东南、西南强,东北、西北弱的分布,水银异常反应面积达12000 m2
19、 。史记秦始皇本纪中有地宫内“以水银为百川江河大海”的记载。汞气可使入墓尸体和葬品长久不会腐烂且可毒死盗墓者。(4) 东西各有一条墓道,而通常帝王墓道皆为东西南北共4 条。(5) 陵墓周围地下存在规模巨大的阻排水渠,它约千米长,底部由厚达17 m 的防水性强的清膏泥夯成,上部由84 m 宽的黄土夯成,挡住了地下水由高向低渗透墓室。,为明代长城,主要为黄土夯筑。由于该地的土地沙化比较严重,残存的长城大部分只剩下一道土垛。,陕西省榆林沙漠地区长城的遥感信息提取,该区古长城与沙地、道路的光谱特性极其相似,因此用单一的阈值法很难将古长城信息提取出来。 提出了灰度坡度法对古长城信息进行提取。取得了较满意
20、的效果,遥感用于环境考古,遥感研究长周期的环境历史变迁,主要是依据它在遥感图像上所遗留下来的“痕迹”来进行识别。 一个地区的环境演变,最主要的是水系的演变。 利用遥感图像上地物特定的光谱特征,通过土壤湿度、盐度及沉积物组分等信息的分析,可以很清楚地将水系变迁的路线、方向甚至原因反映出来。,例 1,中国国土资源航空物探遥感中心的何宇华、孙永军两位研究员利用卫星遥感探索楼兰古城的消亡之谜,指出因古孔雀河上游两次地质滑坡堵住河道且切断供水源, 导致楼兰古城因断水而被遗弃,最终消亡。 这是目前国内首次利用卫星遥感图像分析、破解楼兰古城的消亡之谜。,例 2,哥伦比亚号航天飞机携带SIR-A雷达于1981年11月在东撒哈拉沙漠进行飞行, 通过对SIR-A图像上沙层覆盖下基岩的雷达回波的研究, 揭示出数米沙层下的古河道, 表明非洲北部过去存在比现今尼罗河水系更为庞大的河流水系，该水系为旧石器时代的人类提供了沙漠中的绿洲。,
