航空遙感技術(shù)對(duì)城市綠化的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

1、淮陰工學(xué)院航空航天發(fā)展概論課程論文作者：陳伯樂學(xué)號(hào)：1091614115系（院）：生化院專業(yè)：園林題目:淺談航空遙感技術(shù)對(duì)城市綠化的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)2011年04月淺談航空遙感技術(shù)對(duì)城市綠化的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)【摘要】遙感技術(shù)集合了空間、電子、光學(xué)、計(jì)算機(jī)、生物學(xué)和地學(xué)等科學(xué) 的最新成就，是現(xiàn)代高新技術(shù)領(lǐng)域的重要組成部分。自從1972年美國(guó)第一顆地球資源技術(shù)衛(wèi)星發(fā)射成功并獲取了大量地球表面的衛(wèi)星圖像后，遙感技術(shù)就開始在世 界范圍內(nèi)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。遙感技術(shù)的出現(xiàn)揭開了人類從外層空間觀測(cè)地球的 序幕，為人類認(rèn)識(shí)國(guó)土、開發(fā)資源、監(jiān)測(cè)環(huán)境、研究災(zāi)害以及分析全球氣候變化等 提供了新的途徑。當(dāng)前我國(guó)城市的發(fā)

2、展越來越注重生態(tài)效應(yīng)，城市的綠化狀況倍受 關(guān)注。城市綠化的精細(xì)調(diào)查則是進(jìn)一步提高綠化建設(shè)和管理水平的重要基礎(chǔ)?！娟P(guān)鍵字】航空遙感彩紅外 數(shù)字化 綠化調(diào)查Airbor ne remote sensing tech no logy for urba n gree ning ofapplicati ons and developme nt trends of【summarj sensing collection space, electronics, optics, computerscie nee, biology and geology, the latest achieveme nts of

3、scie nee, is a modern high-tech areas. Since 1972, the United States first Earth resources technology satellite was successfully launched and gets a lot of the surface of the Earth after satellite images, remote sensing technology began in the world rapidly and widely used. Remote sensing technologi

4、es opened a human observation of the Earth from outer space, as a prelude to human cognition land, development resources, monitoring of the environment, research, analysis of global disasters and climate change provides a new way. The current urban development in China is becoming more and more atte

5、ntion to ecological effects, urban greening of award-winning attention. A survey of urban greening of fine is further increasing afforestation and management level.【 Keyword】 aviation remote sensing; color infrared; digital; afforest investigate0 引言遙感是從遠(yuǎn)離地面的不同工作平臺(tái)上，如高塔、氣球、飛機(jī)、火箭、人造地 球衛(wèi)星、宇宙飛船和航天飛機(jī)等，通過

6、傳感器對(duì)地球表面的電磁波輻射信息進(jìn)行探 測(cè)，然后經(jīng)信息的傳輸、處理和判讀分析，對(duì)地球的資源與環(huán)境進(jìn)行探測(cè)與監(jiān)測(cè)的 綜合性技術(shù)。1彩紅外航空遙感數(shù)字化信息用于綠化精細(xì)調(diào)查的優(yōu)點(diǎn) 彩紅外航空遙感是一種適用于植被勘察、偽裝偵察和地上資源探測(cè)的航空遙感手 段，所采用的光學(xué)成像膠片一般為非真實(shí)彩色反轉(zhuǎn)片，成像光譜范圍介于0.50.9卩m,即處于主要綠光、紅光和近紅外波段，可以有效地減少因空氣分子對(duì) 藍(lán)光散射所造成的影像清晰度下降的不良影響，非常適用于捕獲城市地表信息。在 彩紅外反轉(zhuǎn)片上，地表植被呈現(xiàn)的是不同飽和度的紅色，而非日常所見的綠色。 彩紅外航空遙感數(shù)字化信息是由兩方面組成的，一是數(shù)字化的彩紅外航

7、空遙感影 像，二是在計(jì)算機(jī)內(nèi)解譯的數(shù)字化矢量圖。該數(shù)字化信息用于綠化精細(xì)調(diào)查具有如 下幾方面的優(yōu)點(diǎn)。1.1 不同生長(zhǎng)期的植物都能清晰記錄植物對(duì)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4050%勺近紅外（0.71.1卩m波段的能量，吸收將近 8090%勺可見光波段（0.40.7卩m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(zhǎng)期的健康植物呈現(xiàn)出紅 色，植物越嫩

