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一、3S技术概述
3S是地理信息系统、遥感和全球定位系统3个名称的英文缩写，是GIS、RS、GPS这3项相互独命、而在应用上又密切关联的高新技术的简略统称。3S技术的集成是当前测绘技术、摄影测量和遥感技术、地图制图技术、图形图像技术、地理信息技术、计算机技术、专家系统和定位技术及数据通讯技术的结合与综合应用。
1)地理信息系统(geographic lnformation system}是在计算机软件和硬件支持下，以一定格式输入、存储、检索、显示和综合分析应用的技术系统，具有数据输入、存储、编辑、操作运算、数据查询检索、应用分析、数据显示及结果输出、数据更新等基本功能，具有标准化、数字化和多维结构等基本特点，是综合处理与分析多源时空数据的理想平台，是空间信息的“大管家”和公共的地理定位基础
2)遥感(remote sensing)利用飞机、卫星等空间平台上的传感器(包括可见光、红外、微波、激光等传感器)，从空中远距离对地面进行观测，根据日标反射或辐射的电磁波，经过校门、变换、图像增强和识别分类等处理，快速地获取大范围地物特征和周边环境信息，获得实时、形象化、不同分辨率的遥感图像具有探测范围大、资料新颖、成图速度快、收集资料方便等特点，遥感图像具有真实性、直观性、实时性等优点
3)全球定位系统(global positioning system)是一种同时接收来自多个卫星的电波信号，以卫星为基准求出接收点位置的技术，由空间卫星(均匀分布在6个轨道平面的24颗卫星)、地面监控站和用户接收机下部分组成具有定位精度高、观测时间短、无需通视、操作简便、全天候作收等特点，不仅可以用于测量、导航，还可用于测速、测时等，提供野外基础测绘的控制数据。
二、GIS在城市规划中的应用
1）GIS在城市规划中的作用
（1）GIS是规划直观和理性的工具
（2）GIS具有规划数据的存储管理与分析功能
（3）GIS在规划决策中起决定作用
（4）GIS在动态城市规划、规划管理方面有着技术作用
（5）GIS的城市三维可视化中应用
2）GIS在城市规划中的应用的特点
（1）辅助性
（2）局部性
（3）阶段性
（4）广泛性
3）GIS技术在城市规划中的应用阶段
（1）信息统一管理
在规划的基础资料收集阶段，建立规划地区范围的GIS现状基础信息库，为规划前期的各种分析，提供现状空间与属性信息的统一管理、查询检索和动态更新服务。
（2）规划分析决策
利用各种基础数据资料，基于GIS环境的空间查询、统计、分析等功能，为各类规划编制的条件分析、方案制定与评价选择提供空间分析支持和决策辅助。
（3）规划数字成果
在规划最终成果的制作阶段，提供基于GIS标准的规划成果数字产品，使规划管理部门可以得到直接为GIS系统所接受的规划成果，方便规划管理部门更好地利用GIS技术优势，为城市建设与规划管理实现办公自动化服务。
4）GIS技术在城市规划中的应用方面
（1）利用基于城市小比例尺如1:5000、1:10000 的地形图建立的图形信息系统, 对城市整体或分区域建立空间模型, 并通过GIS 数据库中对应的相关信息如道路、建筑、人口、公共设施等进行查询, 为城市总体规划编制提供直观、详细、完整的科学信息。
（2）土地资源利用的规划管理是城市规划设计的重要载体。利用GIS 技术的海量存储数据和强大的图形操作功能, 对土地管理实现集成化, 可以即时方便地了解城市土地利用状况及土地权属界线等信息, 使城市规划用地更具科学性和透明性, 给城市土地利用的合理使用以强大支持。
（3）城市建设中的每幢建筑物修建前必须经过政府主管部门批准, 这是一项工作量巨大, 但同时又必须做到细致准确的工作。利用城市地理信息系统, 修建建设项目申请卡并记录到属性数据库中, 其中的建筑物地址与地块空间、周围建筑及环境相关联, 可以方便地进行审批工作, 还可以以数字化地形图为背景, 在电脑上进行建设工程规划定位, 极大地提高规划工作的效率。
（4）利用城市地理信息系统建立专一的城市交通管理信息系统GIS—T( 即GIS 与TIS 交通信息系统的结合体) , 包括城市道路红线位置、绿线宽度、主干道车辆流量、人行道上人流量等进行分析、统计, 可以实时了解城市道路状况, 为市政道路设计提供可靠依据, 并为城市交通管理提供有效信息。
（5）对城市的旧城区进行合理改造是城市规划部门的重要工作之一, 而拆迁补偿是旧城改造的关键, 测量拆迁量的核心是总建筑量, 通过GIS 数据库中即能反映建筑基底边界, 又能包含建筑物层数、退进变化的高精度三维地理模型, 可以快速实现拆迁总量的调查。
三、遥感技术在城市规划中的应用
1） 遥感技术在城市规划中的应用层次
