浅谈遥感技术对景观规划设计的影响

'空间信息科学的发展对景观规划设计的影响近年来，遥感技术不断飞跃发展，涉及领域早已从地质勘测，地形观察等方面往城市改造，农业规划等各个行业发展，对于遥感技术的优越性，我仅从景观规划设计方面加以探讨。1景观与空间信息景观一般被认为是风景或者地理学概念。地理学中认为景观是区域内物质和非物质的现象综合。20世纪初期奥托•施吕特尔(0.Schluter1872-1952)在德国提出景观是地球表面区域内可以通过感官觉察到的事物总体。索尔(C.0.Sauer)把地理景观看作综合景象,与文化区域构成地理单位，包括物质形式和文化形式间的独特联系。20世纪在地理学的基础上演化出的景观生态学将景观看作为由不同生态系统组成的、具有重复性格局的异质性地理单元和空间单元，认为景观具有结构、功能、动态三大特征。以上是将景观作为客观物质或者非物质现象的概念。二战后随着环境心理学的发展，刺激理论、控制理论、交互作用理论、场所论相互补充并且不断完善，人们认识到景观不仅仅是客体现象，还是人类主体的空间认知过程。也就是说，景观这一概念的成立包含了作为客体的景观对象和作为识别景观对象的主体一人。从知觉心理学角度，柳赖澈夫提出景观是通过知觉过程对空间信息进行捕捉进行的认知。景观规划设计是为达到某种目标，基于人与环境空间的关系对物质空间进行的统筹安排。作为物质空间形态的控制与塑造手段，是我国规划设计体系的主要组成部分和基本目的之一。景观规划设计包 括景观分析、景观规划、景观设计和景观管理4个过程，其本质是对空间的认知与重构，任何一个过程都离不开对地球空间信息的处理。空间信息科学是通过信息化手段处理空间信息的学科，空间信息处理技术的发展对景观规划设计产生深远的影响。2空间信息科学的发展数字地球与数字城市数字地球(DigitalEarth)是近年来空间信息化发展过程中的重要概念。其定义为通过信息网络，人们能够任意造访地球上的某一地区，链接、调用大量的地理信息，使整个地球处于信息网之中。将地球上的信息数字化、标准化、智能化、网络化，成为人们可以共享的数据库。数字地球的概念最先由美国副总统戈尔于1998年在美国加利福尼亚科学中心演讲时提出，其实质是以地球为对象，以地理坐标为依据，具有多分辨率、海量和多种数据的融合，具有空间化、数字化、网络化、智能化和可视化特征的虚拟地球，是由计算机、数据库和通讯应用网络进行管理的应用系统(江绵康，2003)o数字地球包括数据获取与更新体系、数据处理与存储体系、信息提取与分析体系、数据与信息传播体系、数据库体、网络体系、专用软件体系等。“数字地球”是全球最大的信息化发展战略，在此基础上，很多国家和地区提出了具体的数字化战略。其中，“数字城市”战略成为我国城市现代化发展过程中一个非常重要的计划。所谓数字城市，是 充分利用数字化信息处理技术和通信网络技术，将城市的信息资源加以整合利用。数字城市再现物质城市，是物质城市在数字化网络空间的再现和反映。数字城市具有全面模拟和仿真物质城市、以及网络化、智能化、互动等超越物质城市的特征。一个网络化、信息化、数字化和虚拟化的数字城市是城市信息化发展阶段的历史必然（郝力）。3S系统集成技术CAD技术可以提供便捷和精确的概念表述方法，但是该技术无法为景观规划师提供从空间信息采集、分析、处理到管理、储存、更新，以及景观成像上连贯的并且有相互兼容的一系列功能。近年来，以3S技术为代表的空间信息系统集成技术的发展，改变了原来单纯依靠CAD系统进行电脑制图的传统设计方法，其所提供的强大的空间信息采集、处理和模拟成像能力为数字地球的实现提供了现实途径，深刻影响景观规划设计的基础手段。3S是GPS（全球定位系统）、RS（遥感）、GIS（地理信息系统）的统称。GPS是GlobalPositionningSystem的缩写，即全球定位系统。