高精度無人機影像園林綠化遙感測試應(yīng)用研究*

許兆軍

（湖南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，湖南 長沙 410007）

高精度無人機影像園林綠化遙感測試應(yīng)用研究*

許兆軍*

（湖南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，湖南 長沙 410007）

以無人機在湖南省江華縣航拍數(shù)據(jù)資料為基礎(chǔ)，開展了無人機航測遙感圖像的處理、解譯、實地調(diào)查等工作，建立了無人機航測遙感數(shù)據(jù)獲取—處理一應(yīng)用的完整作業(yè)流程，為無人機遙感園林綠化調(diào)查新方法的應(yīng)用提供了技術(shù)支持。研究摸索出了一套切實可行的方法，通過無人機遙感影像識別與解譯，查明了各類綠地的分布狀況，并對調(diào)查成果進行了評價，為申報園林城市提供了準(zhǔn)確的基礎(chǔ)資料。

無人機；遙感；園林綠化；園林城市

近年來，隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高，人們對城市生活環(huán)境的要求也日漸提高，建設(shè)生態(tài)城市越來越受到關(guān)注，城市綠化建設(shè)是生態(tài)城市的一個重要方面。城市的綠化現(xiàn)狀是進行綠化規(guī)劃與建設(shè)的重要依據(jù)，在創(chuàng)建園林城市的工作中起到了管理與監(jiān)控的作用。因此，開展綠化現(xiàn)狀調(diào)查，掌握精確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是非常有必要的。實踐證明，采用遙感技術(shù)不僅能夠準(zhǔn)確判定和量測綠化覆蓋面積，而且對判別綠地類型、結(jié)構(gòu)、空間布局乃至識別植物種類都十分有效。特別是無人駕駛飛行器遙感系統(tǒng)的出現(xiàn)，為城市的綠化建設(shè)提供了全新、現(xiàn)代化和便捷的技術(shù)支持，使遙感技術(shù)在城市中的應(yīng)用，從廣度、深度和精度上都有了較大的提高和發(fā)展。

1 研究區(qū)區(qū)概況

江華瑤族自治縣位于湖南省南端，萌渚嶺北麓。自古至今，人杰地靈，是全國瑤族人口最多、面積最大的瑤族自治縣，被譽為“神州第一瑤城”。根據(jù)江華瑤族自治縣公安局提供的數(shù)據(jù)，目前江華瑤族自治縣建成區(qū)總?cè)丝?.79萬人。按江華瑤族自治縣規(guī)劃局提供的建成區(qū)邊界，江華縣縣城建成區(qū)面積為7.45 km2。

2 遙感信息源及數(shù)據(jù)處理

2.1 無人機數(shù)據(jù)獲取

江華縣城市建成區(qū)園林綠化遙感調(diào)查利用IRSA-II型無人機飛行獲取的0.2 m遙感數(shù)據(jù)，完全滿足1∶1000比例尺的測圖精度。

2.2 航空影像后期處理流程

在獲取的航空影像飛行質(zhì)量基本滿足航測成圖的要求后，對航空影像利用VirtuoZo數(shù)字?jǐn)z影測量工作站制作工作區(qū)的數(shù)字正射影像圖。具體是通過在像對上量測地面控制點，并運用數(shù)字?jǐn)z影測量工作站生成該像對范圍內(nèi)的數(shù)字高程模型（DEM），然后對影像進行傾斜誤差和投影誤差改正，從而生成各單模型的數(shù)字正射影像圖。然后將多個數(shù)字正射影像拼接在一起，并進行圖像勻光處理后，按照一定范圍裁切出來的影像就是數(shù)字正射影像圖。

2.3 影像的處理方法

空中三角測量是航空影像后期處理的關(guān)鍵步驟，它利用少量地面控制點來計算一個測區(qū)中所有影像的外方位元素和所有加密點的地面坐標(biāo)。本次空三加密采用了VirtuoZo數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)中的VirtuoZo AAT+PATB程序。AAT（自動空三）模塊除半自動量測控制點之外，其它所有作業(yè)（包括內(nèi)定向、選取加密點、轉(zhuǎn)刺加密點、相對定向、模型連接和生成整個測區(qū)像點網(wǎng)）都可以自動完成。PATB光束法區(qū)域網(wǎng)平差程序具有高性能的粗差檢測功能和高精度的平差計算功能。