8、，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(zhǎng)期的植物就能明顯地區(qū)分出來。同時(shí)，城市中的植物和城 市的水面、路面、建筑物頂面之間也有很明顯的區(qū)別。水面主要呈現(xiàn)藍(lán)色或綠色； 路面多為灰色、青灰色或藍(lán)黑色；建筑物的頂面多呈現(xiàn)青色、暗黃色或藍(lán)黑色等， 即便平時(shí)肉眼所見的紅色屋頂，在彩紅外影像中呈現(xiàn)出黃綠色或暗黃色，很容易與 植物區(qū)分開。此外，對(duì)于城市而言，要獲取高清晰度的航空遙感影像，航攝飛行一 般選擇在冬季進(jìn)行。在此季節(jié)，許多植物已經(jīng)落葉，但在枝、莖和近根等處依然含 有一定的葉綠素，其在近紅外波段仍然有相當(dāng)?shù)姆瓷洌赃@些植物在真彩色航片 上可能不易與其他地物或

9、地面分開來，但在彩紅外航片上確較容易識(shí)別。 總之，彩紅外影像既能夠區(qū)分出不同生長(zhǎng)期的植物，又能夠明顯地把城市中的植物 和其他地物區(qū)分開來，這對(duì)于綠化的精細(xì)調(diào)查是極為有利的。1.2 綠化調(diào)查具有高精確性和可信度利用數(shù)字化的彩紅外航空遙感信息進(jìn)行綠化調(diào)查，主要是在計(jì)算機(jī)內(nèi)對(duì)數(shù)字 化影像進(jìn)行解譯，高精確度和高可信度主要來自綠化解譯時(shí)影像的高清晰度和解譯 后面積統(tǒng)計(jì)的精確性。 經(jīng)過數(shù)字化的彩紅外航空遙感照片可以獲得大比例尺、高 清晰度的影像圖，且在計(jì)算機(jī)內(nèi)可以迅速縮放成不同的比例尺效果，例如，一幅原 始比例尺為 1:10000 的照片以 600dpi 掃描轉(zhuǎn)換成數(shù)字化影像輸入計(jì)算機(jī)，在圖像 處理軟件

10、PhotoShop 的支持下，可以在 1:100001:200 的比例尺效果之間迅速縮 放，這種數(shù)碼顯示比原先僅采用光學(xué)相紙顯示更為靈活方便。同時(shí)，利用數(shù)字化的 彩紅外影像可對(duì)調(diào)查地點(diǎn)進(jìn)行即時(shí)的放大察看，并可以對(duì)陰暗部分、模糊部分進(jìn)行 增強(qiáng)處理，以改善視覺效果，提高解譯的精度，這是僅采用照片解譯所無法做到 的。1.3 調(diào)查效率高 利用數(shù)字化航空遙感影像進(jìn)行城市綠化調(diào)查，與人工實(shí)地量算相比，效率大為提 高。由于使用數(shù)字化航空影像觀察地物，具有空間快速轉(zhuǎn)移的優(yōu)點(diǎn)，即可以迅速地 從不同的角度觀測(cè)到建筑物的不同側(cè)面，或迅速地從一個(gè)調(diào)查地點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)調(diào) 查地點(diǎn)，如此，既可節(jié)省實(shí)地空間轉(zhuǎn)換所消耗的時(shí)間，

11、又可以即時(shí)發(fā)現(xiàn)遺漏之處。1.4 易于更新調(diào)查區(qū)域內(nèi)的綠化遙感信息經(jīng)矢量化成圖后，各個(gè)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(shí)時(shí)地在矢量圖上反映出來，并能很快獲得新的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)綠化信息的 快速更新。2 數(shù)字化的彩紅外航空遙感綠化調(diào)查方法2.1 綠化調(diào)查范圍的確定與數(shù)字化影像的獲取 首先確定進(jìn)行綠化調(diào)查的區(qū)域范圍，然后將覆蓋該區(qū)域的彩紅外航片以相同的分辨 率進(jìn)行數(shù)字化掃描。2.2 航片定位校正這項(xiàng)工作可以在某一地理信息系統(tǒng) (GIS) 軟件中進(jìn)行。將數(shù)字化的影像與矢量地圖 進(jìn)行定位匹配和幾何校正運(yùn)算，以便將調(diào)查區(qū)域的影像與地理坐

