高精度无人机影像园林绿化遥感测试应用研究*

许兆军

（湖南省地质环境监测总站，湖南 长沙 410007）

高精度无人机影像园林绿化遥感测试应用研究*

许兆军*

（湖南省地质环境监测总站，湖南 长沙 410007）

以无人机在湖南省江华县航拍数据资料为基础，开展了无人机航测遥感图像的处理、解译、实地调查等工作，建立了无人机航测遥感数据获取—处理一应用的完整作业流程，为无人机遥感园林绿化调查新方法的应用提供了技术支持。研究摸索出了一套切实可行的方法，通过无人机遥感影像识别与解译，查明了各类绿地的分布状况，并对调查成果进行了评价，为申报园林城市提供了准确的基础资料。

无人机；遥感；园林绿化；园林城市

近年来，随着我国经济水平的不断提高，人们对城市生活环境的要求也日渐提高，建设生态城市越来越受到关注，城市绿化建设是生态城市的一个重要方面。城市的绿化现状是进行绿化规划与建设的重要依据，在创建园林城市的工作中起到了管理与监控的作用。因此，开展绿化现状调查，掌握精确的基础数据，是非常有必要的。实践证明，采用遥感技术不仅能够准确判定和量测绿化覆盖面积，而且对判别绿地类型、结构、空间布局乃至识别植物种类都十分有效。特别是无人驾驶飞行器遥感系统的出现，为城市的绿化建设提供了全新、现代化和便捷的技术支持，使遥感技术在城市中的应用，从广度、深度和精度上都有了较大的提高和发展。

1 研究区区概况

江华瑶族自治县位于湖南省南端，萌渚岭北麓。自古至今，人杰地灵，是全国瑶族人口最多、面积最大的瑶族自治县，被誉为“神州第一瑶城”。根据江华瑶族自治县公安局提供的数据，目前江华瑶族自治县建成区总人口7.79万人。按江华瑶族自治县规划局提供的建成区边界，江华县县城建成区面积为7.45 km2。

2 遥感信息源及数据处理

2.1 无人机数据获取

江华县城市建成区园林绿化遥感调查利用IRSA-II型无人机飞行获取的0.2 m遥感数据，完全满足1∶1000比例尺的测图精度。

2.2 航空影像后期处理流程

在获取的航空影像飞行质量基本满足航测成图的要求后，对航空影像利用VirtuoZo数字摄影测量工作站制作工作区的数字正射影像图。具体是通过在像对上量测地面控制点，并运用数字摄影测量工作站生成该像对范围内的数字高程模型（DEM），然后对影像进行倾斜误差和投影误差改正，从而生成各单模型的数字正射影像图。然后将多个数字正射影像拼接在一起，并进行图像匀光处理后，按照一定范围裁切出来的影像就是数字正射影像图。

2.3 影像的处理方法

空中三角测量是航空影像后期处理的关键步骤，它利用少量地面控制点来计算一个测区中所有影像的外方位元素和所有加密点的地面坐标。本次空三加密采用了VirtuoZo数字摄影测量系统中的VirtuoZo AAT+PATB程序。AAT（自动空三）模块除半自动量测控制点之外，其它所有作业（包括内定向、选取加密点、转刺加密点、相对定向、模型连接和生成整个测区像点网）都可以自动完成。PATB光束法区域网平差程序具有高性能的粗差检测功能和高精度的平差计算功能。

3 遥感绿化调查方法

3.1 城市绿地分类

《城市绿地分类标准》CJJ/T85-2002将城市绿地分为5大类（公园绿地、附属绿地、防护绿地、生产绿地和其他绿地）、13中类、11小类。根据城市园林绿化遥感测定指标的内容和要求，在进行计算时，建成区里的水体和农田应从建成区总面积中去除，附属绿地中分出居住、公共设施和道路绿地，剩余工业绿地、仓储绿地、对外交通绿地、市政设施绿地和特殊绿地统称为单位绿地。

园林绿化遥感测试的绿地分类及判定标准如下：

（1）公园绿地（G1）：指向公众开放，以游憩为主要功能，兼具生态、美化、防灾等作用的绿地，包括市级、区级、居住区级各级公园，专题公园，小游园，街道广场绿地等。其中，公园边界围合的面积均标定为绿地；小游园围合的面积中，绿化用地、绿地甬地、休息用的设施及小块状铺装、景观亭台、雕塑用地标定为绿地，用于交通工具通行的道路不得标定为绿地；广场的种植用地、人工湖水面、喷泉水面、藤架垂直投影占地标定为绿地面积，广场零星树木的投影面积及其他任何属性用地不得标定为绿地面积。

