之前整理的文章，关于3S在城市规划中的应用。
3S技术概述
1.1 什么是3S
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。
3S技术的发展，从不同方面改变了人类获取信息、处理信息的手段3s的集成，就是有效利用各种技术的优势改变过去完全依靠人工野外勘测、数据采集、图件清绘、数据加工的历史，提高信息采集、整理和再加工的自动化程度，逐步实现空间信息获取、建库、管理的一体化。
1.2 RS技术与城市规划
城市规划工作是进行城市建设和指导城市发展的“龙头”和基础, 它在城市可持续发展中所起的作用日益重要, 而城市规划的基础平台是信息——包括城市资源、环境、物流、人力等, 随着城市发展速度的加快, 信息的日新月异和空间结构的复杂化, 使传统手工数据采集获得信息的手段很难满足规划及管理的需要, 解决这一问题的关键便是发展高精度遥感技术。遥感技术是建立在现代物理学、电子计算机技术、数学方法和地学规律基础上的一种多学科组成的综合性科学, 其基本概念可简述为: 从不同高度的平台使用传感器收集地物的电磁波信息, 再将这些信息传输到地面并加以处理, 从而达到对地物的识别监测的全过程。它在城市规划管理工作中的应用基于一下几个方面。
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。
1.3 GIS与城市规划
GIS作为集测绘学、环境科学、城市信息学、地球管理科学和计算机技术等为一体的综合性学科, 是对描述地理环境信息的地理坐标及相关信息进行采集、贮存、管理、分析和制图, 并与计算机软件相结合的综合性技术系统。随着城市规划管理办公自动化的发展, GIS 在其中的应用将日益普及。我国大部分城市规划部门目前“ 一局二院”的设置更利于规划部门利用测绘数据库建立的GIS 系统进行规划及管理,而网络技术的发展更为这种技术线路的运行提供了保障。目前GIS 在城市规划中的应用主要基于以下5 个方面。
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。
2、3S技术在城市规划中的应用
3S在城市规划中的应用范围极其广泛，下面分别描述：
2.1 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。
遥感是采集在城市环境信息的主要技术手段。利用卫星遥感影像，通过图像处理，按照城市环境要素的遥感图像解译标志进行环境信息的提取，可以获取城市生态和人文环境变化的基本数据和图像资料，提取城市规划所需的许多相关信息，从而获得城市环境污染、热岛效应、土地利用、城市绿化、道路布局、建筑物分布等方面的特征。其关键技术是图像处理、解译、模式识别以及图像信息的量化。GlS技术与遥感相结合，可高效率地完成RS影像的定位和地形校准工作，实现区域精确定位。GPS技术配合常规测量技术可实现对城市土地利用状况进行动态综合监测，并为城市土地资源管理提供实时动态的信息。利用地理信息系统的数据采集模块，可将常规方法观测得到的城市环境数据输入地理信息数据库，并结合GPS库中已有的环境信息、遥感环境信息进行复合和叠加，实现城市环境信息的统一管理。
城市规划的基本条件就是大比例尺地形图，但传统的线划地图不仅建立周期长，更新困难，而且比较抽象，已经从原始信息中筛去了很多环境成分。4D产品包括数字线划地图、数字高程模型、数字栅格地图、数字正射影像图，是新一代测绘产品的标志，有着现势性强，更新速度快，信息含量丰富等优点，将转变传统地图的观念，加快数据更新，丰富表现手段，也是对传统测绘方法的现代化改造。
2.2 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。
城市发展是一个动态的过程。城市发展变化监测的实现，有赖于信息的适时更新和对信息的这间分析与综合处理。由于遥感信息具有多时相、多波谱、多领域的特性，因而是进行城市发展变化动态监测的高效信息源。其关键在于建立科学的监测模型，并对信息进行有效的处理，从而实现对城市变化的动态监测。
利用GIS强大的空间分析和数据处理功能，并结合选定的监测模型，可对多源城市信息进行处理，从中找出城市演变的规律。通过不同时段城市信息的对比和综合分析，能更好地实现对环境信息的综合监测。此外，利用GIS的专题制图功能，可将城市变化过程用直观的图件形式予以显示。
