航空遥感技术对城市绿化的应用及发展趋势

1、淮阴工学院航空航天发展概论课程论文作者：陈伯乐学号：1091614115系（院）：生化院专业：园林题目:浅谈航空遥感技术对城市绿化的应用及发展趋势2011年04月浅谈航空遥感技术对城市绿化的应用及发展趋势【摘要】遥感技术集合了空间、电子、光学、计算机、生物学和地学等科学 的最新成就，是现代高新技术领域的重要组成部分。自从1972年美国第一颗地球资源技术卫星发射成功并获取了大量地球表面的卫星图像后，遥感技术就开始在世 界范围内迅速发展和广泛应用。遥感技术的出现揭开了人类从外层空间观测地球的 序幕，为人类认识国土、开发资源、监测环境、研究灾害以及分析全球气候变化等 提供了新的途径。当前我国城市的发

2、展越来越注重生态效应，城市的绿化状况倍受 关注。城市绿化的精细调查则是进一步提高绿化建设和管理水平的重要基础。【关键字】航空遥感彩红外 数字化 绿化调查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 引言遥感是从远离地面的不同工作平台上，如高塔、气球、飞机、火箭、人造地 球卫星、宇宙飞船和航天飞机等，通过

6、传感器对地球表面的电磁波辐射信息进行探 测，然后经信息的传输、处理和判读分析，对地球的资源与环境进行探测与监测的 综合性技术。1彩红外航空遥感数字化信息用于绿化精细调查的优点 彩红外航空遥感是一种适用于植被勘察、伪装侦察和地上资源探测的航空遥感手 段，所采用的光学成像胶片一般为非真实彩色反转片，成像光谱范围介于0.50.9卩m,即处于主要绿光、红光和近红外波段，可以有效地减少因空气分子对 蓝光散射所造成的影像清晰度下降的不良影响，非常适用于捕获城市地表信息。在 彩红外反转片上，地表植被呈现的是不同饱和度的红色，而非日常所见的绿色。 彩红外航空遥感数字化信息是由两方面组成的，一是数字化的彩红外航

7、空遥感影 像，二是在计算机内解译的数字化矢量图。该数字化信息用于绿化精细调查具有如 下几方面的优点。1.1 不同生长期的植物都能清晰记录植物对不同光谱段能量的反射和吸收的状况与其叶绿素含量有关，叶绿素能 够大量反射近红外能量，而吸收大部份的可见光波段的能量。健康的绿色植物含有 大量的叶绿素，通常反射4050%勺近红外（0.71.1卩m波段的能量，吸收将近 8090%勺可见光波段（0.40.7卩m的能量。相反，枯萎和衰老植物的在可见光波 段所反射的能量要大大高于健康植物的反射值，而在近红外波段所反射的能量则要 低于健康植物的反射值。因此，在彩红外影像中，处于成长期的健康植物呈现出红 色，植物越嫩

8、，红色越鲜艳；枯萎和衰老的植物则不呈现红色，而是黄偏红的颜 色。这样，处于不同生长期的植物就能明显地区分出来。同时，城市中的植物和城 市的水面、路面、建筑物顶面之间也有很明显的区别。水面主要呈现蓝色或绿色； 路面多为灰色、青灰色或蓝黑色；建筑物的顶面多呈现青色、暗黄色或蓝黑色等， 即便平时肉眼所见的红色屋顶，在彩红外影像中呈现出黄绿色或暗黄色，很容易与 植物区分开。此外，对于城市而言，要获取高清晰度的航空遥感影像，航摄飞行一 般选择在冬季进行。在此季节，许多植物已经落叶，但在枝、茎和近根等处依然含 有一定的叶绿素，其在近红外波段仍然有相当的反射，所以这些植物在真彩色航片 上可能不易与其他地物或