3 遙感綠化調(diào)查方法

3.1 城市綠地分類

《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》CJJ/T85-2002將城市綠地分為5大類（公園綠地、附屬綠地、防護綠地、生產(chǎn)綠地和其他綠地）、13中類、11小類。根據(jù)城市園林綠化遙感測定指標(biāo)的內(nèi)容和要求，在進行計算時，建成區(qū)里的水體和農(nóng)田應(yīng)從建成區(qū)總面積中去除，附屬綠地中分出居住、公共設(shè)施和道路綠地，剩余工業(yè)綠地、倉儲綠地、對外交通綠地、市政設(shè)施綠地和特殊綠地統(tǒng)稱為單位綠地。

園林綠化遙感測試的綠地分類及判定標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）公園綠地（G1）：指向公眾開放，以游憩為主要功能，兼具生態(tài)、美化、防災(zāi)等作用的綠地，包括市級、區(qū)級、居住區(qū)級各級公園，專題公園，小游園，街道廣場綠地等。其中，公園邊界圍合的面積均標(biāo)定為綠地；小游園圍合的面積中，綠化用地、綠地甬地、休息用的設(shè)施及小塊狀鋪裝、景觀亭臺、雕塑用地標(biāo)定為綠地，用于交通工具通行的道路不得標(biāo)定為綠地；廣場的種植用地、人工湖水面、噴泉水面、藤架垂直投影占地標(biāo)定為綠地面積，廣場零星樹木的投影面積及其他任何屬性用地不得標(biāo)定為綠地面積。

（2）生產(chǎn)綠地（G2）：為城市提供苗木、花草、種子的苗圃、花圃、草圃等圃地。其中，生產(chǎn)綠地邊界圍合內(nèi)的種植用地標(biāo)定為綠地；生產(chǎn)綠地的辦公用房、倉庫等設(shè)施用地不得標(biāo)定為綠地；生產(chǎn)綠地的溝、壟標(biāo)定為綠地；果林、苗圃等地規(guī)則式種植的植物在影像上呈星點狀分布，綠地標(biāo)定至該種植面積的邊緣線。

（3）防護綠地（G3）：城市中具有衛(wèi)生、隔離和安全防護功能的綠地。包括衛(wèi)生隔離帶、道路防護綠地、城市高壓走廊綠帶、防護林、城市組團隔離帶等。其中，工礦企業(yè)與生產(chǎn)綠地周圍的防護綠地，與公園綠地判定標(biāo)準(zhǔn)相同；無明顯種植邊界的片狀、帶狀、叢植的喬木林，以其樹冠垂直投影面積標(biāo)定為綠地，行植的防護林不得將其垂直投影面積標(biāo)定為綠地。

（4）附屬綠地（G4）：城市建設(shè)用地中綠地之外各類用地中的附屬綠化用地，包括居住用地、公共設(shè)施用地、工業(yè)用地、倉儲用地、對外交通用地、道路廣場用地、市政設(shè)施用地和特殊用地中的綠地等。其中，居住綠地是指城市居住用地內(nèi)社區(qū)公園以外的綠地，包括組團綠地、宅旁綠地、配套公建綠地、小區(qū)道路綠地等；道路附屬綠地是指道路廣場用地內(nèi)的綠地，包括行道樹綠帶、分車綠帶、交通島綠地、交通廣場和停車場綠地等；公共設(shè)施綠地就是指公共設(shè)施用地內(nèi)的綠地，公共設(shè)施用地指居住區(qū)及居住區(qū)級以上的行政、經(jīng)濟、文化、教育、衛(wèi)生、體育以及科研設(shè)計等機構(gòu)和設(shè)施的用地，包括行政辦公用地、商業(yè)金融業(yè)用地、文化娛樂用地、體育用地、醫(yī)療衛(wèi)生用地、教育科研設(shè)計用地、文物古跡用地及其他公共設(shè)施用地；單位附屬綠地是指除去居住綠地、公共設(shè)施綠地、道路綠地之外的附屬綠地。

（5）其他綠地（G5）：對城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、居民休閑生活、城市景觀和生物多樣性保護有直接影響的綠地。包括風(fēng)景名勝區(qū)、水源保護區(qū)、郊野公園、森林公園、自然保護區(qū)、風(fēng)景林地、城市綠化隔離帶、野生動植物園、濕地、垃圾填埋場恢復(fù)綠地等。其中，風(fēng)景林地是指具有一定景觀價值，在城市整體風(fēng)貌和環(huán)境中起作用，但尚沒完善游覽、休息娛樂等設(shè)施的林地。

參照上述分類標(biāo)準(zhǔn)，為方便綠地面積量算及各項綠化指標(biāo)體系的測試，園林綠化遙感測試分為5個一級類，對于附屬綠地劃分4個二級類，具體分類情況見圖1。