国际上普遍使用的是由美国政府所主导运用的卫星测位系统。该系统由距离地面20,200公里的24颗卫星组成测地网络，对地表面任何一点、线、多边形都可以进行全天候、高精度的定位、定性和定时。定位是通过三维坐标系统进行的。在定位的同时，通过地面的GPS信号接收器，记载物体的基本属性和测量时间，进行定性和定时,并且将其和位置信息转换成数字式信息进行存储和输出。GPS产品的低成本化使其用途愈来愈广泛，在地质、地理、生物等自然科学和城 市规划与建设、军事、灾害监视、农业甚至考古学方面应用前景广阔,正逐步发展成为对景观物质客体对象的位置、形状和基本属性的主要测量与记录手段之一。遥感技术利用物体具有的发射、反射与吸收电磁波的特性探测物体的质地和空间形状。早期的遥感探测主要是通过航空摄影来探测物体，二十世纪六十年代后，随着人造卫星技术的迅速发展，用于遥感探测的电磁波波段范围不断扩大，即从原来较单调的宽波段向微波、多波段扩展。遥感技术已经具备全天候对地实时高精度监测的功能。与GPS相互结合可以更加全面准确地把握地表景观的状态，并且为地理信息系统提供信息源。GIS作为空间数据库管理系统，能够保存、管理从GPS、RS以及其它渠道获得的景观物质客体的空间与属性数据（空间数据包括矢量数据和栅格数据），通过叠加、邻近、网络分析认识和评价客体景观状态和景观作用过程的规律，预测景观发展变化和影响，数字模拟和展示虚拟景观。三•我国空间信息科学的发展战略继美国提出“数字地球”概念后，我国启动了“数字中国”的发展战略。“数字中国”是我国地理空间的信息化和数字化，是在统一的规范和标准框架基础上，以信息高速公路（CNII）和国家空间数据基础设施（NSII）为主体，全面反映我国自然、社会、历史状况的信息系统体系。“数字中国”是我国中长期空间信息科学发展的战略目标。国家空间数据基础设施是“数字中国”的基础，也是现阶段我国信息化发展的主要内容。当前国家空间数据基础设施的建 设主要包括以下四个部分:第一，多维动态的地理空间框架数据建设地理空间框架数据包括数字正射影像、数字高程模型、交通、水系、行政境界、公共地籍等空间基础数据等。迄今为止生产和应用的空间数据基本是2维（包括2.5维）的，这类数据难以真正表达实体空间状态和时序变化关系。多维动态的空间数据建设是未来数据整治的主体。第二，整合时空参考框架体系景观要素与现象的分布和位置与平面基准、高程基准和重力基准相关。由于基准点和控制网的变化，我国历史上不同地区使用了多种地理坐标和高程系统（如平面54坐标系、80坐标系，黄海56高程系和85高程系等）。多种坐标系的共存不利于数据的交换和广泛应用。因此，应着手建立统一的空间参考框架体系和便利的坐标转换平台第三，建立空间数据分发的体系当前我国普通用户获取空间数据的能力普遍不足。应当大力加强数据分发的机构体系，提高数据运营商的服务水平。数据分发必须建立在高性能的能够进行大容量数据交换传输的网络系统基础上，同时满足4个功能：引导功能（利用元数据指引用户寻找需要的数据）；浏览功能（满足普通用户对地理信息进行网络浏览的基本需要人下载功能（在一定权限下下载，同时提供技术支持）；互动功能（用户与数据服务商的相互交流平台）。第四，空间数据交换标准以及空间数据交换网站。空间数据不仅需要全社会共享，由于关系到国土安全的问题， 需要制定切实可行兼顾保密的数据交换标准。在空间数据基础设施建设中，当前我国正在致力于建立数据交易合同制度、用户反馈机制、应用追踪机制以及数据交换的协议和安全标准等。四•空间信息技术在景观研究和设计上的应用空间信息技术大量应用于我国的电子政务。电子政务是利用信息网络技术为政务服务，西方称为“电子政府”。我国各级政府机构部门大多建立起了网上政务处理和信息发布平台，融合3S技术的电子政务系统能够不仅提高规划管理和建设管理的行政运做效率和水平，还节约了资源成本。