基于無人機(jī)載激光雷達(dá)的大學(xué)校園綠地三維綠量與生態(tài)效益研究
——以廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例

肖萬娟 唐健靈 駱姚瑤

（廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545004）

隨著時(shí)代的發(fā)展，大學(xué)校園綠地對(duì)于大學(xué)人才培養(yǎng)所承載的功能也發(fā)生了新的變化，各種校園綠地。不僅為師生提供美學(xué)景觀和休閑活動(dòng)場所，更兼具固碳釋氧、降溫增濕等生態(tài)效益，能明顯改善人居環(huán)境。眾多研究表明，綠地生態(tài)效益的好壞與三維綠量有明顯的相關(guān)性［1，2］。

三維綠量（living vegetation volume，LVV）又稱綠化三維量，是指樹木樹冠所占據(jù)的空間體積，以m3來計(jì)算［3-5］。三維綠量作為城市綠化體系的第一個(gè)立體指標(biāo)，可以更全面、更準(zhǔn)確地分析校園綠化的環(huán)境效益以及校園綠化群落布局的合理性。朱文泉等［6］、周堅(jiān)華［7］、劉常富等［8］以模擬方程法、平面量模擬立體量法、立體量推算立體量法等方法測算了上海、沈陽等城市整體的三維綠量，取得了良好的效果。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，韋雪花等［9］、王佳等［10］、楊全月等［11］、李肖肖等［12］、劉芳等［13］、徐偉恒等［14］以地面三維激光掃描儀、背包式激光雷達(dá)系統(tǒng)等獲取樹木點(diǎn)云數(shù)據(jù)，運(yùn)用體元模擬法、臺(tái)積法、凸包法、冠層葉面積密度法、不規(guī)則三角網(wǎng)TIN 的原理算法、不規(guī)則體切片分割累加算法等方法實(shí)現(xiàn)了樹冠體積的自動(dòng)化提取，進(jìn)行了三維綠量的估算。與傳統(tǒng)的野外實(shí)測結(jié)合“冠徑—冠高—體積”公式計(jì)算三維綠量對(duì)比而言，基于樹木點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維綠量估算更快捷有效、全面準(zhǔn)確、符合實(shí)際。

目前國內(nèi)對(duì)生態(tài)效益及其價(jià)值評(píng)估的研究多集中于省、市等大尺度，小尺度的大學(xué)校園綠地研究較少［1］。大學(xué)校園綠地存在植物種類多樣，結(jié)構(gòu)層次相對(duì)復(fù)雜等特點(diǎn)，開展大學(xué)校園綠地三維綠量與生態(tài)效益及其價(jià)值評(píng)估的融合研究，實(shí)現(xiàn)用生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)角度評(píng)估校園綠地生態(tài)效益及其價(jià)值，提高師生的環(huán)保意識(shí)，促進(jìn)生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制的建立，為大學(xué)校園綠地的生態(tài)保護(hù)方案和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院是國內(nèi)首家以“生態(tài)”命名的高職院校，位于廣西壯族自治區(qū)柳州市北部生態(tài)新區(qū)，創(chuàng)辦于1956 年，是全國生態(tài)文明教育特色學(xué)校，曾獲廣西壯族自治區(qū)“綠色大學(xué)”、“森林校園”等稱號(hào)。學(xué)校占地面積（含教學(xué)實(shí)驗(yàn)林場）1200 hm2，建成區(qū)面積52.07 hm2，現(xiàn)有綠地面積25.3806 hm2，綠地率48.75%，人均綠地面積14.47 m2。學(xué)校地處中亞熱帶向南亞熱帶過渡的季風(fēng)氣候區(qū)，溫度適宜，日光充足，雨量充沛，綠化植物約283 種，隸屬86 科194 屬，構(gòu)成綠地系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)綠化樹種有八月桂（Osmanthussp.）、鐵冬青（Lex rotunda Thunb）、洋紫荊（Bauhinia variegata L.）、羅漢松（Podocarpus macrophyllus（Thunb.）D.Don）、紅花天料木（Homalium hainanense Gagnep.）假檳榔（Archontophoenix alexandrae（F. Muell.）H. Wendl.et Drude）、蒲葵（Livistona chinensis（Jacq.） R. Br.）、海南黃花梨（Dalbergia odorifera T.Chen）、木棉（Bombax ceiba L.）等。學(xué)校堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、綠色低碳發(fā)展理念，努力創(chuàng)建國家AAAA 級(jí)旅游景區(qū)。

