无人机航拍进行植被种类及分布分析

杜金龙 袁莉 向荣 喻欣 廖洲 秦林

摘 要：本文利用了无人机遥感技术对长江师范学院鉴湖环道周边和音乐厅周边植被种类进行了分类以及分布情况进行了分析。首先使用无人机获得了长江师范学院鉴湖环道和音乐厅周边航拍图像，利用Pix4Dmapper和ArcMap数字图像处理软件进行了图像处理和分析，获得了植种类分布，并具体分析了各种类植被面积以及占比。通过实地调查，表明航拍分析结果和实际植被分布情况相符，说明利用无人机航拍进行植被种类及分布调查是可行的。

关键词：无人机遥感 数字图像处理 Pix4Dmapper ArcMap 植被种类分类 绿化面积

中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）10（b）-0001-02

近年来，无人机（UAV）被越来越多地用在民用安全领域、紧急搜救与救援、林业检测、环境保护、交通、通信、天气气象以及电影电视航空拍摄等多个领域内[1]。运用无人机遥感专题信息技术研究城市职能构成、城市现代化建设等课题，能够迅速地获得城市的地理分布和环境资源等空间信息数据，对遥感数据的数据采集、处理和应用分析也是有很大的帮助的[2]。负责城市规划管理、监督和建设等系列部门可以利用无人机遥感拍摄得到实时低空大比例尺的图像与画面。通过图像与实际考察结合的方法确认图像的准确性，以便于准确的分类研究城市表面地物分布，再通过特征分类异常提取的方法，对城市的废物无序堆放、垃圾堆积、违章乱建、道路拥塞等信息以及城市执法调查、处理结果及评价的现状进行解读，为城市有序化建设提供合理的参考与监督。

高志强等人针对福建市建成区园林的绿化现状研究采用了航空遥感技术和实地调查相结合的方法，测算它的绿地率和绿化覆盖率并分析其结果。最终发表了《应用遥感技术测算城市绿化率》[3]。从朱京海等人于2011年发表的《无人机遥感系统在环境保护领域中的应用研究》文章中了解到了无人机遥感系统在环境保护领域的应用是有优势的，该系统还可应用于环境的保护管理与监测的领域中，也可应用于生态保护、湿地保护等其他领域内。文章就上述问题提出了许多可实施方案[4]等。石军南等人基于高分辨率卫星遥感影像研究，利用面向对象的分类方法来获取森林中的采伐现状，且证实了分类结果的准确度[5]。

本论文的主旨是研究无人机影像遥感分析长江师范学院鉴湖环道级音乐厅周边植被种类分类，测算出各植被的占被测地的地域面积和占地率，根据测得的数据分析评估长江师范学院的绿化。采取无人机影像遥感技术结合Pix4Dmapper遥感图像处理技术和ArcMap数字图像处理技术来对长江师范学院鉴湖环道级音乐厅周边植被种类分类测算，不仅能够全面、客观地代表长江师范学院的绿化率，并且它需要的时间和周期更短，得到数据具有较高的准确性和及时性。结合得到的遥感影像图像研究对于整个的校园绿化建设和管理具有很重要的意义。

1 无人机航拍数据采集

1.1 航拍目标选取

长江师范学院鉴湖环道以及音乐厅周边的绿地广绿植种类较为齐全，在长江师范学院整个绿植种类以及绿地面积中具有很大的代表性，因此，我们应用无人机低空航拍的优越性和便利性，对长江师范学院鉴湖环道以及音乐厅周边植被种类详细分类，得出数据并记录。通过实地调查航拍区域的植被分布情况，与航拍所得的结果进行对比，得到偏差值以此来验证本研究的是否具有可行性。

1.2 数据采集

1.2.1 地面影像的采集

航拍获得了大量的大比例尺高精度的影像，并对数据进行保存，使用遥感数据图像处理软件Pix4Dmapper对原始数据图片进行拼接三维建模处理。得到利用无人机影像遥感技术航拍长江师范学院鉴湖环道以及音乐厅周围获得影像数据后，使用Pix4Dmapper软件获得航拍影像图如图1所示。

1.2.2 影像处理步骤简介

对所得的165张航拍图片利用遥感数据图像处理软件Pix4Dmapper进行处理分别得到两张长江师范学院鉴湖环道及音乐厅周边的航拍影像图（图1），使用ArcMap数字图像软件处理获得的遥感图像，得到植被分类结果，通常分成以下几钟。