1995年我国成立国家基础地理信息中心，开始建设国家地图数据库、遥感影像库、大地数据库、专题数据库和测绘资料档案馆，目前已经完成1:100万和1:25万地图数据库（包括地名、地形、高程3类数据）建设，正在进行基于遥感影像的国家级1：5万和省级1:1万空间数据库建设。空间数据库的建设为景观分析和规划、城市规划提供更加精确和方便的数据资料。GIS的土地评价、可达性分析、模拟演示以及数据库管理等功能，已经成为城市规划管理和公园绿地分析和规划的基础性手段。王建国等基于GIS平台对南京城市景观进行了分析。FujitaH从历史遗迹公园数据管理和规划方面探讨了GIS系统搭建的方法目的、分析操作过程和效果。空间信息技术大量应用在绿地的监测与分析上。绿地规划过程中采用RS和GIS技术，能够极大地提高监测的精确性、准确性和过程效率。SuzukiM较为系统地探讨了绿地规划过程中应用遥感(RS)、 全球定位(GPS)、GIS复合技术的概念和方法，包括公园规划管理和景观模拟，运用GPS对植被、道路、建筑物进行定位和属性信息输入,在GIS平台上与遥感图像进行叠加分析，进行生物空间的分布、变化分析，通过定性定量分析对城市化过程中的绿地变化特征进行把握。电脑成像技术(ComputerGraphics)的发展能够对植物、地形、建筑物等景观要素进行精确模拟，有助于规划意图的表达和方案的比较。我国一些地区利用遥感技术对绿地现状进行了调查。白林波等在GIS平台上利用航空照片、地形图对合肥绿地现状进行分析。在广州绿地系统规划编制工作中，利用Landsat卫星的TM数据和Spot卫星的HRV数据，提取了绿地现状信息，对绿地面积进行分类统计，并且进行了热场和热岛效应分析，为规划总体目标和措施提供依据。生态效益评价是绿地规划的基础依据之一，我国尚未建立起综合性的生态效益分析评价技术体系。生态系统分析(UEA)是生态效益评价的GIS技术，能够对绿地规划和管理提供决策支持。韩红霞等介绍了UEA的基本步骤，包括确定植被覆盖和用地状态、绘制生态结构图、选择样地、野外调查、局地分析、评价树木经济价值、热岛效应分析和节能。UEA在国内一些地区有所运用.五•空间信息科学的发展对景观设计的影响空间信息技术在景观规划设计领域中的应用内容基本上局限在遥感监测、空间分析和数据调用。随着空间信息科学技术的进步，技术更新和数据成本呈现低廉化和普及趋势，将更多地应用于规划设计领域，其主要影响集中在以下几个方面： 1・基础数据的质量变化景观规划设计中使用大量的基础数据。基础数据包括社会、人文、历史、古迹、水文、地质、地形、土壤、气候、植被等多源、多时空、多尺度的数据。通过数字化手段，大量基础数据以电子信息形式储存在数据库中，规划设计人员可以根据需要调用，大大避免了原先手工收集信息方式的繁复。在GIS和空间分析软件中，通过对不同时段的资料进行比较分析，有利于规划设计师更准确地掌握基地的现状状态，取得更加合理的设计效果。但是，数据量大并不意味有效数据多，人们在面临海量数据的同时往往会感到信息匮乏，其原因在于异质异构数据难以融合。通过加强数据库的整合、多类型数据的一体化存储技术和图文一体化管理技术，可以大大增强数据有效性。基础数据质与量的变化能够极大地提高设计人员对空间的认知深度和广度。2.作业过程一体化景观的分析、规划、设计、管理是连续互动的过程，不同性质的团队的参与和协同作业尤为重要。作业过程一体化是提高工作效率、转变各个团队工作方式的关键。地理信息软件功能的不断集成推动了一体化作业的发展。1960年代中期发展起来的第一代GIS软件是单机、集中式处理，数据获取手段单一，通过文件系统管理数据库,已经具备了采集和管理空间数据的单机一体化特点。