為研究方便，根據(jù)不同的使用功能將校園綠地分為6 個(gè)區(qū)，具體見圖1，分別是1 教研文化區(qū)、2教職工住宅區(qū)、3 學(xué)生住宿區(qū)、4 體育運(yùn)動(dòng)區(qū)、5 休閑游憩區(qū)、6 后勤服務(wù)區(qū)（圖1，6 區(qū)占比面積較小，僅點(diǎn)綴少量零星樹木，不納入此次研究范圍）。

圖1 功能分區(qū)圖

1.2 無人機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取

1.2.1 無人機(jī)

使用大疆M300RTK 無人機(jī)平臺(tái)掛載大疆禪思L1 激光雷達(dá)。大疆經(jīng)緯M300RTK 無人機(jī)最大起飛質(zhì)量9 kg，續(xù)航時(shí)間55 min，外形尺寸（長寬高）810 mm×670 mm×430 mm，飛行高度95 m，飛行速度：9 m/s。大疆禪思L1 大?。ㄩL寬高）152 mm×110 mm×169 mm，質(zhì)量930±10 g，測量平面精度10 cm@50 m，高程精度5 cm@50 m，掃描速度最大480000 點(diǎn)/秒。

1.2.2 采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)

于2022 年6 月23 日對(duì)校園5 個(gè)主要功能區(qū)內(nèi)的喬、灌木進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，根據(jù)樹木疏密程度、分布情況規(guī)劃航線，航線具體參數(shù)：高度95 m，旁向重疊度50 %。部分樹木密集區(qū)域使用單一無人機(jī)采集手段無法獲取完整樹冠數(shù)據(jù)，配合使用手持激光雷達(dá)從樹下進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，并在控制點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行控制采集，用于后續(xù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

1.2.3 三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理

使用無人機(jī)激光及手持激光采集的GNSS 數(shù)據(jù)、慣導(dǎo)數(shù)據(jù)、SLAM 數(shù)據(jù)分別進(jìn)行軌跡解算，再由點(diǎn)云原始數(shù)據(jù)通過軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行融合結(jié)算得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)，無人機(jī)采集的激光數(shù)據(jù)具備CGCS2000 坐標(biāo)系統(tǒng)，手持激光數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將兩套點(diǎn)云數(shù)據(jù)融合成一套數(shù)據(jù)，得到整個(gè)校園主要功能區(qū)綠地完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)成果。采用柵格法［15］對(duì)所得到的校園綠地點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡處理，即通過構(gòu)建基于長方體包圍的三維體素柵格，選擇每個(gè)小柵格容納的點(diǎn)云個(gè)數(shù)，確定長方體內(nèi)每個(gè)小柵格的邊長及小柵格的重心，以其重心近似該小柵格周圍的所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)，所有體素化柵格處理完后得到精簡點(diǎn)云。

1.2.4 樹冠體積與三維綠量計(jì)算

以三維激光掃描獲取的樹木點(diǎn)云數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，采用不規(guī)則三角網(wǎng)（Triangulated irregular network，TIN）計(jì)算各功能區(qū)樹冠冠體體積［13］。不規(guī)則三角網(wǎng)TIN 是將精簡后的樹木點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立連續(xù)覆蓋整個(gè)研究區(qū)域且互不交叉、互不重疊的不規(guī)則三角形網(wǎng)格，通過不規(guī)則三角形網(wǎng)TIN 原理方法直接實(shí)現(xiàn)樹冠體積的自動(dòng)計(jì)算，以此完成各功能區(qū)單株植物三維綠量的計(jì)算，此方法具有操作簡單、效率高、適用性強(qiáng)的特點(diǎn)。

