当前中国正在推进海绵城市建设，减少城市开发建设对生态环境的影响，具体指标是要将70%的降雨就地消纳和利用，到2020年，城市建成区20%以上的面积达到目标要求；到2030年，城市建成区80%以上的面积达到目标要求(Li et al.，2016)。
因此，如何精确提取不透水面信息已成为目前国内外城市环境规划管理及“海绵型”生态城市研究领域的前沿与热点问题(李德仁等，2010)。
以武汉市为例，武汉是一座超大城市，市域面积8569km2，常住人口已经突破1000万。武汉市城市变迁的历史就是一部与水抗争和与水融合的历史。图16-12记载了1931年、1998年和2016年武汉曾经发生的严重内涝，这些场景真实地记录了武汉市的水患困扰。近几年来，“到武汉看海”之痛，河湖污染之忧，流域控水调水之虞，直接影响着城市的水安全、水生态和水资源。武汉市的海绵城市建设，需要解决蓄与净的冲突、渗与滞的纠结、排与用的矛盾，如何科学统筹考验着这座城市。
图16-12 1931年、1998年和2016年武汉严重内涝场景
在海绵城市规划过程中，由不透水面的分布现状得到城市不透水的薄弱环节和区域；在建设过程中，要对海绵城市的理想区域(低不透水面比率区域)进行检测和保护，同时对不理想区域(高不透水面比率区域)进行改造，改造的过程同样依托于不透水面的分布(图16-13)。从城市热岛效应分析，对城市中不透水面的准确评估能预评估城市热岛效应的状况。从而在城市规划和建设中，合理、高效地制订绿化方案和提高植被覆盖率。对于区域洪涝灾害而言，借助土地利用类型的不透水面盖度差异估算分布式水文模型的参数，有助于在区域内洪水灾害评估中建立量化的模型。
按照“适应需要，定制服务；增强时效，降低费用；融合信息，提高效率”的总体指导思想，设计一套满足流域以及局部项目规划需求的不透水面提取方法，综合利用高分辨率遥感和多种地面现代测绘手段，将规划审批需要的不透水面控制指标进行分解计算，制作城市高精度不透水面专题数据。具体技术流程如下。
1.武汉市多尺度遥感影像获取和处理
选取武汉市南湖等典型水系，将空间分辨率为0.8m的资源三号和WorldView影像、Landsat卫星影像生成正射影像；将地图与影像进行匹配，对影像进行分割。
图16-13 武汉市海绵城市规划示意图
2.武汉市米级和分米级分辨率遥感影像样本库构建
深度学习的优势是可以学习到比人工设计特征更多的图像特征，然而当前都面临大样本库缺失的瓶颈。我们将首先针对高分辨率遥感影像不透水面提取需求，研究如何根据影像特点、地物尺度、影像质量构建一个样本量过万的米级和分米级分辨率遥感影像样本库，为未来武汉市构建基于深度学习模型的城市不透水面监测提供基础训练样本，这是武汉市海绵城市建设的本底数据库之一，是海绵城市建设最基础的数据库资源。
3.多尺度多特征融合的武汉市遥感不透水面信息提取模型构建
针对高分二号遥感影像，开发面向对象的不透水面提取，包括影像分割、阴影检测、影像分类、分类后处理、专题图制作等功能。(www.xing528.com)
在城市复杂地表区域，影响不透水面提取精度的阴影问题和树木遮挡问题并没有得到有效解决，仅使用高分辨率影像的光谱特征、空间特征来提取城市不透水面具有信息不足的先天缺陷。而研究融合武汉市多源数据的特征，实现对阴影区域或有遮挡区域不透水面的定量提取模型。
4.规划辅助指标分解
根据规划业务对流域或区域透水性指标要求，分解规划指标。
针对武汉市的中心城区，采用高分辨率遥感影像作为数据源，精确提取了武汉市米级分辨率尺度的不透水面分布。经过统计计算得知，目前武汉市中心城区不透水面所占的比例高达78.754%，这也揭示了武汉市近年来持续内涝的根本原因。
武汉市青山区南干渠片区是海绵城市示范区，图16-14为2014年该区域的资源三号高分辨率遥感影像，城市不透水面提取的结果是:透水面占42.5%，水面只有3.5%，不透水面高达54.0%。
图16-14 2014年武汉市青山区南干渠片区资源三号遥感影像及不透水面提取结果(绿色为透水面，蓝色为水面，红色为不透水面)
2015—2017年，该区域完成了海绵城市改造。图16-15为2017年该区域的WorldView高分辨率遥感影像，空间分辨率为0.5m。城市不透水面提取的结果是:透水面增加到57.8%，水面增加到4.3%，不透水面下降到只占37.8%。
图16-15 2017年武汉市青山区南干渠片区WorldView遥感影像及不透水面提取结果(绿色为透水面，蓝色为水面，红色为不透水面)
根据海绵城市规划控制指标，城市规划部门对每一块土地的透水性指标重新进行规划，并提交给城市建设部门以对该区域进行改造。以青山港驳岸改造为例，城市规划部门提供该区域的透水性指标，城市建设部门按照不同区段过流能力及景观要求，将青山港分别设计为植生挡土墙驳岸、生态缓坡驳岸、草阶驳岸、稻田肌理湿地驳岸。驳岸同步布置有雨水花园、植被缓冲带等海绵设施，进一步降低面源污染对港渠的影响。图16-16为青山区生态护岸线海绵改造后真实场景。
图16-16 青山区生态护岸线海绵改造后真实场景
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