《海绵城市遥感监测》书评
(1. 中国农业大学土地科学与技术学院, 北京 100193
2. 兰州交通大学建筑与城市规划学院, 兰州 730070)
摘要: 当前, 全球城市化进程不断加快, 城市内涝、水资源短缺等“城市病”愈发严重, 海绵城市建设成为解决城市水问题、实现生态可持续发展的重要途径。由邵振峰、张红萍所著, 科学出版社于2022年出版的《海绵城市遥感监测》, 紧密围绕海绵城市遥感监测的核心需求, 搭建起从理论模型、技术方法到实践应用的完整体系。该书以遥感技术为主要工具, 针对海绵城市下垫面、水系统、生态效应等关键监测对象, 创新提出“时—空—谱—角”协同观测模型、多源影像融合方法等技术。同时, 结合武汉市、珠海市横琴新区等实际案例, 充分验证了遥感技术在海绵城市规划、建设、运维全生命周期中的应用价值, 不仅为海绵城市遥感监测提供了理论支持与实践指导, 还填补了该领域系统性著作的空白。
关键词: 海绵城市, 遥感监测, 多源影像融合, 生态模型, 动态监测
DOI: 10.48014/fcmet.20250824001
引用格式: 李梦瑶, 盛双庆, 魏姝坤. 《海绵城市遥感监测》书评[J]. 中国机械工程技术学报, 2025, 4(2): 5-9.
文章类型: 书评
收稿日期: 2025-05-24
接收日期: 2025-06-21
出版日期: 2025-06-28
1 引言
我国城市化率已超过60%，城市下垫面过度硬化引发的“下雨就内涝、雨停就干旱”“水资源短缺与径流污染同时存在”等问题日益严峻。2021年郑州“7·20”特大暴雨事件，更是让城市水系统韧性建设的紧迫性凸显。
海绵城市采用“渗、滞、蓄、净、用、排”六位一体的生态治理模式，其建设效果需要长期、动态且大范围的监测技术来保障。遥感技术具备“大范围、多时相、多尺度”的优势，成为海绵城市监测的核心手段。
但城市复杂下垫面存在“同物异谱、异物同谱”现象，高层建筑与植被会产生阴影遮挡，多源数据协同也面临难题，这些都影响了监测精度。《海绵城市遥感监测》一书针对这些问题，整合了邵振峰教授团队20多年的城市遥感研究成果，并结合国家自然科学基金重大项目实践，全面阐述了海绵城市遥感监测的科学问题、技术方法与应用案例，为相关领域科研人员和规划从业者提供了既有理论深度又具实践操作性的参考资料。
2 正文
全书共9章，系统介绍了海绵城市遥感监测的理论、内容、方法以及当前和未来应用中的关键问题，可分为“理论基础篇”“技术方法篇”“应用实践篇”三部分，分别对应第1~3章、第4~6章、第7~9章。
2.1 理论基础篇
2.1.1 海绵城市遥感监测概述
本章梳理了海绵城市遥感监测的核心框架与研究目标，内容涵盖全球城市化进程中“城市病”的发展变化、海绵城市“回归自然水循环”的核心理念，以及海绵城市遥感监测的三大科学问题，即复杂场景海绵体“时—空—谱—角”监测、城市水系统布局智能优化、生态效应定量评估。同时，探讨了监测对象的确定方式，明确城市下垫面包括交通、建筑、绿地、裸土、水体五大要素，分析了研究应用随技术发展的变化趋势，以及城市化对城市水文生态的影响，尤其关注不透水面扩张导致地表径流增加、地下水补给减少等问题，强调了海绵城市遥感监测对支撑城市可持续发展的重要意义。
2.1.2 海绵城市遥感监测内容
本章总结了海绵城市遥感监测的内容体系及应用研究情况，涉及海绵城市全生命周期的监测需求，如规划阶段的生态本底调查、建设阶段的动态跟踪、运维阶段的成效评估;可运用的多源影像资源，像Landsat/Sentinel-2适用于大范围监测、无人机影像可用于精细调查、探地雷达能反演浅层土壤含水量;还包括遥感监测面临的关键问题及相应解决技术。这些内容为明确海绵城市监测重点、匹配不同场景数据源、突破影像云遮挡、阴影干扰、混合像元等技术难题提供了科学依据和实践指导。尽管不同监测场景对数据精度和时效要求不同，但本章通过系统梳理，为后续技术方法的阐述搭建了清晰的内容框架。
2.1.3 海绵城市遥感监测生态模型
本章着重分析了海绵城市遥感监测的三类核心生态模型，分别是海绵城市生态学碳水通量遥感监测模型、下垫面遥感观测和信息表达模型、生态学遥感监测模型。内容包括碳水通量模型基于涡度相关理论的构建思路，下垫面模型从传统VIS模型扩展到新增水体、绿色屋顶、透水铺装模块的VIS-WGrP模型的过程，以及生态学模型(如WaSSI-C模型)在水文生态效应评估中的应用流程。
同时，探讨了不同模型在量化海绵城市碳汇能力、优化下垫面信息表达、模拟流域水文过程中的作用，以及在全球气候变化背景下模型的适应性调整。这些模型体现了当代海绵城市遥感监测的核心理论问题，如碳水循环与碳汇的耦合机制、下垫面信息的精准表达、水文生态效应的定量评估等，反映出该领域理论研究的结构与方向。
2.2 技术方法篇
2.2.1 多尺度城市下垫面遥感监测方法
本章阐述了多尺度城市下垫面遥感监测在提高海绵城市监测精度、满足不同空间范围需求方面的关键作用。这些方法的适用性、精度和操作流程，会影响其在不同监测场景中的应用及最终效果，对海绵城市“天然+人工”海绵体协同监测十分重要。多尺度监测方法具有动态性，在像元、亚像元、对象、景观等不同空间尺度有着不同的应用趋势，且这种趋势会影响下垫面提取精度和海绵体识别完整性。
海绵城市遥感监测以多尺度方法为核心，高效利用不同分辨率影像是其核心目标之一。像元尺度的光谱指数法、亚像元尺度的混合像元分解法、对象/景观尺度的多尺度分割与图谱融合法，为实现不同尺度下垫面精准提取提供了关键技术，也为后续土地利用格局监测奠定了科学基础。