1980年代末期发展起来的第二代GIS软件建立在个人计算机技术逐渐成熟的基础上，随着网络技术的普及，数据处理由集中式转向分布式，系统结构 也从主机依赖型向客户/服务器型转化。尽管分布式结构比较简单，但是多机共同作业和共享数据库的出现奠定作业一体化的发展基础。1990年中期第三代GIS软件采取组件化结构，综合了遥感和全球定位技术，二次开发和数据集成能力更加强大，多级服务器、多机协同工作、超大型应用系统的出现以及不断强化的兼容性（与CAD、EXCEL和图象格式等）在数据采集、管理、分析和设计过程真正实现了一体化。2.设计方法自动化空间信息技术的发展必然带来设计方法的自动化。设计方法自动化包括办公流程自动化、数据采集自动化、输入输岀自动化、分析自动化、管理自动化。网络技术、多机协同工作方式和软件的无缝式设计将提高设计团队工作流程的效率。GPS和RS逐渐取代传统纸质地图成为新的空间数据源。GPS采集空间数据日益精确、RS对地表环境的多时相、全天候、实时监测、地图数据的电子化等推动数据采集的自动化。输入输出自动化不仅基于硬件接口设备技术的成熟，对多源异质异构数据的整合和共享数据库的开发应用以及国家间数据标准协议的确定，更加有利于数据传输和应用。GIS由单机软件走向系统化、集成化和智能化，必然促进分析和管理自动化的发展。3.辅助设计决策从第二代GIS软件开始，智能化成为GIS的发展方向和重要特征。正在发展中的第四代GIS软件技术，将高度智能化定位于终极发展目标之一。辅助决策支持是智能化的最高级别应用。GIS通过数据 挖掘、专家系统的建立、方案选择、最优方案评价等一系列过程为设计师提供智力和知识支持，在辅助决策方面将发挥越来越大的作用。2.促进公众参与公众参与是决策民主化的重要体现。如果规划结果对公众影响大的话，需要实行方案公示，听取公众意见。由于公众数量的庞大，传统的方案公示和意见收集往往进展艰难、花费大量的人力物力。空间信息技术的发展使得方案能够在网络上供人浏览、下载，通过信息交换平台和用户反馈机制收集公众意见，提高规划设计的透明度，避免了传统方式的成本大的缺点。6•促进信息技术应用的途径进一步推动空间信息科学的发展，促进其在社会各行各业的应用，是我国信息化发展的战略目标。在景观规划设计领域，进一步加强空间信息技术手段的应用，必然产生积极的影响。加强我国景观规划设计行业的空间信息技术应用，应当注意以下两个基本途径：第一，加快推进3S技术的产业化，3S技术作为应用技术，必须通过产业化途径发挥其经济和社会效益。当前我国3S技术产业化的瓶径主要在于数据库和基础设施设备成本高、数据质量低下、数据覆盖面不广、各地各类数据标准不统一、不同的数据库难以相互融合、软件功能贫乏、普通用户难以承受购买价格、数据下载的准入要求苛刻等。因此，除了国家继续加大对信息基础设施的投入，建立内容丰富的空间信息数据库和网络基础设施以外，必须以服务社会、面向用户为导向，加快各类数据交换传输和交易的标准化制度建设，促进用户 端的成本低廉化和普及化。第二，加强空间信息科学的教育水平，地球上的绝大部分信息都与空间地理有关。空间信息科学作为国家发展战略，必然对社会全体产生深刻的影响。我国在空间信息科学的普及教育方面非常不足。高等院校中普遍缺乏3S技术应用方面的公共基础课程和选修课程。今后我国的景观规划设计专业可以考虑根据各个学校的专业特点设置相关课程。如林业农业院校可以依托森林土地资源评价、火灾监视等内容开设3S技术的应用型公共课程。建筑院校可以考虑结合城市建设管理、水资源评价等内容开设相关的3S公共课程，并且通过进一步加大教学设施的投入，做到学生能够亲身上机操作简单的GIS软件，对其原理和应用前景有基本的理解。身为一名建筑与城市规划学院的学生，我已经亲身了解到遥感技术对地形考察，地域观测，设计制图的巨大帮助，希望遥感技术能进一步发展，为更多领域提供先进的技术支持！ 遥感技术漫後沦夂'