3S 技术在城市规划中的应用——以汶川映秀震区重建为例

邬莉莎，杨武年，李 丽，李旭娇

3S 技术在城市规划中的应用
——以汶川映秀震区重建为例

邬莉莎，杨武年，李 丽，李旭娇

3S(RS，GIS和GPS)集成技术为城市规划提供了有力工具，3S不仅可高精度快速、实时地采集各种地质信息，而且能够利用GIS强大的空间数据综合分析功能，将各种信息进行叠加、对比、综合与复合，从而为城市规划提供更丰富的图件等资料。这是以汶川、映秀震区重建为例，应用2008年、2009年和2010年该区的航空遥感影像图进行城镇规划、土地利用现状等信息提取，并建立相关数据库，利用GIS软件对研究区生态环境进行综合评价分析，进而探讨3S技术在城镇规划、建设中的应用。

城市规划;地理信息系统(GIS);全球定位系统(GPS);遥感技术(RS);汶川震区

0 前言

当今，随着中国经济的飞速发展，国家城市化的进程也在日新月异的变化。而一个城市的发展，其关键之处在于城市的规划和管理。计算机等各行各业的发展，使得城市规划(对城市的未来发展和总体规划、合理布局城市的各项建设的综合应用行业)也从纸质地图分析和到现场的勘察、获取数据，转变为使用3S技术进行城市规划的现状调查、动态监测、空间分析、规划管理等各类问题。

在二十一世纪，随着城市规模的不断扩大，人们越来越注重城市化的发展，在可持续化发展的政策前提下，如何合理科学地开发资源、如何有效地保护城市的生态环境，如何规划工业和居住的区域，如何监测城市的交通，如何管理城市的农地等等一系列的问题，都成为人们讨论和关注的热点。3S技术的出现，能够合理的解决上述的问题，提高规划管理工作的效率。

1 3S技术的集成与城市规划

自1998年1月31日美国副总统戈尔在“数字地球:认识二十一世纪我们这颗星球”的演讲中提出“数字地球”这一概念之后［1］，“数字城市”作为城市发展的一个新的方向，已经成为了加快城市化发展的“加速器”［2］。3S技术作为建立“数字城市”的三大支撑技术，各有其特点，但在单独使用时却难免有其局限性:

(1)GPS可瞬间定位，但却不能表达地理属性。

(2)遥感技术可快速获取信息，但信息的处理、分析必须结合其它技术。

(3)GIS具有较好的检索、分析、结合处理能力，但数据来源和录入始终是难题。

而3S集成技术，是将这三种对地观测新技术有机地结合在一起，即在线的连接、实时的处理和系统的整体性［3］。

1.1 城市地形图的更新

城市规划的所有问题，几乎都是在城市地形图基础上完成的。过去，城市基本地形图绘制和更新过程相当繁琐和费时，需要投入大量的人力和物力对现场进行勘察，再返回信息编制。中间过程极易出现人工误差，也有很多环境要素可能被忽略。孕育而生的4D产品——DLG(数字线划地图)、DEM(数字高程模型)、DRG(数字栅格地图)、DOM(数字正射影图)则解决了上述的问题，将传统的地图转变为数字化地图，具有更新速度快、信息量丰富等特点。

1.2 土地利用现状调查

在城市规划中，土地利用现状调查占有较大比重。土地利用现状调查的流程是建立在城市土地利用现状图数字化信息图层之上的。城市土地利用现状图数字化信息图层是同等比例尺的道路、水系、绿地等多层叠加生成工作底图后，收集研究区的高分辨率航空遥感影像图，参照“城市规划”中土地分类标准，采用人工判读解译，同时结合各种地形、地物名称、形态等，勾绘出各类用地的分界线，最后生成各地块的图斑，划分出商业、服务业、工业、仓储等不同的土地利用类型，并建立城市土地利用现状数据库［4］。利用RS技术快速采集到数据，将其录入GIS系统，在海量储存的同时，提供处理和查询的功能，更能快速地使用图形属性连接等功能，弥补了CAD等绘图工具的单一性。

1.3 城市综合环境评价分析

自然因素、社会因素、人文因素在城市环境变化因素中占的分量日益加重。由于环境系统的复杂性，在时间、空间、性质和数量上又带有不确定性和随机过程的特点，同时还是动态的、呈周期性变化的开放系统，因此，要建立起能全面、准确和动态地描述这样复杂系统的模型，还需要多种类的技术支撑［5］。将GIS与环境领域模型相结合，可以使这个复杂的问题变的相对简单容易。GIS和环境模型相互补充，并且成为一种有效的工具，不仅可以管理大量的数据，还可以根据实际情况改变环境参数，以达到最好的模拟效果［6～7］。

1.4 道路、交通管理与建模分析

在以车代步的年代，平坦的道路，顺畅的交通，能够极大地节省出行时间，也将事故的几率尽可能地降低。将GPS技术和GIS技术结合在一起，构成城市交通监管与分析系统，可以进行城市交通路况动态监测，建模和分析，最佳路径的选择和道路的规划等决策。