草地綠量由草坪面積乘以高度獲得，由于草坪常修剪高度保持在5 cm，以此作為計(jì)算的高度。

1.3 樹種數(shù)據(jù)的獲取與處理

以校園內(nèi)主要功能區(qū)的喬木、灌木為調(diào)查對(duì)象，利用無人機(jī)載激光雷達(dá)獲取的三維點(diǎn)云影像（圖2），確定樹木樹冠中心位置，生成X、Y、Z 地理坐標(biāo)，在對(duì)每一株樹木地理坐標(biāo)定位基礎(chǔ)上，進(jìn)行校園綠地現(xiàn)場調(diào)查，進(jìn)一步核實(shí)確認(rèn)各個(gè)功能區(qū)的基本情況，包括各功能區(qū)綠地面積、喬灌木數(shù)量等指標(biāo)。

圖2 校園局部綠地三維點(diǎn)云影像圖

1.4 生態(tài)效益及其價(jià)值計(jì)算

根據(jù)三維綠量計(jì)算結(jié)果，參考董艷杰等［1］、周堅(jiān)華等［4］、蘇津［16］總結(jié)的基于三維綠量的生態(tài)效益標(biāo)準(zhǔn)換算量，換算出植物的釋放O2量、吸收CO2量、吸收SO2量、滯塵量、夏季蒸騰增濕量，以此評(píng)價(jià)各功能區(qū)校園綠地的生態(tài)效益。

參考《中國生物多樣性國情研究報(bào)告》中森林釋放O2、吸收CO2所消耗的成本計(jì)算各功能區(qū)綠地每年釋放O2、吸收CO2的價(jià)值；根據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》［16］中吸收SO2和清理空氣滯塵的費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)，分別估算各分區(qū)綠地吸收 SO2和滯塵的價(jià)值。按照效益費(fèi)用分析法［17］和董艷杰等［1］的做法，夏季蒸騰增濕量的成本用灑水車噴灑等量水的成本進(jìn)行估算，設(shè)定柳州市的自來水價(jià)格為2.905 元/t，估算夏季蒸騰量，基于三維綠量的綠化環(huán)境效益標(biāo)準(zhǔn)換算量見表1。

表1 基于三維綠量的綠化環(huán)境效益標(biāo)準(zhǔn)換算量

2 結(jié)果與分析

2.1 校園綠地三維綠量空間分布特征

研究表明，橋、灌、草等不同生活型對(duì)綠地三維綠量有不同影響，其中喬木層，特別是高大的常綠喬木是綠地三維綠量的主要提供者。校園主要功能區(qū)基本情況見表2，由表2 可知，校園內(nèi)研究區(qū)共有4018株喬灌木，常綠植物3389 株，占比84.35%，落葉植物629 株，占比15.66%；喬木2834 株，占比70.53%，灌木1184 株，占比29.47%。其中教職工住宅區(qū)植株數(shù)為1385 株，占比34.47%，為最高；其次是教研文化區(qū)，共有喬灌木1231 株，占比30.64%；體育運(yùn)動(dòng)區(qū)的喬灌木株數(shù)最少，僅為207 株，占比為5.15%。從常綠、落葉樹種上看，5 個(gè)功能區(qū)均以常綠樹種為主，教職工住宅區(qū)常綠樹種占比最高，達(dá)88.45%，休閑游憩區(qū)常綠樹種占比最低，也達(dá)80.03%。在喬灌木上，休閑游憩區(qū)喬木占比最高，達(dá)93.18%，體育運(yùn)動(dòng)區(qū)喬木占比最低，僅為43.48%。