2.3 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。其基本思想是首先对环境因子中重要的要素进行单要素回归分析，并建立每一要素的回归方程，再利用它对未来时段内该要素的演变趋势做出预测，然后利用GIS的空间叠置分析功能将所有的要素预测状况进行综合分析，从而得出预测结果。如果将回归方程拟合以往的演变状况，并以数值或图件形式进行重现，则可探索演变机理。也可通过建立多因素综合回归模型进行预测和模拟，此时关键在于回归模型的建立及其与GIS的结合。
2.4 分析与评价
GIS可方便地进行城市环境的分析和评价。利用GIS进行城市环境评价，首先要选定有代表性的评价因子，并从GIS数据中提取出与这些因子有关的几何和属性信息进行关联。评价的方法，一是直接利用GIS的功能模块完成。另一种则是根据评价的数学模型建立具有评价功能的空间分析模型，然后将GIS与相应的环境空间分析模型相结合进行。这种结合一般有两种形式:(1)充分利用GIS软件所提供的建模功能，在GIS内部建立简单的模型，减少GIS和模型间结合对界面的需求，使GIS空间分析一体化，即GIS内嵌空间分析评价模块;(2)在GIS的外部建立分析评价模型，然后在GIS软件和空间分析评价软件之间增加数据交换接口，使得空间分析数据及相关的影响因素、空间分析结果能在GIS系统中以各种简单或复合的图形形式显示出来，即GIS外挂空间分析模块，二者互相结合进行评价。
同时，可以利用多个时期的航空遥感影像图进行城市用地变迁动态研究，结合数理统计方法进行城市重心移动、离散度、紧凑度和放射状指数等形态测度评价，利用叠加分析、缓冲区分析、拓扑分析等工具进行商业服务设施和中小学的服务范围分析、交通可达性评价和建设条件适宜性评价，这有助于总结城市发展规律，发现存在的问题，增加空间分析的深刻性。
2.5 三维显示
3S技术和虚拟现实(VirtualR eality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。这种建模应该依据不同的事物区别事待，主要包括天空建模、地表状况建模、建筑物建模、运动物体(行人、车辆等)的建模等。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。
2.6 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。
2.7 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。
城市总体规划成果表达的图纸有:城市现状图、城市用地评价图、城市环境质量现状分析或评价图、城市规划总图、城市各项工程规划和专业规划图、城市近期建设规划图、城市郊区规划示意图、城市城镇体系规划图;城市详细规划成果表达的图纸有:规划用地区位图、规划用地现状图、土地利用规划图、道路交通规划图、公共建筑与服务设施规划图、环境景观规划图、工程管线规划图。无论是总体规划还是详细规划图纸有很多(现状图、区位图等)都可直接从地理信息系统“GIS”中获取数据生成图纸;还有部分图纸(城市用地评价图、土地利用规划图、道路交通规划图等)则可从“GIS”中获取相应的“兴趣”数据进行数据处理,快速得到图纸。
2.8 信息发布与公众参与
利用计算机网络可以进行规划方案的信息发布、网上公示、意见征集和动态查询，在互联网上开展公众参与，变闭门造车的传统模式为多方参与、重在过程的开放模式，提高城市规划的法律基础和群众基础。
2.9 规划管理
基础信息和规划信息的集成建库将使规划设计与规划管理更紧密地结合起来，可以在GIS平台上开展电子报批和网上报批，提高指标核算的科学性，避免地区规划的前后矛盾和土地批租的一女两嫁。
2.10 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。
2.11 城市防灾
通过对遥感信息的解译和专题提取,获取兴趣(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。