基于遙感影像的城市綠地信息提取及分析

劉安興

摘要：目前遙感技術(shù)尤其是遙感影像技術(shù)的處理水平越來(lái)越高，其在城市綠地信息提取中的應(yīng)用能夠使得城市規(guī)劃、國(guó)土等部門(mén)對(duì)城市綠地覆蓋面積進(jìn)行動(dòng)態(tài)掌握并優(yōu)化，因此得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。文章通過(guò)對(duì)遙感影像的處理方法進(jìn)行分析，對(duì)城市綠地信息提取與分析過(guò)程中遙感影像技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要探討。

關(guān)鍵詞：遙感影像；城市綠地；信息提取與分析

1.遙感影像與城市綠地概念

遙感影像是建立在遙感技術(shù)的基礎(chǔ)之上的，不同的物體都有其特定的光譜特性，遙感技術(shù)主要是運(yùn)用遙感衛(wèi)星、飛行器以及傳感器等設(shè)備對(duì)地面物體的電磁輻射信息進(jìn)行收集，從而獲得地面物體的信息。遙感影像便是這些信息進(jìn)行分類、收集并成像后的相片，遙感影像多指航空相片和衛(wèi)星相片。城市綠地是整個(gè)城市生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中的重要子系統(tǒng)，對(duì)于整個(gè)城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與城市居民的生活水平有著重要影響。因此，對(duì)綠地信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)掌握，有助于提高城市的整體生態(tài)水平、優(yōu)化綠地空間分布結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。在對(duì)城市綠地信息進(jìn)行提取過(guò)程中，遙感影像技術(shù)優(yōu)勢(shì)巨大，觀測(cè)范圍廣、信息采集量大且影像清晰，收集方法多且耗時(shí)少，在經(jīng)濟(jì)性與效率性方面尤其突出。

2.遙感影像處理方法

2.1遙感影像處理內(nèi)容。遙感技術(shù)的最終目的是對(duì)探測(cè)事物的屬性進(jìn)行獲取，對(duì)應(yīng)到城市綠地信息提取中，就是對(duì)綠地類型、覆蓋范圍、結(jié)構(gòu)分布甚至綠地植被的信息進(jìn)行掌握與了解，為后期城市綠化系統(tǒng)規(guī)劃提供基礎(chǔ)。在遙感影像的運(yùn)用過(guò)程中，需對(duì)遙感影像在成像過(guò)程中的誤差率進(jìn)行降低，提高影像中的有效信息。遙感影像的處理一般需要經(jīng)過(guò)影像校正、變換、增強(qiáng)與分類等幾個(gè)步驟，借助于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)遙感影像進(jìn)行處理。分類過(guò)程主要包括分類模版的建立與評(píng)價(jià)、影像分類提取與精度評(píng)價(jià)等。

2.2遙感影像處理方法。在遙感影像處理過(guò)程中，通常有以下幾種處理方法。首先，是監(jiān)督分類提取方法。監(jiān)督分類也稱為訓(xùn)練分類，其主要原理是通過(guò)對(duì)影像上的不同類別分別設(shè)定訓(xùn)練區(qū)，然后運(yùn)用計(jì)算機(jī)將影像上其他區(qū)域與設(shè)定區(qū)進(jìn)行分析比較，將滿足一定相似度的區(qū)域歸類到相同樣本中。其主要過(guò)程如下，對(duì)特征波段、訓(xùn)練區(qū)與訓(xùn)練分類器進(jìn)行選擇，然后進(jìn)行分類，最后按照一定的分類精度對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。監(jiān)督分類法又包含最小距離分類、馬氏距離分類、平行體分類和最大似然分類等，這些分類法各有優(yōu)點(diǎn)，但總體上都具有計(jì)算耗時(shí)時(shí)間短、且考慮類型內(nèi)部變化等。其次，是非監(jiān)督分類法。該分類方法采用統(tǒng)計(jì)的原理，對(duì)影像中本身的統(tǒng)計(jì)特征與分布情況進(jìn)行非干預(yù)分類，即在進(jìn)行分類之前不對(duì)影像內(nèi)容與類別進(jìn)行人為辨別，因此非監(jiān)督分類法的優(yōu)勢(shì)在于^為影響因素較少，自動(dòng)化程度高，且對(duì)具體的地物知識(shí)沒(méi)有要求限制。非監(jiān)督分類方法不依賴樣本，通過(guò)像元間的相似性進(jìn)行分類與合并。最后，是模糊e均值方法，遙感影像中通常包含多種地物混合體，因此其光譜特性也屬于混合狀態(tài)，該方法正是基于這種特性，通過(guò)對(duì)地物的光譜進(jìn)行辨別，判斷其光譜的隸屬類別，從而達(dá)到分類的目的。常見(jiàn)的有模糊c均值算法（FCM）與模糊C均值聚類算法，前者主要是在目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，優(yōu)點(diǎn)是對(duì)數(shù)據(jù)聚類中心的隸屬程度采用數(shù)值來(lái)表示，不依賴聚類中心，能夠充分發(fā)揮模糊數(shù)學(xué)的優(yōu)勢(shì)，后者則主要以硬C均值算法為基礎(chǔ)。

