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1、城市化和卫星遥感应用“陈述彭( 中国科学院遥感应用研究所)今天由全国地方遥感协会安排我来向各位介绍遥感应用的一些情况，我非常高兴。昨天参观了科技周的展览，琳琅满目，在第三展馆中，遥感占了一半，成果累累，谨此表示祝贺。利用遥感来作城镇体系、城市规划的硬究，我国城建部门、城市学方面的专家，已经做了大量的工作。我现在只谈用卫星遥感方面的工作。在谈卫星遥感应震阙题之前，我先讲一点为什么要谈城市诧。城市纯是一个历史酶必然，工业化就必然会产生城市化。从全世界来肴，1 8 0 0 年城市人口只占全世界总数的2 ，2 0 世纪初占爨l o ，2 0 毽纪末已占到全整赛总入蠢的5 0 。中国情况是：在2 0 世
2、纪末，占翻2 9 7 。按规划部门的估计，在2 0 1 0 年，应增长到3 9 ，到2 0 5 0 年预计增长到4 7 。1 6 亿人日的4 7 ，就是说中国入舀一半要在城市。现在对城市化的问题，要有一个重毅认识。忿单地说：第一，城市是一个人工鲍生态系统。城市是有活生生的生命力的。第二，城市是网络时代的结点，网络时代的所有信息，是逶过城专作为结点来转换扩散戮整个区域去懿。高速公路，信患离速公路，曾经弓| 起了经济发展很大变化。而数字地球战略的出现，对于城市化，应该有新的认识。城市已不单纯属于它们所在地蕊，与全整界是不可分翡。第三，城市是灾害的脆弱煮，象街由的地震，在我国西部可能经常发生，但没有
3、那么大的危害性。7 8 级地震发生在城市，在唐山，在海城，在日本，在旧金山，对人类的危害和损失就非常大了。北京的沙尘暴，并不是现在才有，可以说，青藏高原隆起以后，第三纪到第四纪，几乎就形成了西风沙暴带，它覆盖中国，覆盖朝鳞，也覆盖到日本。决不是在北京附近栽点树就可以把沙尘暴挡住的。沙尘暴来自中亚、新疆、蒙古沙漠、戈壁滩，起飞以后，上舞到高空3 0 0 0 m 乎流层，恳东迂移，然后撒下来。树本能长多高呢? 挡的住吗? 不必过分夸张地宣传沙漠越来越逼近北京，沙尘暴本来就有啊! 只是现在城市屠民对空气质量的要求越来越高，对城市环境旗量要求高了，并不是风沙眈以前更厉害了。城镇体系的宏观调查卫星遥感应
4、用于城镇体系的宏观调查。请看图l 。这一张美豳用2 3 1 次气象卫星图像制作的图像。它所利用的是气象卫星红外波段和可见光波段。我国风云气象卫星和资源卫星也有这些波段，我们将要发射的海洋水色卫+ 2 0 0 0 年5 男9 瓣，应邀在第三矮孛溪戈京褰薪技零产监溪际震中鏊甏辩缝球空阕信惠产盈按本论坛 上的专题发言。陈子南根据泶音整理。? +星也有这些波段。它们的空间分率都比较低。不要以为搞城市遥感对地面分辨率要求都很高，而是我们对低分辨率的卫星没有很好地加以利用。图1 荧国城市夜光地图，1 9 9 4 1 9 9 5 年间D M S P F 一2 气象卫星1 8 6 次和F 一1 0 军用气象溅
5、星5 0 次可觅光和近红外扫描的合成影像，主要反映城市夜光以及水电站、油气井、火箭基地。可用来分析人口、能源、湿室效应( 罢l 自N A S A S p a c eN e w s D美豳早期制作的城市夜光图大约在9 0 年代后。把近红外与可见光图像，经过月亮光的纠正后，每个城市发光点，就是所谓夜光。早期美国的城市不是很密黛，两最薪的世纪之交的城市密度大多了。墨西哥湾、密疆西眈河强的每个海上，油井所发的光，都能看见。城市的范围明显地扩大了，沿着美国东西部的几条交通干线，沿着美圈高速公路，城市分布得很均匀。凡条公路交汇到盐潮城之后，分为三条：一条劐薅雅图，一条到洛杉矾，一条到1 日金山。可见利用气