圖1 城市綠地分類Fig.1 Classifcation of urban green space

3.2 遙感解譯

遙感解譯是查明城市綠地現(xiàn)狀的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于在無人機影像上可以清楚的識別單株樹木、建筑物等地表信息，因此選擇“人機交互解譯”作為遙感解譯的技術(shù)方法。這種解譯方法既發(fā)揮了解譯工作者長期積累的圖像判讀經(jīng)驗，又充分利用了微機軟硬件環(huán)境的先進特點。解譯時根據(jù)解譯標(biāo)志對城市六類綠地分別勾繪。解譯標(biāo)志主要有：色調(diào)的均勻性與飽和度，陰影、暗紋、形態(tài)、大小、各地物之間的排列組合特征、地物形態(tài)等。

3.2.1 解譯標(biāo)志的建立

解譯標(biāo)志是遙感圖像解譯準(zhǔn)確性的保證。根據(jù)城市綠地特點，針對分類方案對各種綠地類型分別建立了解譯標(biāo)志。

色調(diào)、形態(tài)、坐標(biāo)是遙感圖像的三要素。其中，坐標(biāo)是固定的，色調(diào)與形態(tài)是遙感圖像最主要的兩個因素。在這兩個重要因素中，對城市綠地而言，形態(tài)反映了各類綠地的規(guī)模大小和幾何性質(zhì)，是區(qū)分不同綠地的關(guān)鍵因素；色調(diào)的變化是地物種類變化的標(biāo)志，各種綠地和各種非綠化用地均具有不同的色調(diào)級別，解譯工作中，色調(diào)對建立解譯標(biāo)志具有重要的指導(dǎo)作用。解譯標(biāo)志主要有：色調(diào)的均勻性與飽和度，陰影、暗紋、形態(tài)、大小、各地物之間的排列組合特征、地物形態(tài)等。因為在確定城市綠地類型時，要參照周圍地物進行判定，所以在建立解譯標(biāo)志時，除對各種植物種類建立了解譯標(biāo)志，對影像中其它有關(guān)地物亦建立了影像解譯標(biāo)志。建立解譯標(biāo)志的主要依據(jù)有：1）長年積累的衛(wèi)星影像解譯經(jīng)驗；2）野外實地調(diào)查資料；3）綠地固有的形態(tài)特征和波譜特征。

綠色植物構(gòu)成了各種城市綠化用地的主體，在綠化用地中或者以單種形式出現(xiàn)，或者以多種組合形式出現(xiàn)。江華縣城市建成區(qū)各類地物及綠色植物在航空圖像上的解譯標(biāo)志如下：

（1）公園綠地解譯標(biāo)志

色調(diào)上綠色、淺綠色和墨綠色的各種色調(diào)有規(guī)律的相間排列，形態(tài)上云朵狀的闊葉林和面狀分布的花草地呈現(xiàn)藝術(shù)布局，規(guī)模宏大，陰影少見，多有水域點綴其中，而人工建筑物分布稀疏（圖2）。

（2）生產(chǎn)綠地解譯標(biāo)志

生產(chǎn)綠地主要是苗圃、草圃，分布在城市建成區(qū)周邊，其影像特征為規(guī)則排列的花草苗木，呈片狀分布，具有一定規(guī)模，呈深綠色，有時可見田埂，規(guī)則條帶狀紋形（圖3）。

圖2 公園綠地Fig.2 Park green space

圖3 生產(chǎn)綠地Fig.3 Production green space

（3）防護綠地解譯標(biāo)志

形態(tài)上呈線狀排列，延伸較長，例如，河道、鐵路、電網(wǎng)兩側(cè)的隔離帶，一般樹木較高較直，影像上色調(diào)較深，灌木和草地色調(diào)較淺。其中，灌木呈綠色，小斑點狀影紋，樹冠較??；草地呈淺綠色，較規(guī)則形態(tài)，無陰影，紋理光滑細膩（圖4、5）。

圖4 河道防護綠綠地Fig.4 River protection green green space

（4）附屬綠地解譯標(biāo)志

主要分布于建筑物、且有規(guī)律排列的城區(qū)和城市街道兩旁或街道中間，建筑物邊的綠地既有綠色、云朵狀的喬木，也有淺綠色的面狀草地，還有墨綠色、線狀或環(huán)狀展布的灌木花草等。街道兩旁的綠地以闊葉林為主，有規(guī)律的沿街道呈線狀展布，深綠色色調(diào)，云朵狀形態(tài)，陰影發(fā)育；街道中間的綠地以花草為主，淺綠色，色調(diào)均勻柔和，塊狀影紋，形態(tài)規(guī)則（圖6、7、8）。