表2 校園主要功能區(qū)基本情況

校園主要功能區(qū)三維綠量情況見表3，由表3 可知，校園主要功能區(qū)綠地三維綠量為589626.771 m3。在各功能區(qū)三維綠量中，教職工住宅區(qū)三維綠量為240616.993 m3，單位面積綠量為6.697 m3，占40.81%，比重最大。該區(qū)不僅植物株數(shù)多，且種類豐富，有121 種植物，以常綠植物為主，樹木樹冠龐大，生長茂盛，為教職員工的生活、休閑、養(yǎng)生提供了良好的環(huán)境。休閑游憩區(qū)總體三維綠量為157499.934 m3，單位面積綠量為3.793 m3，占比26.71%，排名第二。該區(qū)由樹木園、小花園改造而成，植物129 種，以紅椎、紫檀、智利南洋杉等高大喬木為主，成為了該區(qū)三維綠量的主要來源。教研文化區(qū)三維綠量134547.075 m3，單位面積綠量為1.019 m3，占比22.82%，排名第三，該區(qū)是學(xué)校的核心區(qū)域，因?qū)W生規(guī)模的增加擴(kuò)建了區(qū)域面積，植物種類113 種，植株數(shù)也比較多，但新擴(kuò)建的區(qū)域植株體量偏小，導(dǎo)致整體綠量及單位面積綠量相對(duì)偏低。學(xué)生住宿區(qū)三維綠量為37681.154 m3，單位面積綠量為1.188 m3，占比6.39%，整體綠量偏低。該區(qū)為學(xué)生大多數(shù)時(shí)間的生活區(qū)域，區(qū)域內(nèi)的建筑以學(xué)生宿舍和食堂為主，植物種類僅為80 種，配置密度不高，層次不夠豐富，植株相對(duì)矮小，導(dǎo)致三維綠量低。體育運(yùn)動(dòng)區(qū)植物種類僅為35 種，總?cè)S綠量為19281.615 m3，單位面積綠量為1.532 m3，該區(qū)以灌木為主、喬木為輔營造開敞空間，有效起到滯塵、隔音及抗干擾效果。各功能區(qū)總體三維綠量排序?yàn)榻搪毠ぷ≌瑓^(qū)>休閑游憩區(qū)>教研文化區(qū)>學(xué)生住宿區(qū)>體育運(yùn)動(dòng)區(qū)；各功能區(qū)單位面積三維綠量排序?yàn)榻搪毠ぷ≌瑓^(qū)>休閑游憩區(qū)>體育運(yùn)動(dòng)區(qū)>學(xué)生住宿區(qū)>教研文化區(qū)。

在校園總體三維綠量中，喬木層三維綠量為564257.621 m3，占比95.70% ；灌木層三維綠量為20487.1003，占比3.47% ；草本層三維綠量為4882.052 m3，占比0.83%（圖2）?？梢?，喬木是綠地三維綠量的主導(dǎo)力量，這與前人研究結(jié)論一致［1，16］。

圖2 不同生活型三維綠量分析圖

2.2 校園綠地生態(tài)效益狀況分析

根據(jù)上述的綠量結(jié)果，按照表1 對(duì)應(yīng)項(xiàng)目計(jì)算綠化環(huán)境生態(tài)效益，換算出各功能區(qū)綠地的產(chǎn)O2、吸收CO2、吸收SO2、滯塵量、夏季蒸騰量方面在不同生活型植物生態(tài)效益、總生態(tài)效益以及單位面積生態(tài)效益，結(jié)果見表4、表5、表6。

表4 校園各主要功能區(qū)不同生活型生態(tài)效益

表5 校園各主要功能區(qū)總生態(tài)效益

表6 校園各主要功能區(qū)單位面積生態(tài)效益

校園各主要功能區(qū)不同生活型生態(tài)效益見表4，由表4 可知，教職工住宅區(qū)在產(chǎn)氧量與吸收二氧化碳量方面，常綠植物發(fā)揮的生態(tài)效益是落葉植物的14 倍，體育運(yùn)動(dòng)區(qū)達(dá)到了13 倍，其它區(qū)域均在7倍以上；在吸收二氧化硫量、滯塵量、夏季蒸騰量方面，教職工住宅區(qū)常綠植物發(fā)揮的生態(tài)效益是落葉植物的8 倍，其它區(qū)域均達(dá)到了4 倍?？梢?，常綠植物在產(chǎn)氧量、吸收二氧化碳、吸收二氧化硫、滯塵、夏季蒸騰量方面發(fā)揮的作用都比落葉植物大，這是因?yàn)槌＞G植物三維綠量的貢獻(xiàn)率比落葉植物大。