6、象卫星的资料完全有条件监测一个国家城市的分布。我们国家已经掇出了2 0 0 0 - - - - 2 0 5 0 年的城市发展规划。最近西部大开发，对于西部城镇的布局要有一个新的部署。这些翦裳分析很值褥考虑。美国实褒这工作酶基鳃主要是为了巡舷导弹。巡航导弹与璃尾蛇导弹是朝着红外目标来瞄准的，所以他们要了解全世界城镇的分布、发展和变化。我国的卫星也可以覆盖全球，我们不能划地为牢，只研究本国的土地和海洋，我们也要放开眼界，也要研究全世雾。力了经济发展鳃曩酶，隽了我嬲曛防的安全，很有必要进行这撵的研究工作。城市夜光地图不只讲宏观规划，也能解决寰际问题。图2 是放大的美国东南部的迈阿密附近地区。正常城市
7、的灯光与经过飓风以后的城市的灯亮度很不相同：图上红色的部分，是蘧风裂达之翦的亮度，丽飓风到达时，大部分灯火熄灭必留下较小的自点。凌此可以报据灯亮来分析城市遭受台风灾害的损失。2 0 0 0 年春一次台风对于香港、深圳、广州都产生了相当8 。大的影响。那么我建议应用同样的方法加以分析，对于保险公司支付灾害保险费用是很有参考价值的。图2 迈阿密附近地区城市夜光地图，反映飓风灾害的路线和影响程度。美国国家航空航天局地球物理数据中心利用军用气象卫星D M S PF 一1 2 图像叠加制成( 引自N A S A ( ( S p a c eN e w s ) ) )现在正在进行西部大开发。我国绝大部分城镇
8、基本部分在东部，集中在华北平原、四川盆地及长江、珠江三角洲，形成六个城市密集中心。西部是否也和东部一样发展呢? 那是不可能的。国土资源部编的全国土地利用图上，西部还有许多未被利用的土地，还没有人经常住在哪里。设计城镇体系，应该考虑这些情况。也就是说，我们规划西部城镇体系，大体只能沿着那些盆地的边缘分布，不可能在盆地的中心，也不可能在高山上。前面谈过城市是一个人工生态系统，必须人和自然协调起来，才可发展城市。请看历史上我们曾经六、七次开发西部，但几乎都以失败而告终。例如祁连山的雪水，古代沿着黑河流淌到下游，称为弱水，注入内蒙额泽纳旗苏古诺尔和嗄顺诺尔两个湖泊。在湖边上有古老的城镇叫黑城，宁夏一带
9、曾有一个西夏王国，发展了很高的文化；塔里木河下游也有个楼兰古城，现在都只乘下废墟了。为什么会消失呢? 主要是生态恶化与环境变迁的问题。这也是今天城镇规划必须考虑的问题。我们仔细来看，在广大的戈壁滩中只能找到那些有条件发展的绿洲，来规划新的城市。当然不必过于悲观，美国西部风凰城，夏天气温高达4 3 ，庭院里载花的土壤也要从远方运来，却建成了航天高科技中心。拉斯维加斯，夏天气温4 1 ，也建成了世界著名的赌城，经常召开盛大国际会议。我国拉萨，海拔3 0 0 0 m 以上，氧气比平原少1 3 ，宾馆、医院都在床头装上氧气，也同样发展了旅游产业。随着科学技术的进步，人们已开始设计月球上的城市。月球无论
10、如何要比我国西部条件差得多，月球上重力也只有地球上的1 6 。可见确有必要的话，只要有足够的投入，解决能源、通讯、空气和水等等基础设施，城镇就有可能拔地而起。9 二、城市扩张的时空分析卫星遥感应用于城市扩张调查。现在让我们缩小一点范围，谈谈具体城市的扩张问题。国际上不叫“城市扩张”而叫做“城市生长( U r b a ng r o w t h ) 。请允许我借花献佛，介绍国土资源部国土局做的很出色的工作：根据他们提供的资料，反映1 9 8 7 1 9 9 7 年间我国城市占用耕地的情况，从中看出几个问题：我国城市发展占用土地主要在东部，西部占用较少。因为城市发展在地区上是不平衡的；占用耕地的重中
11、之重的地区，是在上海以北一直到北京以南的中国东部大平原。但不要把问题看得这么严重。在沿海的丘陵地区，城市扩张占用的并不完全是耕地。在这次北京科技周上，第三展览室展出的“土地利用动态监测地图集”上有两幅地图，其中一幅是反映用S P O T 卫星资料制作的6 6 个城市占用土地的情况。他们经过分析，得出的结论是：主要占用耕地的建设项目是交通建设铁路和公路建设。“若要富，先修路”，这些占用是合理的。目前我国修的高速公路已赶上世界的第三位，仅次于美国和加拿大。当然，我们刚超过1 万公里，人家已经是几十万公里了，差距还不是比较大的。但在发展中国家，发展才是硬道理，所占用土地应该算是合理的。当然，我国城市