一般地，城市道路设施与交通设施、照明设施、绿化设施等，以及埋在道路下的上水、下水、热力、煤气灯管网系统有密切的关系，因此，城市道路管理涉及到多个部门［8］。用GIS建立的系统，能够快速及时地协调好多个部门，审批手续等也能方便有效的办理。

1.5 城乡规划管理

3S技术将地理数据和规划数据更有效地结合起来，这不仅是将其数据单一的反映在规划图纸上，更是对规划起编制、规划和决策的作用。在上报审批阶段，规划人员可以很容易从GIS库中调出上报单位的各种信息和资料，通过以后的审批阶段，还可以从GIS库中调出更多关于项目的资料和相关的情况，以便参考。这种以GIS为核心技术的集成方法，已经在城市规划中广泛应用［9］。

1.6 执法监督

3S技术的集成还促进了土地利用动态监测和规划执法检查，可以利用遥感卫星数据与历史数据进行复合分析，主动发现土地利用的变化靶区，用差分GPS技术精确测量土地利用的变化数据，再根据现场勘察资料，利用GIS技术进行准确详查，增加了监测的主动性、及时性和客观性。

2 3S技术在汶川、映秀震区重建中的应用

城市规划包括非常多的方面，本次研究的内容只单为城市规划中房屋重建这一方面。

四川映秀，位于四川汶川县城南部。映秀镇的总面积为115.12km2，人口近10000人。2008年汶川发生特大地震，其中映秀是受灾最严重的地区之一，全镇大部份房屋倒塌，山体滑坡严重。震后，国家投入大量的人力物力进行灾后重建，这两年，映秀也发生了翻天覆地的变化，从震后基本无完好的房屋到现在一座座新楼拔地而起。

作者收集了2008年、2009年和2010年映秀的遥感航空影像图(比例尺为1∶4000)。因2008年的遥感图像为灾后不久的时间航拍，图中房屋几乎全部倒塌，没有太多参考价值，故舍弃，作者在本文中只分析2009年和2010年两张图片。在Arc-GIS的平台上，对图像进行处理，在监督分类的基础上，提取地物信息。

从图1(见下页)中可以清楚的看出，震后一年的2009年，此时供居民临时居住的简易板房占了极大的比例，而新建的房屋只有极少的一部份。在2010年，地震的两年之后，此地的简易板房的数量急剧减少，而新建的房屋数量大量增长，占了绝大比例(见图2)。

图1 2009年遥感航空影像图Fig． 1 The remote sensing aerial image in 2009

图3 (见下页)的底图为2008年的遥感航空影像图，作者更能突出这两年的变化。在ArcGIS的分析平台上，作者得到表1。

从表1中可以看出，2009年简易房和新建房屋两者的面积比例，分别为79.4%和20.6%。2010年简易房和新建房屋两者的面积比例分别为18.2%和81.8%。从2009年到2010年，简易房的比例大幅下降，面积减少了15312m2，减少的比例为61.6%。而新建房屋面积增加了36538m2，增加的比例为85%。

图2 2010年航空遥感影像图Fig． 2 The remote sensing aerial image in 2010

通过分析图3，可以确定下一步的工作重点，对图3中2010年的简易房进行进一步的拆除，在未修建房屋的土地上继续修建安置房。在图3的基础上，根据城市规划管理的目的的不同，加入了实地采集到的GPS数据，对新建房屋周围进行缓冲分析等的各类分析。

3 结论

使用3S技术，在Arcgis平台操作的基础上，利用遥感航空影像对汶川映秀震区进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年为 52536m2。由于遥感航空图片精度有限，此方法目前只适用于制定目标和框架，得出大概的结论，其数据不是特别精确，要进行进一步的缓冲分析等还需要实地考察。随着科技的进步和城市规划的需求，采集的数据会越来越精确，也使我们看到城市规划更加广阔的发展前景。3S技术的发展必将带领城市规划走向一个新的高度。

表1 2009年～2010年简易房、新建房屋面积变化Tab． 1 Area change of make shift and new housing from 2009 to 2010

图3 2009年到2010年两年对比图Fig． 3 Comparison chart of two years from 2009 to 2010

［1］ 徐冠华，孙枢，陈运泰，等.迎接“数字地球“的挑战［J］.遥感学报，1992(2):85.

［2］ 王要武，郭红领，杨洪涛.我国数字城市建设的现状和发展对策［J］.公共管理学报，2004，1(2):58.

［3］ 范文兵.“3S”技术在城市规划及建设中的应用［J］.安徽建筑，2006(1):16.

［4］ 吕磊.基于RS/GIS的城市土地利用现状调查.山西建筑，2009，35(13):60.

［5］ 陆雍森.环境评价［M］.上海:同济大学出版社，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］ 马智亮，姚俊淦，江见鲸.基于网络GIS的城市道路信息化管理系统的建模研究［J］.计算机工程，2001，27(13):6.

［9］ 徐振华，韦松林，张燕妮，等.3S技术的发展趋势及其在城市规划中的应用前景［J］.科技情报开发与经济，2005，15(12):139.

(成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室/遥感与GIS研究所，成都 610059)

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1001—1749(2011)05—0559—04

2011－02－16 改回日期:2011－06－20

邬莉莎(1986－)，女，硕士，研究方向:3S技术与数字国土。