（1)第一层次为遥感影像数据在规划中的日常应用。如将遥感影像图作为现状调查的基础图件在城市总体规划、分区规划、详细规划及工程规划中应用以减少现状调查的盲目性及地形图滞后带来的现势性偏差；也可制作大型彩色挂图及专题或局部地区彩色挂图，为各级部门的管理、决策、宣传提供直观材料。
（2)第二层次为满足规划专题研究与新技术的应用。如利用影像信息源内容丰富、综合性强的特征结合计算机图像处理技术的新发展，分类提取影像信息。进行专题应用研究，为城市可持续发展、动态监测城市发展变化等提供依据，为城市规划信息系统的建立提供基础数据源。
2）遥感技术在城市规划应用中的限制性因素
（1）缺乏高分辨率的遥感数据
a.中国城市地区尤其是旧城区中用地密集性交叉分布的情况严重。由于缺乏严格而科学的规划，不同类型的城市用地紧紧相邻布局，甚至互相混合交叉。
b.中国城市地区中不同类型的城市用地之间的对比不强烈。
（2）城市规划师缺乏对遥感技术足够的认识和掌握
城市规划与遥感技术是两个独立发展的学科，跨学科的综合利用有待进一步推广和完善。在城市规划领域，规划师普遍缺乏对遥感技术的了解和掌握，以及对遥感技术在城市规划中广阔应用空间的认识。目前，城市规划师应用遥感数据主要是通过与遥感专业技术人员的合作来进行，而遥感专业人员不具备一定的城市规划专业知识，在影像处理和分析过程中对信息的提取缺乏重点，影响了遥感数据的充分利用。
3）遥感技术在城市规划中的应用方面
（1）土地资源作为城市发展的载体, 是城市规划最主要的关注因素。土地的性质和利用现状是动态变化的, 要随时掌握其特征, 用卫星遥感影像作为信息来源应是现代城市最常用的手段, 可实现对土地资源利用的适时调查和动态监测, 为加强土地资源的管理、优化政府部门决策提供有力支持。
（2）通过对不同时期遥感资料的分析, 可全面、系统地研究城市发展轨迹和时空变化规律, 结合各时期城市建设管理环境等因素, 对城市变迁、发展、人文环境变化进行动态分析和研究, 为城市规划发展提供信息资源。
（3）环境条件如温度、湿度的改变和环境污染会引起地物波谱特征发生不同程度的变化, 而地物波谱特征的差异正是遥感识别地物最根本的依据。通过遥感图像特征分析, 为环境监测——包括水质、土壤、固体废物污染、城市热岛效应等提供有关资料及数据。
（4）利用遥感获取的数字化影像可制作“ 4D”产品——数字正射影像DOM、数字高程模型DEM、数字栅格地图DRG、数字线划地图DLG, 为城市基础地理信息系统提供详实、可靠的数据来源, 并使城市规划设计实现人机对话式操作。此外, 以遥感资料为基础, 可制作城市地形图、交通图等各种专题及综合图件。
四、全球定位系统在城市规划测量中的应用
1）全球定位系统的特点：
（1）实时性
（2）缩短观测时间
（3）减少观测冗余
（4）可靠性高
2）全球定位系统在城市规划测量中的应用方面
（1）控制测量
为满足城市建成区和规划区测绘的需要，城市控制网具有控制面积大、精度高、使用频繁等特点，城市Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级导线大多位于地面，随着城市建设的飞速发展，这些点常被破坏，影响了工程测量的进度，如何快速精确地提供控制点，直接影响工作的效率。常规控制测量如导线测量，要求点间通视，费工费时，且精度不均匀。GPS 静态测量，点间不需通视且精度高，但数据采集时间长，还需事后进行数据处理，不能实时知道定位结果，如内业发现精度不符合要求则必须返工。应用GPS技术将无论是在作业精度，还是作业效率上都具有明显的优势。
（2）像控点测量
像控点测量是航空摄影测量外业主要工作之一，传统的方法要布设大量的导线来测量部分平高点，内业再空三加密。采用GPS技术测量，只需在测区内或测区附近的高等级控制点架设基准站，流动站直接测量各像控点的平面坐标和高程，对不易设站的像控点，可采用手簿提供的交会法等间接的方法测量。像控点的精度要求对于GPS测量来说是不难达到的。与传统作业相比较，它不需要逐级布设控制点;与静态GPS测量相比，缩短了作业时间，因而大大提高了作业效率，功效至少提高3～5倍。
（3）线路中线定线
GPS测量技术用于市政道路中线或电力线中线放样，放样工作一人也可完成。将线路参数如线路起终点坐标、曲线转角、半径等输入GPS的外业控制器，即可放样。放样方法灵活，即能按桩号也可按坐标放样，并可以随时互换。放样时屏幕上有箭头指示偏移量和偏移方位，便于前后左右移动，直到误差小于设定的为止。
（4）建筑物规划放线
建筑物规划放线，放线点既要满足城市规划条件的要求，又要满足建筑物本身的几何关系，放样精度要求较高。使用GPS进行建筑物放样时需要注意检查建筑物本身的几何关系，对于短边，其相对关系较难满足。在放样的同时，需要注意的是测量点位的收敛精度，如果点位收敛精度不高的情况下，强制测量则有可能带来较大的点位误差。在点位精度收敛高的情况下，用GPS进行规划放线一般能满足要求。