12、標(biāo)聯(lián)系起來，并糾 正航片拍攝時(shí)形成的畸變。這樣，一方面可以將覆蓋調(diào)查區(qū)域的所有航片拼接在一 起，便于綠化解譯；另一方面可以使所有校正好的航片的實(shí)際比例尺基本達(dá)到一 致，確保綠化矢量多邊形的面積統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性。2.3 陰影內(nèi)綠化的增強(qiáng)處理 陰影區(qū)域內(nèi)地物的光譜分辨率一般會(huì)顯著下降，給地物識(shí)別造成很大的困難，這對(duì) 于綠化的精細(xì)解譯是一個(gè)不利的因素。為了能夠識(shí)別出陰影內(nèi)的綠化信息，需要先 對(duì)影像進(jìn)行非線性拉伸的亮度增強(qiáng)處理。由于城市的地面多為水泥或其他材料，其 所含的水分要大大低于植被，故對(duì)可見光的反射要強(qiáng)于植被。根據(jù)實(shí)驗(yàn)以及實(shí)際應(yīng) 用情況表明，在經(jīng)過增強(qiáng)處理后的陰影區(qū)域內(nèi)，植被往往呈現(xiàn)較暗的斑塊，再

13、結(jié)合 人工綠化分布的規(guī)律性，基本上能夠較準(zhǔn)確地把陰影內(nèi)的綠化解譯出來。2.4 綠化解譯與面積統(tǒng)計(jì)在某一 GIS 軟件環(huán)境中，將已經(jīng)定位校正和增強(qiáng)處理好的數(shù)字化影像（航片）以圖 層疊置的方式顯示出來，以這些影像為背景將其中的每一塊綠化沿著其邊緣矢量化 成相應(yīng)的多邊形。在解譯時(shí)，針對(duì)某一幢建筑，需要將呈現(xiàn)其不同側(cè)面的航片分別 設(shè)置為當(dāng)前活動(dòng)圖層（航向重疊和旁向重疊的航片），這樣便能將建筑物各個(gè)側(cè)面 的綠化基本解譯出來。同時(shí)，還可以根據(jù)要求將不同功能類別的綠化（公共綠地、 居住區(qū)綠地、單位綠地、生產(chǎn)綠地、臨時(shí)綠地、行道樹等）的矢量多邊形分別以不 同顏色表示，或者放在不同的層內(nèi)。待調(diào)查區(qū)域內(nèi)所有的綠化

14、都解譯完后，利用GIS軟件中的面積統(tǒng)計(jì)功能計(jì)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(jì)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(píng)價(jià)指標(biāo)。2.5 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 上海市區(qū)為例，行道樹中以懸鈴木較為典型，該樹種屬于落葉樹，冬季時(shí)絕大部分 樹葉和小樹枝枯落，同時(shí)某些樹被修剪，樹冠直徑縮小；春、夏季時(shí)再生新枝，樹 葉茂盛，覆蓋面積擴(kuò)展，直徑外延。生長(zhǎng)期內(nèi)的樹枝，一般以向陽、向上方式生 長(zhǎng)，依據(jù)園林部門的積累的經(jīng)驗(yàn)

15、數(shù)值，其平面拓展的狀況為樹冠直徑外延 0.51 米。根據(jù)該經(jīng)驗(yàn)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。2.6 實(shí)地采樣進(jìn)行誤差分析采用航空遙感手段進(jìn)行調(diào)查是為了最大限度地減少野外工作量，提高調(diào)查效率，但 并不能完全脫離或丟棄實(shí)地調(diào)查工作。事實(shí)上，進(jìn)行實(shí)地采樣是檢驗(yàn)計(jì)算機(jī)內(nèi)解譯 誤差的最好手段。綠化的實(shí)地調(diào)查主要針對(duì)陰影區(qū)域和建筑物密集區(qū)域進(jìn)行，因?yàn)?在航空遙感影像上處于這些區(qū)域內(nèi)的綠化容易被遮擋或出現(xiàn)邊界模糊的情況，直接 影響到解譯的準(zhǔn)確性。以實(shí)地采樣測(cè)量的綠地面積為衡量標(biāo)準(zhǔn)，可對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)解譯 的誤差情況及原因做相應(yīng)的評(píng)估，以確定計(jì)算機(jī)內(nèi)綠化解譯結(jié)果是偏大