3.基于遙感影像的城市綠地信息提取與結(jié)果分析

3.1城市綠地信息調(diào)查。在城市綠地信息提取應(yīng)用過(guò)程中，首先需要對(duì)城市綠地信息進(jìn)行調(diào)查，包括城市綠地的光譜特征、遙感技術(shù)應(yīng)用以及主要植被的指數(shù)類型等。城市綠地的光譜特征主要指的是各類植被的光譜特征，識(shí)別過(guò)程中主要依據(jù)反射率，通過(guò)分析不同的植反射率漲落區(qū)別，對(duì)植被類型進(jìn)行判別。此外，城市植被具有分布不規(guī)律但圖案規(guī)則，同時(shí)栽種密度大、種類多的特點(diǎn)，這類特點(diǎn)常用作于城市綠地遙感特征識(shí)別。遙感技術(shù)應(yīng)用主要對(duì)城市的自然環(huán)境、綠色植物樹(shù)種、草地、防護(hù)綠地等歷史信息與城市往年調(diào)查結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，便于提高后期遙感影像分類精度。主要植被的指數(shù)類型指的是能夠反映城市綠地植被的覆蓋程度以及生長(zhǎng)活力的一個(gè)參照指標(biāo)，是對(duì)于植被、土壤性質(zhì)、環(huán)境影響的一個(gè)綜合指數(shù)，該指數(shù)能夠?qū)b感影像的解譯進(jìn)行增強(qiáng)，在城市綠地信息評(píng)價(jià)與識(shí)別方面被廣泛應(yīng)用。

3.2遙感影像信息提取。遙感影像信息的提取主要是對(duì)影像中的同類地物進(jìn)行歸類提取。由前文可知，提取過(guò)程中主要采用監(jiān)督分類、非監(jiān)督分類以及模糊C均值方法進(jìn)行。以某城市綠地信息提取為例，采用影像監(jiān)督分類的方法進(jìn)行。在該城市綠地信息中，將地物類型分成水體、綠地、耕地、城鎮(zhèn)以及新開(kāi)發(fā)建設(shè)用地五種類型，然后按照監(jiān)督分類步驟進(jìn)行分類。在完成分類模板的定義評(píng)價(jià)之后，得到其類別可能性矩陣圖，以及分屬于不同類型的區(qū)域。然后依據(jù)此可能性矩陣對(duì)該城市綠地影像進(jìn)行聚類分析與判斷，生成各地物類型面積統(tǒng)計(jì)表，并依據(jù)影像的光譜特征對(duì)地物類型進(jìn)行處理，得到最終的分類結(jié)果。最后，通過(guò)隨機(jī)抽樣的方法對(duì)分類結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類精度評(píng)價(jià)與實(shí)際考察檢驗(yàn)，對(duì)檢驗(yàn)過(guò)程中得到的一系列隨機(jī)采樣點(diǎn)，運(yùn)用相應(yīng)的精度評(píng)價(jià)模塊與計(jì)算矩陣，得出該城市綠地信息中水體、綠地、耕地、城鎮(zhèn)以及新開(kāi)發(fā)建設(shè)用地的分類精度指數(shù)后，與監(jiān)督分類精度要求進(jìn)行對(duì)比，看是否符合要求。

3.3遙感影像結(jié)果分析。在對(duì)城市綠地遙感影像的結(jié)果分析中，首先依據(jù)實(shí)際情況選用合適的分類方法，例如，某地區(qū)的監(jiān)督分類過(guò)程中，由影像內(nèi)容可得出綠地主要集中在北部且呈塊狀分布，有小塊綠地的區(qū)域主要是城市公園，城鎮(zhèn)集中在中南部，而新開(kāi)發(fā)建設(shè)用地則集中在西北地區(qū)等。其次，依據(jù)遙感影像分析結(jié)果，結(jié)合城市往年的歷史數(shù)據(jù)和未來(lái)的城市規(guī)劃數(shù)據(jù)，對(duì)該城市的建設(shè)現(xiàn)狀以及未來(lái)建設(shè)目標(biāo)制定相應(yīng)的目標(biāo)與措施?？偨Y(jié)：國(guó)家城市化進(jìn)程逐漸加快，而自然生態(tài)環(huán)境正受到嚴(yán)重的破壞，因此，城市綠地信息成為國(guó)家進(jìn)行規(guī)劃的重要參考，通過(guò)遙感影像對(duì)城市綠地信息提取與分析，能夠?yàn)槌鞘薪ㄔO(shè)規(guī)劃提供合理的方案參照與依據(jù)，在宏觀上促進(jìn)城市綠色系統(tǒng)的建設(shè)與調(diào)控，為改善城市生態(tài)環(huán)境做出貢獻(xiàn)。