2.2.2 海绵城市土地利用空间格局遥感动态监测方法
在可持续发展理论指导下，本章旨在解决不同城市化阶段(中心商务区、郊区、城乡接合部)土地利用格局存在差异的问题，促进海绵城市“天然海绵体+人工海绵体”的协调布局，实现土地利用空间格局与水文生态需求的匹配。
土地利用格局动态监测是评估海绵城市建设成效的重要指标，需要结合长时间序列影像开展实证研究，并以同心圆模式、多中心模式等城市化理论为指导。通过构建跨尺度监测体系，关注土地利用格局的扩张特征(如长江三角洲不透水面“聚集—连通”规律)、扩散特征(如珠江三角洲年度增长差异)和收敛机制(如城市群不透水面扩张趋缓)，为海绵城市规划中的用地布局优化、海绵体选址提供政策依据和路径规划支持。
2.2.3 多源遥感影像融合的海绵城市监测方法
自遥感技术应用于海绵城市监测以来，多源数据融合技术发展迅速。从传统的成分替换(IHS变换)、多分辨率分析(小波变换)，到近年来基于深度学习的融合方法(如RSIFNN、ESRCNN模型)，极大地推动了多源数据的协同应用。虽然该技术在短期内取得了显著进步，能够解决单一数据源在空间、时间、光谱分辨率方面的不足，但仍面临不同传感器数据辐射归一化、平衡融合结果光谱保真度与空间细节等挑战。因此，根据不同场景(大范围动态监测、示范区精细调查)采取合适的融合策略，是提高监测精度的关键。
本章首先回顾了不同视角下多源影像融合的影响因素，概述了基础融合方法、时空谱融合方法、下垫面动态监测融合方法的发展历程;接着介绍了国内外主流的融合模型与验证指标，并结合武汉、珠海等地案例分析了融合方法的应用效果;最后，阐述了不同融合方法的特征，分析了典型场景的融合过程及其影响因素，探讨了阴雨天气、高层建筑密集区等复杂场景融合精度提升缓慢的原因。
2.3 应用实践篇
2.3.1 面向城市水系统的海绵城市遥感监测方法
本章从城市水系统组成、要素监测技术、洪涝承载力评估三个方面，阐述了面向城市水系统的海绵城市遥感监测的基础理论、方法和特征，揭示了水系统要素(水体范围、水质、降雨量、地表径流)监测中的技术适配机制。通过选取武汉市城市水系统洪涝承载力评估案例，解析了城市水系统遥感监测在识别内涝成因、量化海绵建设成效中的过程与机制。这不仅为理解城市水系统监测的核心逻辑提供了重要参考，也为其他城市开展水系统专项监测提供了科学依据。尤其在2021年郑州“7·20”暴雨等极端事件背景下，本章介绍的方法对提升城市水系统韧性具有重要的实践意义。
2.3.2 海绵城市遥感监测系统
本章深入探讨了我国海绵城市遥感监测系统的建设历程，指出监测系统已从单一功能发展为“数据-处理-应用”三级架构，系统功能不断完善，逐渐向智能化与业务化方向迈进。国家宏观政策(如海绵城市试点建设)推动着监测系统的需求升级与技术更新，促使系统从“科研型”向“应用型”转变。此外，还需建立健全系统建设标准，加快监测系统在不同城市的适配速度，确保全国海绵城市监测数据的互通共享。
同时，要加强系统模块集成(如不透水面提取、水质反演、成效评估模块)，引导不同规模城市(大城市开展全覆盖监测、中小城市进行重点区域监测)探索符合自身特点的系统建设路径，推动监测系统与海绵城市规划、建设、运维工作的深度融合。最后，以珠海市海绵城市遥感监测系统等实践案例为例，为不同城市共享系统建设经验、建立技术联动机制、实现监测系统高效落地提供支持，共同推动海绵城市监测的标准化发展。
2.3.3 海绵城市示范区遥感监测应用实践
本章以发展地理学理论为框架，分析了海绵城市示范区遥感监测的应用趋势及其驱动机制，特别强调武汉、珠海横琴新区、梧州等示范区作为实践载体，在技术方法验证和成效评估方面的重要作用。研究发现，2015—2022年海绵城市试点建设期间，尽管不同示范区的自然本底和建设重点存在差异，但遥感监测在示范区的应用整体呈深化趋势，其中珠海横琴新区等发达地区的监测精度和应用广度明显高于欠发达地区。
示范区的建设目标和资金投入对遥感监测的应用深度有一定影响，但技术适配性(如利用高分辨率影像监测透水铺装)仍在推动监测方法的推广。未来，海绵城市遥感监测应用仍将面临地区差异带来的挑战，不同示范区的监测需求与技术供给差异将长期存在，需要制定针对性方案，推动欠发达地区的技术应用和能力建设。同时，随着海绵城市在全国范围内推进，“天-空-地-水”一体化网络等智能化监测方式的兴起，将重塑示范区监测模式，为海绵城市建设成效评估提供新的动力。
3 结语
3.1 核心价值
《海绵城市遥感监测》的核心价值在于，首次构建起海绵城市遥感监测“理论-方法-实践”的完整体系，既填补了该领域系统性著作的空白，又为实际工程提供了可操作的技术方案。书中大量结合武汉、珠海、梧州等中国本土化案例，并融入深度学习、多源融合等前沿技术，体现出“理论创新与实践导向”的双重特点。对于遥感、地理信息、城市规划领域的研究者，该书提供了海绵监测的学术框架与技术路径;对于海绵城市建设从业者，书中的模型工具(如VIS-WGrP模型)、案例数据(如不同分辨率影像的适配方案)可直接用于业务工作。未来，随着珠海一号高光谱卫星等高分卫星组网以及AI算法的发展，书中提出的“时—空—谱—角”协同监测理念将进一步深化，为全国海绵城市建设提供更精准的技术支持。