校園各功能區(qū)總生態(tài)效益見表5，由表5 可知，教職工住宅區(qū)提供的生態(tài)效益最多，這是因?yàn)樵搮^(qū)在植物種類、植株數(shù)、高大喬木數(shù)量等方面比較占優(yōu)勢(shì)。在產(chǎn)氧量、吸收CO2量、吸收SO2量、滯塵量、夏季蒸騰量方面，各功能區(qū)排序?yàn)榻搪毠ぷ≌瑓^(qū)>休閑游憩區(qū)>教研文化區(qū)>學(xué)生住宿區(qū)>體育運(yùn)動(dòng)區(qū)。

校園各主要功能區(qū)單位面積生態(tài)效益見表6，由表6 可知，單位面積產(chǎn)生的生態(tài)效益，依然是教職工住宅區(qū)最高，其次是休閑游憩區(qū)。在單位面積產(chǎn)氧量、吸收CO2量、吸收SO2量、滯塵量、夏季蒸騰量方面，教職工住宅區(qū)>休閑游憩區(qū)>體育運(yùn)動(dòng)區(qū)>學(xué)生住宿區(qū)>教研文化區(qū)。教研文化區(qū)單位面積生態(tài)效益最低與其產(chǎn)生的單位面積綠量有關(guān)。

2.3 校園綠地生態(tài)效益價(jià)值分析

對(duì)照表1 綠化環(huán)境生態(tài)效益價(jià)值估算方法，計(jì)算得出各功能區(qū)的年生態(tài)效益價(jià)值見表7。

由表7 可以看出各個(gè)功能區(qū)總生態(tài)效益價(jià)值，教職工住宅區(qū)（41.97 萬元）最大，體育運(yùn)動(dòng)區(qū)（6.15萬元）最小，原因是功能區(qū)總綠量和總生態(tài)效益教職工住宅區(qū)最大、體育運(yùn)動(dòng)區(qū)最小。5 個(gè)功能區(qū)綠地面積為25.3806 hm2，總生態(tài)效益價(jià)值達(dá)185.46萬元，每公頃綠地生態(tài)效益價(jià)值為7.31 萬元。教職工住宅區(qū)對(duì)總生態(tài)效益價(jià)值的貢獻(xiàn)率最大，達(dá)41.57%，這是因?yàn)樵搮^(qū)的單位面積綠量和單位面積生態(tài)效益均大。各功能區(qū)總生態(tài)效益價(jià)值的貢獻(xiàn)主要來源于產(chǎn)O2量、吸收CO2量、滯塵量和夏季蒸騰量，吸收SO2量的生態(tài)效益價(jià)值很小，產(chǎn)生這種情況的原因是空氣中SO2含量少，每1 萬m3綠量吸收SO2量僅為30.3 kg，吸收能力有限。各功能區(qū)總生態(tài)效益價(jià)值排序?yàn)榻搪毠ぷ≌瑓^(qū)>休閑游憩區(qū)>教研文化區(qū)>學(xué)生住宿區(qū)>體育運(yùn)動(dòng)區(qū)。同一功能區(qū)各生態(tài)效益價(jià)值相同，均為吸收CO2量>產(chǎn)O2量>夏季蒸騰量>滯塵量>吸收SO2量。

