利用航空影象進(jìn)行城市綠色資源專題提取研究

李瑞鋒 張昊瓊 張宇瓊

（1.河南省遙感測繪院，河南 鄭州 450000；2.河南省測繪工程院，河南 鄭州 450000）

1 航空攝影測量簡介

航空攝影測量主要是利用航空器得到被攝物體的影像，通過一系列技術(shù)手段來獲取各種地理信息。 攝影測量的特點是不接觸被測對像， 間接地采集被測對像的幾何信息和物理信息，不受地區(qū)、國界限制，量測工作和信息獲取分別進(jìn)行；量測工作大部分在室內(nèi)進(jìn)行，避免了大量的外業(yè)勞動和繁雜的數(shù)據(jù)計算；機(jī)械化和自動化程度高。 優(yōu)質(zhì)的航空影像是從事航空攝影測量的基礎(chǔ)。

2 城市綠色資源

2.1 城市綠色資源的主要組成

公園綠地、生產(chǎn)綠地、防護(hù)綠地、附屬綠地、生態(tài)涵養(yǎng)林區(qū)。 它們在城市中所處的位置與功能大不相同，但都是城市綠色資源的有機(jī)組成部分。

2.2 城市綠色資源的生態(tài)效應(yīng)

城市綠色資源近年來受到越來越多的重視， 究其原因在于通過城市綠化可以緩解城市氣候效應(yīng)、 改善城市環(huán)境質(zhì)量，具有顯著的生態(tài)效應(yīng)。 大多數(shù)綠化植物對空氣的凈化具有一定的作用。 綠色植物可以有效吸收二氧化碳、二氧化硫等廢氣和有毒氣體，釋放氧氣。 另外還可以抗污滯塵，對于降低粉塵污染也有顯著效果。 綠色植物對城市的溫度、濕度具有明顯的調(diào)節(jié)作用，對于減低環(huán)境噪音也有很大的幫助。

3 航空影像在城市綠色資源提取中的研究

筆者曾參與 “鄭州市涵養(yǎng)林綜合匯總項目”。 鄭州市從2005 年開始進(jìn)行生態(tài)涵養(yǎng)林建設(shè)項目，到2008 年底基本完成。在項目建設(shè)的同時，關(guān)于相關(guān)信息提取的工作也同步進(jìn)行。 鄭州市涵養(yǎng)林的建設(shè)范圍包括鄭州城郊以及下轄五市一縣，不但包括涵養(yǎng)林建設(shè)后專門建設(shè)的林場， 同時還包括原有林場、農(nóng)民自留地上種植的樹木、“退耕還林”林地等，面積廣袤，地形復(fù)雜、林種繁多，利用常規(guī)統(tǒng)計方法很難得到及時、準(zhǔn)確、有效的結(jié)果。 后決定采取航空攝影測量方法， 分別于2005 年3 月、2007 年12 月以及2008 年11 月進(jìn)行三次航飛作業(yè)， 完成了對整個林區(qū)的航拍任務(wù)，通過內(nèi)業(yè)測圖與外業(yè)調(diào)繪結(jié)合、內(nèi)業(yè)圖上判讀等技術(shù)手段，及時、準(zhǔn)確地獲取了各階段建設(shè)面積、林區(qū)總面積、樹種分布及面積等信息，同時這些航片也在提供林區(qū)病蟲害預(yù)警、病蟲害面積統(tǒng)計、林木生長情況分析等方面發(fā)揮了巨大的作用。