9、地面分开来，但在彩红外航片上确较容易识别。 总之，彩红外影像既能够区分出不同生长期的植物，又能够明显地把城市中的植物 和其他地物区分开来，这对于绿化的精细调查是极为有利的。1.2 绿化调查具有高精确性和可信度利用数字化的彩红外航空遥感信息进行绿化调查，主要是在计算机内对数字 化影像进行解译，高精确度和高可信度主要来自绿化解译时影像的高清晰度和解译 后面积统计的精确性。 经过数字化的彩红外航空遥感照片可以获得大比例尺、高 清晰度的影像图，且在计算机内可以迅速缩放成不同的比例尺效果，例如，一幅原 始比例尺为 1:10000 的照片以 600dpi 扫描转换成数字化影像输入计算机，在图像 处理软件

10、PhotoShop 的支持下，可以在 1:100001:200 的比例尺效果之间迅速缩 放，这种数码显示比原先仅采用光学相纸显示更为灵活方便。同时，利用数字化的 彩红外影像可对调查地点进行即时的放大察看，并可以对阴暗部分、模糊部分进行 增强处理，以改善视觉效果，提高解译的精度，这是仅采用照片解译所无法做到 的。1.3 调查效率高 利用数字化航空遥感影像进行城市绿化调查，与人工实地量算相比，效率大为提 高。由于使用数字化航空影像观察地物，具有空间快速转移的优点，即可以迅速地 从不同的角度观测到建筑物的不同侧面，或迅速地从一个调查地点移动到另一个调 查地点，如此，既可节省实地空间转换所消耗的时间，

11、又可以即时发现遗漏之处。1.4 易于更新调查区域内的绿化遥感信息经矢量化成图后，各个绿化单元的边界就被确定 下来。将来绿化如果有增加和改造，只要在矢量图上将相应的部分做修改，变化信 息实时地在矢量图上反映出来，并能很快获得新的统计结果，从而实现绿化信息的 快速更新。2 数字化的彩红外航空遥感绿化调查方法2.1 绿化调查范围的确定与数字化影像的获取 首先确定进行绿化调查的区域范围，然后将覆盖该区域的彩红外航片以相同的分辨 率进行数字化扫描。2.2 航片定位校正这项工作可以在某一地理信息系统 (GIS) 软件中进行。将数字化的影像与矢量地图 进行定位匹配和几何校正运算，以便将调查区域的影像与地理坐

12、标联系起来，并纠 正航片拍摄时形成的畸变。这样，一方面可以将覆盖调查区域的所有航片拼接在一 起，便于绿化解译；另一方面可以使所有校正好的航片的实际比例尺基本达到一 致，确保绿化矢量多边形的面积统计的准确性。2.3 阴影内绿化的增强处理 阴影区域内地物的光谱分辨率一般会显著下降，给地物识别造成很大的困难，这对 于绿化的精细解译是一个不利的因素。为了能够识别出阴影内的绿化信息，需要先 对影像进行非线性拉伸的亮度增强处理。由于城市的地面多为水泥或其他材料，其 所含的水分要大大低于植被，故对可见光的反射要强于植被。根据实验以及实际应 用情况表明，在经过增强处理后的阴影区域内，植被往往呈现较暗的斑块，再

13、结合 人工绿化分布的规律性，基本上能够较准确地把阴影内的绿化解译出来。2.4 绿化解译与面积统计在某一 GIS 软件环境中，将已经定位校正和增强处理好的数字化影像（航片）以图 层叠置的方式显示出来，以这些影像为背景将其中的每一块绿化沿着其边缘矢量化 成相应的多边形。在解译时，针对某一幢建筑，需要将呈现其不同侧面的航片分别 设置为当前活动图层（航向重叠和旁向重叠的航片），这样便能将建筑物各个侧面 的绿化基本解译出来。同时，还可以根据要求将不同功能类别的绿化（公共绿地、 居住区绿地、单位绿地、生产绿地、临时绿地、行道树等）的矢量多边形分别以不 同颜色表示，或者放在不同的层内。待调查区域内所有的绿化