12、占用耕地，在党中央三令五申加以禁止，以及国土资源部的努力下，基本上得到了控制。北京、上海也做过很好调查研究工作，戴昌达、顾朝林教授对北京的城市发展作了很细致的分析工作。北京旧城是一个改造问题，外围是一个扩充问题，郊区现象已扩张到昌平一带，如别墅区、民工村( 浙江村、新疆村) 都在郊区边缘。这也是发展的一种自然状态。梅安新教授在上海做了很好的工作，把上海1 9 4 7 1 9 9 6 年间扩充的情况，用卫星影像制成土地利用图，加以分析比较，发现了重要的规律。城市环境质量怎样用卫星遥感来监测? 最近深圳市已颁布经国务院批准的1 9 9 6 2 0 1 0 年的城市规划。深圳的口号是“建设一个最适宜
13、居住的城市”。提出的五项具体指标是：( 1 ) 营造生态型居住环境( 绿化率2 5 ) ；( 2 ) 环境保护分区管理( 垃圾处理8 5 ，回收8 5 。工业危险废物处理1 0 0 ，工业废水处理1 0 0 ) ；( 3 ) 建成国际性城市交通体系( 高速公路1 9 5 k m ，轨道交通2 7 0 k m ，港口吞吐量7 5 0 万标准箱) ；( 4 ) 开发各具特色的旅游景区；( 5 ) 公共设施超前发展。深圳特区的城市规划，为我国城市现代化提供了先进的样板。8 0 年代末，从天津开始，北京、太原、广州等9 0 多个城市都做过城市环境遥感。工作证明，可以做到为宏观城市建设的多项目标，提供遥
14、感信息服务。现在许多城市为了树立现代化城市的形象，追求高层建筑，高层建筑越来越高。古埃及的金字塔，当时最高的只有1 4 7 m ，独领风骚4 0 0 0 年。而上海浦东2 0 0 1 年环境金融中心大厦高达4 5 4 m ，2 0 0 5 年巴西圣保罗摩天大厦还要高，达5 1 0 m 。人类似乎与蚂蚁在比高。蚂蚁在非州建造的蚂蚁窝，能够自然通风，高达3 m 多，这对于蚂蚁的身材来说，真了不起。好象人类现在在和蚂蚁竞争，建筑高度超过蚂蚁一倍还要高些。这就产生新问题。例如香港的楼群，站在九龙尖沙咀望去，天际线( S k yL i n e ) 可以分为几个档次：5 0 年代以前一般只有1 5 层楼，
15、8 0 年代达到6 0 层楼，回归前就长1O 到1 0 0 多层了。尖尖的塔楼“刺破天空锷未残”。城市作为人类居住美好的环境，不禁要考虑天际线这一生态景观效应的新问题了。古代的北京天际线是以故宫的角楼、前门的高楼、宫墙、钟鼓楼构成天际线的，还有景山、北海的白塔等等。现在北京的天际线，古代的建筑就完全没有代表性了。为什么讲天际线呢? 希望城市建筑能营造一个适宜人的环境，不要迫使人随时感到有压抑感。这似乎曾经是建筑学的一个准则。遥感对这个侧面并不敏感，但有一个新名词叫做“鸟瞰效应”。即每一个城市，首先给人们是怎样的印象，即从高空看，这个城市的布局如何。例如洛杉矶，城市布局很开阔，并没有太多的高楼大
16、厦，但令人感觉城市规模气势很磅礴，被称为第三代城市规划的典型。这可能就是现代城市规划设计所追求的所谓“鸟瞰效应”。这个鸟瞰效应的检查者就是遥感。城市环境与信息港的建设对于城市环境需要注意的另一个问题，就是信息港的魅力。一个现代城市如果不能把自己建成一个信息港，可以说是落后的。2 0 0 0 年，微软I B M 等1 5 家跨国公司都加入了香港的“数码港”。香港数码港已有1 0 5 家公司在租用，4 3 家公司在发展，7 家公司在注册。所以香港在2 0 0 0 年6 月要建造一座信息大厦，来体现它的信息港的风貌。但很遗憾，我住在中关村，面对白颐路上的许多大厦，这些大厦标榜是5 A 型的，无论大厦里的物业管理，还是安全、通讯、办公都是全自动化的。可直到现在，这个地区的有些电话既不是声频的，也不是程控的。5 A 的自动化大厦放在一个信息不发达的电讯网络环境之中，将来怎样实现全自动化呢? 我们现在信息社会的意识不强，反映在管理上的落后，已经成为城市发展最严重的问题。而城市投资环境所以落后，往往就是由于没有掌握足够的信息资源