（1）柳树，人行道路周边。

（2）黄桷树，大范围的覆盖。

（3）竹子，飞艇库旁，以及音乐厅周边。

（4）杉树，鉴湖环道正中靠近图书馆。

（5）批把树，音乐厅周边，极少。

（6）榕树，零散分布，覆盖面积小。

其次确定计算各钟类植物的占地面积及占地率的计算方式。占地率指航拍影像中各植物总的面积占整个航拍图像总的面积的比例。其计算的公式是：每类植物的占地率（%）=每类植物总的面积/整个航拍面的面积×100%。

2 数据处理

2.1 ArcMap进行数字图像与数据处理

ArcMap是一种能够进行数据输入、编辑、查询、分析和其他功能的应用程序，具有所有基于Map的功能，可以实现以下的功能，如映射、地图编辑器、地图分析等。ArcMap包括了一个繁杂的专业映射和编辑系统，它既是面向对象的编辑器又是数据表生成器。ArcMap可以快速识别、分割、拼接图像，是一款专业的数据图像处理软件。

使用ArcMap得到长江师范学院鉴湖环道以及音乐厅周边植物分类图如图2所示。

使用ArcMap还可以计算各个区域的面积。将计算出的各类地物的面积手动导入Excel中，并且计算出各类地物的占地率。

2.2 图像及数据处理结果

利用数字图像处理技术处理所得到的航空图片影像，对地面植物进行分类（图3），确定各类植物占地面积及占地率。本文根据图2结合目视解译和实地调查，来确定了该研究区域的几种主要植物类别：

左图环道边缘外侧及右上部大面积分布区域代表黄桷树；环道边缘内侧分类代表柳树；右上角两处条形分类代表竹子；中心“L”字形分类代表榕树；右侧开口处几个零散分布的小圆点以及小圆点上方的小块代表杉树。而右侧音乐厅周边植物的分类中，左下角“几”字形，上方大图形里面包含的小图形以及右上角两个条形分类代表竹子；图中大图形分类代表黄角树；左上角“几”字形包含的图形，右上角条形以左处的小圆块以及条形下方包含在三块大图形当中的一个小圆块分类代表枇杷树；右下角像飞机机舱图形，以这个图形以右的“凸”字形以及左上角的小“凸”字形代表着榕树。

得到双精度的数据结果占地面积及占地率如表1所示。

由表1可知航拍图像中黄桷树分布面积最大，其次是竹子，柳树面积第三。经现场调查，发现航拍结合数字图像处理技术进行植被分类的结果与实际树种分布情况吻合。说明通过航拍取得数据然后利用Pix4Dmapper、 ArcMap等软件能很好地进行各种地物分类。此外可以看出长江师范学院绿化工作十分出色，只是植被种类较少，主要以黄桷树为主，在这方面还有很多改进的地方。

3 结语

本文的目的在于使用无人机对校园进行低空航拍成像，通过数据图片的处理，分析学校部分代表地区的植被种类分布。航拍工作需要选择天气晴朗的时间段。影像资料的处理采取的是ArcMap软件。利用ArcMap软件，可以将不同树种分成不同的板块，然后分别测算出面积，最后计算出每个版块占该区域绿地总面积的比例。经现场调查，发现航拍结合数字图像处理技术进行植被分类的结果与实际树种分布情况吻合。说明通过航拍取得数据然后利用数字图像处理技术能很好地进行各种植被种类区分。相比于传统的手动测量，无人机影像遥感技术测量不仅对场地要求低，而且作业方式也灵活快捷，为进行植被调查提供了更简便捷单的方法。

参考文献

[1] 洪宇，龚建华，胡社荣.无人机遥感影像获取及后续处理探讨[J].遥感技术与应用，2008，23（4）：462-466.

[2] 金伟，葛宏立，杜华强.无人机遥感发展与应用概况[J].遥感信息，2009（1）：88-92.

[3] 翁仁俤，高志强.应用遥感技术测算城市绿化率[J].福建农业大学学报，1997，26（3）：333-337.

[4] 朱京海，徐光，刘家斌.无人机遥感系统在环境保护领域中的应用研究[J].2011，45（4）：45-48.

[5] 石軍南，李和顺，刘晓农，等.面向对象分类方法在森林采伐遥感监测中的应用[J].中南林业科技大学学报，2010，30（11）：6-10.