各功能區(qū)單位面積生態(tài)效益價(jià)值見圖3，由圖3 可知，教職工住宅區(qū)單位面積生態(tài)效益價(jià)值最高，教研文化區(qū)最低，這與單位面積綠量和單位面積生態(tài)效益成正相關(guān)。在所研究的5 種生態(tài)效益中，樹木在產(chǎn)氧量和吸收二氧化碳方面產(chǎn)生的生態(tài)效益價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他3 種生態(tài)效益產(chǎn)生的價(jià)值，說明林木的光合作用為環(huán)境提供了重要價(jià)值。各功能區(qū)單位面積生態(tài)效益價(jià)值排序?yàn)榻搪毠ぷ≌瑓^(qū)>休閑游憩區(qū)>體育運(yùn)動(dòng)區(qū)>學(xué)生住宿區(qū)>教研文化區(qū)；單位面積的生態(tài)效益價(jià)值不同功能區(qū)排序相同，均為吸收CO2量>產(chǎn)O2量>夏季蒸騰量>滯塵量>吸收SO2量。

圖3 各功能區(qū)單位面積生態(tài)效益價(jià)值

3 結(jié)論

基于激光點(diǎn)云的不規(guī)則三角網(wǎng)法能為校園三維綠量定量研究和動(dòng)態(tài)監(jiān)測提供技術(shù)支持。本研究使用無人機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)配合手持式地面激光掃描系統(tǒng)獲取校園主要功能區(qū)綠地樹木的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，采用柵格法對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡處理，并進(jìn)一步提取冠層，最后運(yùn)用不規(guī)則三角網(wǎng)法計(jì)算樹木的三維綠量，實(shí)現(xiàn)了主要功能區(qū)綠地三維綠量的定量化分析。

三維綠量大小與研究區(qū)的植物種類、植株數(shù)量與大小、喬灌比、常綠落葉比、區(qū)域面積、郁閉度等因素密切相關(guān)。校園綠地總體三維綠量為589626.771 m3，在校園總體三維綠量中，教職工住宅區(qū)三維綠量所占比重最大，達(dá)到240616.993 m3，占總綠量的40.81%，5 個(gè)功能區(qū)三維綠量大小為教職工住宅區(qū)>休閑游憩區(qū)>教研文化區(qū)>學(xué)生住宿區(qū)>體育運(yùn)動(dòng)區(qū)。單位面積三維綠量最大同樣為教職工住宅區(qū)，達(dá)6.697 m3，其次為休閑游憩區(qū)，達(dá)到3.793 m3，其它3 個(gè)區(qū)在1 m3左右，各功能區(qū)排序?yàn)榻搪毠ぷ≌瑓^(qū)>休閑游憩區(qū)>體育運(yùn)動(dòng)區(qū)>學(xué)生住宿區(qū)>教研文化區(qū)，上述結(jié)論與現(xiàn)場調(diào)研一致。教職工住宅區(qū)與休閑游憩區(qū)總?cè)S綠量與單位面積綠量均大，研究表明兩個(gè)區(qū)域的植物種類比較豐富，植株數(shù)較多，以高大常綠喬木為主，郁閉度高，因此提供的綠量較大。而植株數(shù)量占比第二多的教研文化區(qū)總?cè)S綠量及單位面積綠量均低，主要是因?yàn)閰^(qū)域的擴(kuò)建，綠地面積增大，植物體量偏小導(dǎo)致，建議后期加強(qiáng)綠地的養(yǎng)護(hù)管理，提高植物增加三維綠量的潛力。

綠地生態(tài)效益及生態(tài)效益價(jià)值與三維綠量成正相關(guān)，三維綠量越大，其對(duì)應(yīng)的生態(tài)效益及生態(tài)效益價(jià)值就越大。從5 個(gè)功能區(qū)的5 種生態(tài)效益來看，具體表現(xiàn)為：各功能區(qū)總?cè)S綠量、總生態(tài)效益及其總生態(tài)效益價(jià)值均為教職工住宅區(qū)>休閑游憩區(qū)>教研文化區(qū)>學(xué)生住宿區(qū)>體育運(yùn)動(dòng)區(qū)；各功能區(qū)單位面積三維綠量、單位面積生態(tài)效益、單位面積生態(tài)效益價(jià)值均為教職工住宅區(qū)>休閑游憩區(qū)>體育運(yùn)動(dòng)區(qū)>學(xué)生住宿區(qū)>教研文化區(qū)。就生態(tài)效益及生態(tài)效益價(jià)值而言，常綠樹種>落葉樹種；喬木>灌木>草本。校園綠地在后期的改建、擴(kuò)建中，注意考慮這些因素將可以產(chǎn)生更大的生態(tài)效益和生態(tài)效益價(jià)值。