3.1 城市綠地面積的統(tǒng)計

在航空影像上，不同地物有不同的影像特征。 這些影像特征是判讀識別各種地物的依據(jù)，這種依據(jù)就叫做遙感影像解譯標(biāo)志，又叫判讀標(biāo)志。 解譯標(biāo)志可分為直接解譯標(biāo)志和間接解譯標(biāo)志。 在對于精度要求不高的情況下，可以直接在航空像片上進(jìn)行判讀。 如果需要精確統(tǒng)計的話，則需要在計算機(jī)上借助專門的軟件來實現(xiàn)。 在計算機(jī)內(nèi)對綠化進(jìn)行解譯時，能把綠化覆蓋的邊界準(zhǔn)確地勾繪出來， 為統(tǒng)計結(jié)果的準(zhǔn)確性打下基礎(chǔ)。另一方面，利用計算機(jī)對綠化面積進(jìn)行統(tǒng)計，可以避免采用求積儀進(jìn)行人工量算時的操作誤差，從而獲得精確的面積統(tǒng)計結(jié)果。 待調(diào)查區(qū)域內(nèi)所有的綠化都解譯完后，利用GIS 軟件中的面積統(tǒng)計功能計算不同功能類別的綠化覆蓋面積和總的綠化覆蓋面積，再結(jié)合土地面積、人口數(shù)可計算出綠化覆蓋率、綠地率以及人均綠地面積等綠化水平的評價指標(biāo)。

3.2 記錄和分析不同生長期的植物

現(xiàn)在的航攝儀可以提供高精度的彩色照片。 所以可以很直觀地得到很多信息。 植物對不同光譜段能量的反射和吸收的狀況與其葉綠素含量有關(guān)， 葉綠素能夠大量反射近紅外能量，而吸收大部份的可見光波段的能量。 健康的綠色植物含有大量的葉綠素，通常反射40～50%的近紅外（0.7～1.1μm）波段的能量，吸收將近80～90%的可見光波段（0.4～0.7μm）的能量。 相反，枯萎和衰老植物的在可見光波段所反射的能量要大大高于健康植物的反射值，而在近紅外波段所反射的能量則要低于健康植物的反射值。 因此，在彩紅外影像中，處于成長期的健康植物呈現(xiàn)出紅色，植物越嫩，紅色越鮮艷；枯萎和衰老的植物則不呈現(xiàn)紅色，而是黃偏紅的顏色。 這樣，處于不同生長期的植物就能明顯地區(qū)分出來。

3.3 覆蓋面積的季節(jié)變化分析

如果航片是冬季所攝， 則道樹中落葉樹的樹冠面積要比夏季有明顯減小，可以結(jié)合落葉樹形態(tài)、生態(tài)習(xí)性加以分析，以便估算出行道樹在夏季的覆蓋面積。 以鄭州市區(qū)為例，行道樹中以法桐較為典型，該樹種屬于落葉樹，冬季時絕大部分樹葉和小樹枝枯落，同時某些樹被修剪，樹冠直徑縮小；春、夏季時再生新枝，樹葉茂盛，覆蓋面積擴(kuò)展，直徑外延。 生長期內(nèi)的樹枝，一般以向陽、向上方式生長，依據(jù)園林部門的積累的經(jīng)驗數(shù)值，其平面拓展的狀況為樹冠直徑外延0.5～1 米。 根據(jù)該經(jīng)驗數(shù)值可以大體估算出夏季行道樹覆蓋的拓展面積，進(jìn)而得出夏季綠化覆蓋的增加比例。

3.4 綠色資源信息更新分析

調(diào)查區(qū)域內(nèi)的綠色資源信息經(jīng)矢量化成圖后， 各個綠化單元的邊界就被確定下來。 將來綠化如果有增加和改造，只要在矢量圖上將相應(yīng)的部分做修改，變化信息實時地在矢量圖上反映出來，并能很快獲得新的統(tǒng)計結(jié)果，從而實現(xiàn)綠化信息的快速更新。

4 結(jié)束語

隨著科學(xué)水平的不斷提高，航空攝影測量的成圖快捷、經(jīng)濟(jì)的特點將得到更好的體現(xiàn)，也將得到更廣泛的應(yīng)用。 利用航空影象對城市綠色資源專題提取的研究相對于傳統(tǒng)的測量手段精確性、可靠性、高效率、易于更新等優(yōu)點，將為城市綠化的規(guī)劃和建設(shè)提供直接、重要依據(jù)。

[1]王之卓.攝影測量原理.武漢：武漢測繪科技大學(xué)出版社.1990

[2]閆利，劉繼琳，林宗堅.利用數(shù)字化彩紅外航空影像進(jìn)行城市綠化覆蓋調(diào)查.武漢大學(xué).1999