（5）用地测量
在建设用地勘测定界测量中，GPS技术可实时地测定界址点坐标，确定土地使用界限范围，计算用地面积，在土地分类及权属调查时，应用GPS技术可实时测量权属界限、土地分类修测，提高了测量速度和精度。
五、3S技术的集成在城市规划中的综合应用
（1） 信息采集与数据更新
城市环境信息涉及到宏观和微观、区域和局部、动态和静态、定性和定量的因素，包括地貌、大气、土壤、植被、水体、居民、道路等自然和人文各个方面。"3S"技术可用于采集宏观的、区域乃至全球的、动态的、综合的环境信息，辅之以常规的环境信息采集手段，就可实现综合、系统的城市环境信息采集。
（2） 现状调查与动态监测
城市规划的初始阶段就是现状调查，往往要耗费大量的人力、物力、财力，又难以做到实时、准确。运用RS技术可以迅速进行城市地形地貌、湖泊水系、绿化植被、景观资源、交通状况、土地利用、建筑分布的调查；运用GIS技术则能将大量的基础信息和专业信息进行数据建库，实现空间信息和属性信息的一体化管理与可视化表现，提供方便的信息查询和统计工具，克服CAD辅助制图的局限性。
（3） 模拟与预侧
城市环境演变的动态过程需进行数值模拟，并结合资料分析对未来一段时间内的城市环境演变状况进行预测，为城市规划和管理提供决策依据。GIS是进行城市环境演变模拟和预测的有力工具，它还可与空间分析、预测等模型相结合。必要时，可在充分利用GIS相关功能模块的基础上，通过GIS的二次开发实现城市环境演变动态模拟与预测。一般是利用回归分析、因素叠置分析的模式进行。
（4） 三维显示
3S技术和虚拟现实(Virtual Reality简称VR)技术的不断发展，使得规划中的未来城市形象得以以三维形式仿真地显示，从而满足人们视觉、听觉甚至是触觉的感观需求。其中涉及到的关键技术有动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术、系统开发工具使用技术和多种系统集成技术等。而在城市规划中最为烦琐的就是虚拟环境的建模问题。通过这些技术，就可以使城市规划中原有的一些可以意会而不可言传的东西，以一种直观的面貌展现出来，让人们对未来城市“身临其境”，并可对城市历史景观进行恢复与再现。
（5） 交通调查与模拟分析
利用GIS进行城市交通小区出行分布的数据建库，可以对现状路网密度、出行距离和时间、交通可达性、公交服务半径进行合理性评价，结合专业软件能进行城市交通的规划预测、出行分布和流量分配，开展交通环境容量影响评价。利用遥感数据进行道路勘测设计，可以快速完成对路线所经区域的地形、地貌、河流、建筑以及交通网系的概要判读。利用虚拟现实技术和三库一体（影像数据库、矢量图形库、数字高程模型）技术可以进行道路方案的仿真表现和环境模拟，实现全方位、立体化、多层次的规划和评价新模式。
（6） 方案评价与成果表现
针对规划方案，进行土地价格分布影响、土石方填挖平衡、房屋拆迁量计算等经济分析， 结合专业模型进行城市外围用地建设适宜性评价、内部用地功能更新时序分析、发展方向与用地布局优化研究，可以预测和评价规划方案的社会效益和经济合理性。 利用GIS的专题图丰富规划成果的表现形式。利用遥感、摄影测量和虚拟现实技术可以建立规划蓝图的动态模型，重现历史，展示未来，加强城市规划的宣传性。
（7） 执法监察
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。
（8）城市防灾
通过对遥感信息的解译和专题提取,获取地理(地物、地貌)信息用于系统和灾害分析,雷达影像数据用于汛期灾情的监测与快速评估,基于图像处理、像片解译和专家系统的遥感作为灾害检测信息源,具有信息量大、更新快和极强现势性等特点,便于监测数据和灾害信息更新,是自动监测特别是自然灾害(洪水、森林病虫害、风灾、干旱)的最理想的信息源;地理信息系统(GIS) :随信息技术、计算机技术和现代通讯技术的发展,地理信息系统对多源信息处理和空间数据分析得到了飞速发展,对自动监测数据的存储、处理、传输以及发布具有前沿优势,例如“洪水淹没模型分析”、“位移自动监测处理信息系统”等可对各种灾变进行预警并向政府提供决策依据;全球定位系统(GPS)用于野外空间定位数据的采集、存储、处理和传输,确定自然灾变的空间位置和发展势态,与精密水准仪、数字水准仪、高精度经纬仪或全站仪进行垂直和倾斜位移数据采集,提取自然或工程灾害数据,结合“RS”信息,为城市灾害监测系统提供可靠信息。
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