綠地單位面積固碳釋氧價(jià)值占生態(tài)效益價(jià)值比重較大。教研文化區(qū)、教職工住宅區(qū)、學(xué)生住宿區(qū)、體育運(yùn)動(dòng)區(qū)、休閑游憩區(qū)的單位面積固碳釋氧價(jià)值占生態(tài)效益價(jià)值比重分別為77.53%、77.61%、77.53%、77.59%、77.50%。說明樹木具有極強(qiáng)的固碳釋氧能力，能夠給校園綠地帶來巨大的生態(tài)效益。建議在校園綠地中多種植固碳釋氧能力強(qiáng)的常綠喬木，如香樟、廣玉蘭、桂花、石楠等，既可以提高綠地三維綠量，同時(shí)增強(qiáng)綠地固碳釋氧能力。

4 討論

本研究使用無人機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)配合手持式地面激光掃描系統(tǒng)獲取綠地區(qū)域內(nèi)樹木的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)不規(guī)則三角網(wǎng)法計(jì)算樹木的三維綠量與傳統(tǒng)以測樹學(xué)為基礎(chǔ)的冠幅-冠高幾何模型描述冠型計(jì)算三維綠量相比，可以消除因?qū)嶋H冠型多樣，難以精確匹配冠幅-冠高幾何公式的顧慮。同時(shí)，運(yùn)用不規(guī)則三角網(wǎng)法計(jì)算三維綠量時(shí)無需考慮樹形，減少了人為誤差，但對(duì)于郁閉度較高的區(qū)域精確度有待進(jìn)一步研究。使用手持式地面激光掃描系統(tǒng)配合無人機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)共同完成三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取，可以提高捕捉林下垂直結(jié)構(gòu)信息的準(zhǔn)確度。本研究采用人工識(shí)別樹種，工作量較大，有待進(jìn)一步加強(qiáng)樹種識(shí)別算法工作，以期實(shí)現(xiàn)綠地三維綠量的全自動(dòng)化計(jì)算。

關(guān)于三維綠量與生態(tài)效益相關(guān)性研究，蘇津?qū)θ菔?3 個(gè)城市公園植物群落三維綠量及生態(tài)效益進(jìn)行了評(píng)估，董艷杰等基于三維綠量對(duì)上海郊野公園的林分進(jìn)行了生態(tài)效益測算與分析，相關(guān)研究成果均表明：綠地三維綠量的大小與植物種類、常綠落葉比等密切相關(guān)；三維綠量越大，其對(duì)應(yīng)的生態(tài)效益與生態(tài)效益價(jià)值就越大，這與筆者研究結(jié)果一致。研究表明，單位面積綠量達(dá)3.87 m3以上時(shí)，能改善空氣總懸浮顆粒物（TSP）污染的情況［18］，單位面積綠量達(dá)3 m3以上能最大限度地發(fā)揮氣溫調(diào)控功能［2］?？梢?，三維綠量是影響植物群落發(fā)揮生態(tài)效益最大化的重要因子，單位面積三維綠量越高，改善綠地環(huán)境的能力就越大。在研究的5 個(gè)功能區(qū)中，僅有教職工住宅區(qū)和休閑游憩區(qū)單位面積綠量達(dá)標(biāo)。針對(duì)現(xiàn)狀，建議從優(yōu)化喬灌比例、篩選抗性強(qiáng)的高大常綠喬木種類等角度入手，提高綠地固碳釋氧能力、夏季蒸騰降溫增濕效應(yīng)、抗二氧化硫及滯塵能力，最大限度提高綠地整體生態(tài)效益。