14、都解译完后，利用GIS软件中的面积统计功能计算不同功能类别的绿化覆盖面积和总的绿化覆盖面积，再结合土地面积、人口数可计算出绿化覆盖率、绿地率以及人均绿地面积等绿 化水平的评价指标。2.5 覆盖面积的季节变化分析如果航片是冬季所摄，则道树中落叶树的树冠面积要比夏季有明显减小，可 以结合落叶树形态、生态习性加以分析，以便估算出行道树在夏季的覆盖面积。以 上海市区为例，行道树中以悬铃木较为典型，该树种属于落叶树，冬季时绝大部分 树叶和小树枝枯落，同时某些树被修剪，树冠直径缩小；春、夏季时再生新枝，树 叶茂盛，覆盖面积扩展，直径外延。生长期内的树枝，一般以向阳、向上方式生 长，依据园林部门的积累的经验

15、数值，其平面拓展的状况为树冠直径外延 0.51 米。根据该经验数值可以大体估算出夏季行道树覆盖的拓展面积，进而得出夏季绿 化覆盖的增加比例。2.6 实地采样进行误差分析采用航空遥感手段进行调查是为了最大限度地减少野外工作量，提高调查效率，但 并不能完全脱离或丢弃实地调查工作。事实上，进行实地采样是检验计算机内解译 误差的最好手段。绿化的实地调查主要针对阴影区域和建筑物密集区域进行，因为 在航空遥感影像上处于这些区域内的绿化容易被遮挡或出现边界模糊的情况，直接 影响到解译的准确性。以实地采样测量的绿地面积为衡量标准，可对计算机内解译 的误差情况及原因做相应的评估，以确定计算机内绿化解译结果是偏大

16、抑或偏小。3 遥感技术的发展趋势随着科学技术的进步，光谱信息成像化，雷达成像多极化，光学探测多向 化，地学分析智能化，环境研究动态化以及资源研究定量化，大大提高了遥感技术 的实时性和运行性，使其向多尺度、多频率、全天候、高精度和高效快速的目标发 展。遥感影像获取技术越来越先进（1）随着高性能新型传感器研制开发水平以及环境资源遥感对高精度遥感数据要 求的提高，高空间和高光谱分辨率已是卫星遥感影像获取技术的总发展趋势。遥感 传感器的改进和突破主要集中在成像雷达和光谱仪，高分辨率的遥感资料对地质勘 测和海洋陆地生物资源调查十分有效。（ 2）雷达遥感具有全天候全天时获取影像以及穿透地物的能力，在对地观

17、测领域 有很大优势。干涉雷达技术、被动微波合成孔径成像技术、三维成像技术以及植物 穿透性宽波段雷达技术会变得越来越重要，成为实现全天候对地观测的主要技术， 大大提高环境资源的动态监测能力。（3）开发和完善陆地表面温度和发射率的分离技术，定量估算和监测陆地表面的 能量交换和平衡过程，将在全球气候变化的研究中发挥更大的作用。（4）由航天、航空和地面观测台站网络等组成以地球为研究对象的综合对地观测 数据获取系统，具有提供定位、定性和定量以及全天候、全时域和全空间的数据能力，为地学研究、资源开发、环境保护以及区域经济持续协调发展提供科学数据和 信息服务。4 结论城市绿化的精细调查能为城市绿化的规划和建

18、设提供直接、重要依据。本文 从植被光谱反射特征的角度论述了采用彩红外航空遥感手段能够清晰反映处于不同 生长期的植被信息的优点，并从数字化应用的角度进一步论证了彩红外航空遥感数 字化信息用于绿化精细调查所具有的精确性、可靠性、高效率、易于更新等优点。 本文介绍在实践中摸索出来的数字化的彩红外航空遥感绿化调查方法，已经先后为 上海的四个区（建城区）进行了绿化现状的精细调查，并为创建国家园林城区的管 理与监控做出了贡献。目前的彩红外航空遥感绿化调查方法正朝着半自动提取的方 向发展。参考文献：1 黄光宇 . 中国生态城市规划与建设进展 . 城市环境与城市生态， 2001.3 ： 682 John R. Jensen. Introductory Digital Image Processing: A RemoteSensing Perspective. Upper Saddl