16、抑或偏小。3 遙感技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，光譜信息成像化，雷達(dá)成像多極化，光學(xué)探測(cè)多向 化，地學(xué)分析智能化，環(huán)境研究動(dòng)態(tài)化以及資源研究定量化，大大提高了遙感技術(shù) 的實(shí)時(shí)性和運(yùn)行性，使其向多尺度、多頻率、全天候、高精度和高效快速的目標(biāo)發(fā) 展。遙感影像獲取技術(shù)越來越先進(jìn)（1）隨著高性能新型傳感器研制開發(fā)水平以及環(huán)境資源遙感對(duì)高精度遙感數(shù)據(jù)要 求的提高，高空間和高光譜分辨率已是衛(wèi)星遙感影像獲取技術(shù)的總發(fā)展趨勢(shì)。遙感 傳感器的改進(jìn)和突破主要集中在成像雷達(dá)和光譜儀，高分辨率的遙感資料對(duì)地質(zhì)勘 測(cè)和海洋陸地生物資源調(diào)查十分有效。（ 2）雷達(dá)遙感具有全天候全天時(shí)獲取影像以及穿透地物的能力，在對(duì)地觀

17、測(cè)領(lǐng)域 有很大優(yōu)勢(shì)。干涉雷達(dá)技術(shù)、被動(dòng)微波合成孔徑成像技術(shù)、三維成像技術(shù)以及植物 穿透性寬波段雷達(dá)技術(shù)會(huì)變得越來越重要，成為實(shí)現(xiàn)全天候?qū)Φ赜^測(cè)的主要技術(shù)， 大大提高環(huán)境資源的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)能力。（3）開發(fā)和完善陸地表面溫度和發(fā)射率的分離技術(shù)，定量估算和監(jiān)測(cè)陸地表面的 能量交換和平衡過程，將在全球氣候變化的研究中發(fā)揮更大的作用。（4）由航天、航空和地面觀測(cè)臺(tái)站網(wǎng)絡(luò)等組成以地球?yàn)檠芯繉?duì)象的綜合對(duì)地觀測(cè) 數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，具有提供定位、定性和定量以及全天候、全時(shí)域和全空間的數(shù)據(jù)能力，為地學(xué)研究、資源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學(xué)數(shù)據(jù)和 信息服務(wù)。4 結(jié)論城市綠化的精細(xì)調(diào)查能為城市綠化的規(guī)劃和建

18、設(shè)提供直接、重要依據(jù)。本文 從植被光譜反射特征的角度論述了采用彩紅外航空遙感手段能夠清晰反映處于不同 生長(zhǎng)期的植被信息的優(yōu)點(diǎn)，并從數(shù)字化應(yīng)用的角度進(jìn)一步論證了彩紅外航空遙感數(shù) 字化信息用于綠化精細(xì)調(diào)查所具有的精確性、可靠性、高效率、易于更新等優(yōu)點(diǎn)。 本文介紹在實(shí)踐中摸索出來的數(shù)字化的彩紅外航空遙感綠化調(diào)查方法，已經(jīng)先后為 上海的四個(gè)區(qū)（建城區(qū)）進(jìn)行了綠化現(xiàn)狀的精細(xì)調(diào)查，并為創(chuàng)建國(guó)家園林城區(qū)的管 理與監(jiān)控做出了貢獻(xiàn)。目前的彩紅外航空遙感綠化調(diào)查方法正朝著半自動(dòng)提取的方 向發(fā)展。參考文獻(xiàn)：1 黃光宇 . 中國(guó)生態(tài)城市規(guī)劃與建設(shè)進(jìn)展 . 城市環(huán)境與城市生態(tài)， 2001.3 ： 682 John R. Jensen. Introductory Digital Image Processing: A RemoteSensing Perspective. Upper Saddl