从学术批判与实践需求看，该书存在局限:案例多聚焦武汉、珠海等发达地区，对欠发达地区亟需的低成本、轻量化监测方案探讨不足;虽提及郑州“7·20”暴雨等极端事件，却未系统提出监测技术优化方案;对全国统一监测指标与数据互通标准阐述较浅，易致“数据孤岛”;“时—空—谱—角”理念与“天-空-地-水”网络、AI监测的结合仅初步提及。
未来研究可重点聚焦:研发欠发达地区低成本技术，如简化模型、移动端轻量化工具;强化极端气候监测应急适配，用微波、热红外技术形成“事件-响应-评估”闭环;推进全国监测标准化，搭建数据共享平台，深化智能技术融合与AI预警，为海绵城市韧性建设提供精准支撑
利益冲突: 作者声明没有利益冲突。
[①] *通讯作者 Corresponding author:魏姝坤，11240664@stu.lzjtu.edu.cn
收稿日期:2025-05-24; 录用日期:2025-06-21; 发表日期:2025-06-28
参考文献(References)
[1] 邵振峰, 张红萍. 海绵城市遥感监测[M]. 北京: 科学出版社, 2022.
Book Review of Remote Sensing Monitoring of Sponge Cities
(1. College of Land Science and Technology, China Agricultural University, Beijing 100193, China
2. School of Architecture and Urban Planning, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China)
Abstract: Current with the accelerating pace of global urbanization, “Urban Diseases” such as waterlogging and water scarcity are becoming increasingly severe. Sponge city construction has emerged as a vital strategy to address these urban water issues and to promote ecological sustainability. Remote Sensing Monitoring of Sponge Cities, authored by Zhenfeng Shao and Hongping Zhang and published by Science Press in 2022, closely focuses on the core requirements of sponge city remote sensing monitoring, and builds a complete system from theoretical models, technical methods to practical applications. The book uses remote sensing technology as the main tool to monitor key monitoring objects such as the underlying surface, water system, and ecological effects of sponge cities It introduces innovative techniques, including the “time-spacespectrum- angle” collaborative observation model and multi-source image fusion methods. Drawing on case studies from Wuhan and Hengqin New Area in Zhuhai, the book demonstrates the practical value of remote sensing throughout the planning, construction, and operation of sponge cities. This work not only provides theoretical support and practical guidance for sponge city monitoring but also fills a critical gap in the literature with its systematic treatment of the subject.
Keywords: Sponge city, remote sensing monitoring, multi-source image fusion, ecological model, dynamic monitoring
DOI: 10.48014/fcmet.20250824001
Citation: LI Mengyao, SHENG Shuangqing, WEI Shukun. Book review of Remote Sensing Monitoring of Sponge Cities[J]. Frontiers of Chinese Mechanical Engineering and Technology, 2025, 4(2): 5-9.