圖5 鐵路防護綠地Fig.5 Railway protection green space

（5）其他綠地解譯標(biāo)志

主要分布在建城區(qū)尚未開發(fā)的地段，有成片山林的，亦解譯為其他綠地。影像上以密集排列的闊葉林為主，色調(diào)較深，陰影發(fā)育，建筑物稀疏，局部有水域分布，多喬木，呈深綠色，大斑點狀影紋，陰影發(fā)育，單棵樹可見樹冠（圖9）。

3.2.2 遙感影像解譯

城市綠地遙感解譯采用制作解譯專題影像圖的方式進行，將每種類型用地中的綠色信息分別提出，從而完成綠地分類工作。采用此種方法，可保證絕大部分的綠色信息劃分到相應(yīng)的綠地類型中。

圖6 單位綠地Fig.6 Unit green space

圖8 道路綠地Fig.8 Road green space

在具體的操作過程中，（1）利用遙感影像圖、城市用地現(xiàn)狀圖、城市綠化現(xiàn)狀圖等，根據(jù)《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)》及《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》，在地理信息系統(tǒng)軟件、AutoCAD等軟件輔助下制作城市用地分類專題圖；（2）在遙感圖像處理軟件中對配準(zhǔn)、融合后的城市遙感數(shù)據(jù)進行綠色信息自動提?。唬?）利用計算機自動分類工具，根據(jù)城市用地分類專題圖，對提取的綠色信息進行分類，從而得到各種類型用地中的綠色信息；利用空間分析軟件對各類園林綠地進行分析，并制作園林綠化現(xiàn)狀遙感解譯影像圖及各類綠地分布專題圖等圖件。

圖7 居住綠地Fig.7 Residential green space

圖9 其他綠地Fig.9 Other green

在綠色信息提取過程中，利用計算機自動提取綠色信息，利用影像圖進行用地分類，難免會出現(xiàn)錯分、漏提、不確定等現(xiàn)象，為確保城市園林綠地指標(biāo)計算的準(zhǔn)確性，需對建成區(qū)內(nèi)綠色信息進行人機交互解譯。在疊加遙感影像的綠地分類圖層上，對每塊綠地進行檢查，對不確定的綠地圖斑進行實地調(diào)繪。最終調(diào)查結(jié)果如圖10所示。

圖10 江華縣園林綠化遙感調(diào)查圖Fig.10 Remote sensing survey of landscape architecture in Jianghua County

4 結(jié)論

（1）城市綠化的現(xiàn)狀調(diào)查能為城市綠化的規(guī)劃和建設(shè)提供直接、重要依據(jù)。通過使用高精度無人機影像，成功的完成了江華縣園林綠化遙感調(diào)查，查明了各類綠地的分布狀況，并對調(diào)查成果進行了評價，為江華縣申報省級園林縣城提供了準(zhǔn)確的基礎(chǔ)資料。

（2充分發(fā)揮高精度無人機遙感數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，進行城市綠化景觀格局分析和動態(tài)研究，可以更好的為城市園林規(guī)劃，管理和建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

[1]侯碧清，譚寬祥，李家湘.運用QUICKBIRD衛(wèi)星影像調(diào)查株洲市園林綠化現(xiàn)狀[J].林業(yè)調(diào)查規(guī)劃, 2OO5，30(1): 8-12.

[2]袁東升.應(yīng)用遙感技術(shù)進行城市綠化現(xiàn)狀調(diào)查的研究[J].中國園林，200l，17(5): 74-76.

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Application of High Precision UAV Image in Landscaping Remote Sensing Survey Investigation

Xu Zhaojun
(Hunan General Geological Environmental Monitoring Station, Changsha Hunan 410007)

On the basis of data information collected by UAV from Jianghua county, We carried out the processing and interpretation of UAV remote sensing images, and then rechecked the correctness of the results.The whole work flow about UAV remote sensing data procurement, process and application was proposed.It will provide the technical support for the new method of UAV remote sensing in landscaping investigation.Found out a set of practical methods for the application of UAV remote sensing in landscaping investigation.By the identifcation and interpretation of UAV remote sensing image, it can be investigated the distribution characteristics of all kinds of green spaces and investigation results were evaluated.Garden city for the declaration provides accurate basic data.

UAV; remote Sensing; landscaping; garden city

P237

A

中國地質(zhì)調(diào)查局“長江中游地區(qū)國土遙感綜合調(diào)查”項目（12120115064801）資助。

*第一作者簡介 許兆軍，男，1978年生，高級工程師，研究方向：遙感地質(zhì)調(diào)查、遙感技術(shù)應(yīng)用。E-mail: xzjhnrs@163.com

2016-10-3；改回日期：2016-10-17。