（2）生产绿地（G2）：为城市提供苗木、花草、种子的苗圃、花圃、草圃等圃地。其中，生产绿地边界围合内的种植用地标定为绿地；生产绿地的办公用房、仓库等设施用地不得标定为绿地；生产绿地的沟、垄标定为绿地；果林、苗圃等地规则式种植的植物在影像上呈星点状分布，绿地标定至该种植面积的边缘线。

（3）防护绿地（G3）：城市中具有卫生、隔离和安全防护功能的绿地。包括卫生隔离带、道路防护绿地、城市高压走廊绿带、防护林、城市组团隔离带等。其中，工矿企业与生产绿地周围的防护绿地，与公园绿地判定标准相同；无明显种植边界的片状、带状、丛植的乔木林，以其树冠垂直投影面积标定为绿地，行植的防护林不得将其垂直投影面积标定为绿地。

（4）附属绿地（G4）：城市建设用地中绿地之外各类用地中的附属绿化用地，包括居住用地、公共设施用地、工业用地、仓储用地、对外交通用地、道路广场用地、市政设施用地和特殊用地中的绿地等。其中，居住绿地是指城市居住用地内社区公园以外的绿地，包括组团绿地、宅旁绿地、配套公建绿地、小区道路绿地等；道路附属绿地是指道路广场用地内的绿地，包括行道树绿带、分车绿带、交通岛绿地、交通广场和停车场绿地等；公共设施绿地就是指公共设施用地内的绿地，公共设施用地指居住区及居住区级以上的行政、经济、文化、教育、卫生、体育以及科研设计等机构和设施的用地，包括行政办公用地、商业金融业用地、文化娱乐用地、体育用地、医疗卫生用地、教育科研设计用地、文物古迹用地及其他公共设施用地；单位附属绿地是指除去居住绿地、公共设施绿地、道路绿地之外的附属绿地。

（5）其他绿地（G5）：对城市生态环境质量、居民休闲生活、城市景观和生物多样性保护有直接影响的绿地。包括风景名胜区、水源保护区、郊野公园、森林公园、自然保护区、风景林地、城市绿化隔离带、野生动植物园、湿地、垃圾填埋场恢复绿地等。其中，风景林地是指具有一定景观价值，在城市整体风貌和环境中起作用，但尚没完善游览、休息娱乐等设施的林地。

参照上述分类标准，为方便绿地面积量算及各项绿化指标体系的测试，园林绿化遥感测试分为5个一级类，对于附属绿地划分4个二级类，具体分类情况见图1。

图1 城市绿地分类Fig.1 Classifcation of urban green space

3.2 遥感解译

遥感解译是查明城市绿地现状的关键环节。由于在无人机影像上可以清楚的识别单株树木、建筑物等地表信息，因此选择“人机交互解译”作为遥感解译的技术方法。这种解译方法既发挥了解译工作者长期积累的图像判读经验，又充分利用了微机软硬件环境的先进特点。解译时根据解译标志对城市六类绿地分别勾绘。解译标志主要有：色调的均匀性与饱和度，阴影、暗纹、形态、大小、各地物之间的排列组合特征、地物形态等。

3.2.1 解译标志的建立

解译标志是遥感图像解译准确性的保证。根据城市绿地特点，针对分类方案对各种绿地类型分别建立了解译标志。

色调、形态、坐标是遥感图像的三要素。其中，坐标是固定的，色调与形态是遥感图像最主要的两个因素。在这两个重要因素中，对城市绿地而言，形态反映了各类绿地的规模大小和几何性质，是区分不同绿地的关键因素；色调的变化是地物种类变化的标志，各种绿地和各种非绿化用地均具有不同的色调级别，解译工作中，色调对建立解译标志具有重要的指导作用。解译标志主要有：色调的均匀性与饱和度，阴影、暗纹、形态、大小、各地物之间的排列组合特征、地物形态等。因为在确定城市绿地类型时，要参照周围地物进行判定，所以在建立解译标志时，除对各种植物种类建立了解译标志，对影像中其它有关地物亦建立了影像解译标志。建立解译标志的主要依据有：1）长年积累的卫星影像解译经验；2）野外实地调查资料；3）绿地固有的形态特征和波谱特征。

绿色植物构成了各种城市绿化用地的主体，在绿化用地中或者以单种形式出现，或者以多种组合形式出现。江华县城市建成区各类地物及绿色植物在航空图像上的解译标志如下：

（1）公园绿地解译标志

色调上绿色、浅绿色和墨绿色的各种色调有规律的相间排列，形态上云朵状的阔叶林和面状分布的花草地呈现艺术布局，规模宏大，阴影少见，多有水域点缀其中，而人工建筑物分布稀疏（图2）。

（2）生产绿地解译标志

生产绿地主要是苗圃、草圃，分布在城市建成区周边，其影像特征为规则排列的花草苗木，呈片状分布，具有一定规模，呈深绿色，有时可见田埂，规则条带状纹形（图3）。

图2 公园绿地Fig.2 Park green space

图3 生产绿地Fig.3 Production green space

（3）防护绿地解译标志

形态上呈线状排列，延伸较长，例如，河道、铁路、电网两侧的隔离带，一般树木较高较直，影像上色调较深，灌木和草地色调较浅。其中，灌木呈绿色，小斑点状影纹，树冠较小；草地呈浅绿色，较规则形态，无阴影，纹理光滑细腻（图4、5）。

图4 河道防护绿绿地Fig.4 River protection green green space

（4）附属绿地解译标志

主要分布于建筑物、且有规律排列的城区和城市街道两旁或街道中间，建筑物边的绿地既有绿色、云朵状的乔木，也有浅绿色的面状草地，还有墨绿色、线状或环状展布的灌木花草等。街道两旁的绿地以阔叶林为主，有规律的沿街道呈线状展布，深绿色色调，云朵状形态，阴影发育；街道中间的绿地以花草为主，浅绿色，色调均匀柔和，块状影纹，形态规则（图6、7、8）。

图5 铁路防护绿地Fig.5 Railway protection green space

（5）其他绿地解译标志

主要分布在建城区尚未开发的地段，有成片山林的，亦解译为其他绿地。影像上以密集排列的阔叶林为主，色调较深，阴影发育，建筑物稀疏，局部有水域分布，多乔木，呈深绿色，大斑点状影纹，阴影发育，单棵树可见树冠（图9）。

3.2.2 遥感影像解译

城市绿地遥感解译采用制作解译专题影像图的方式进行，将每种类型用地中的绿色信息分别提出，从而完成绿地分类工作。采用此种方法，可保证绝大部分的绿色信息划分到相应的绿地类型中。

图6 单位绿地Fig.6 Unit green space

图8 道路绿地Fig.8 Road green space

在具体的操作过程中，（1）利用遥感影像图、城市用地现状图、城市绿化现状图等，根据《城市用地分类与规划建设用地标准》及《城市绿地分类标准》，在地理信息系统软件、AutoCAD等软件辅助下制作城市用地分类专题图；（2）在遥感图像处理软件中对配准、融合后的城市遥感数据进行绿色信息自动提取；（3）利用计算机自动分类工具，根据城市用地分类专题图，对提取的绿色信息进行分类，从而得到各种类型用地中的绿色信息；利用空间分析软件对各类园林绿地进行分析，并制作园林绿化现状遥感解译影像图及各类绿地分布专题图等图件。

图7 居住绿地Fig.7 Residential green space

图9 其他绿地Fig.9 Other green

在绿色信息提取过程中，利用计算机自动提取绿色信息，利用影像图进行用地分类，难免会出现错分、漏提、不确定等现象，为确保城市园林绿地指标计算的准确性，需对建成区内绿色信息进行人机交互解译。在叠加遥感影像的绿地分类图层上，对每块绿地进行检查，对不确定的绿地图斑进行实地调绘。最终调查结果如图10所示。

图10 江华县园林绿化遥感调查图Fig.10 Remote sensing survey of landscape architecture in Jianghua County

4 结论

（1）城市绿化的现状调查能为城市绿化的规划和建设提供直接、重要依据。通过使用高精度无人机影像，成功的完成了江华县园林绿化遥感调查，查明了各类绿地的分布状况，并对调查成果进行了评价，为江华县申报省级园林县城提供了准确的基础资料。

（2充分发挥高精度无人机遥感数据的优势，进行城市绿化景观格局分析和动态研究，可以更好的为城市园林规划，管理和建设提供科学依据。

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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

中国地质调查局“长江中游地区国土遥感综合调查”项目（12120115064801）资助。

*第一作者简介 许兆军，男，1978年生，高级工程师，研究方向：遥感地质调查、遥感技术应用。E-mail: xzjhnrs@163.com

2016-10-3；改回日期：2016-10-17。