上海市三维绿量估算.ppt

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上海市三维绿量估算

上海市三维绿量估算 武汉大学遥感信息工程学院 巫兆聪 城市是人类社会活动的主要区域,城市的环境建设是实现可持续发展进程的一个重要组成部分。 许多研究表明绿色是环境建设之本,城市绿化的发展规模与建设质量,直接影响到城市的生态环境质量,以及城市的发展潜力和未来。 但是,城市绿化的布局和结构如何?绿化的变迁情况如何?现有的绿化植物能产生多少环境效益?此外,要改善城市的生态环境质量,需要种多少树?以怎样的结构来种?种在哪?当我们新建了许多绿地时,环境质量的改善程度如何? 这些有关城市绿化管理和生态环境研究的问题都有可能通过遥感及其相关研究来解决。 一 城市绿化遥感调查与环境效益估算 遥感在绿化调查和生态环境研究中主要解决的问题: · 绿化覆盖率调查 · 绿化三维量测算 · 绿化环境效益估算 · 绿化与环境质量的定量相关分析 绿化覆盖率遥感调查通常以彩红外航片为信息源,比例尺一般从1:2,000~1:10,000,也可以采用分辨率在4m以上的小卫星图像。 绿化覆盖率调查和绿地分类要点: ☆?植物在近红外波段具有高反射坪,在彩红外航片上具有鲜明的色调特征,可以用图像处理技术提取绿地覆盖范围。 ☆?根据不同植物大类(如乔木、密栽小灌木和草地等)的色调和纹理特征,可以在5-10m左右分辨率的遥感图像上区分它们。 ☆?在高于5m分辨率的遥感图像上,可以通过单株植物的色调、形状和纹理特征判读树种。 ☆?通过判读转绘、直接量化、计算机自动信息提取等方法可以获得绿化覆盖率、绿化现状分类图和由此衍生的其它专题图表。 二 城市绿化遥感调查与生态环境分析 我国开展遥感绿化覆盖率调查时间表和基本情况 · 1983年前后,北京进行的绿化航空遥感调查(8301工程子课题之一)可能是我国最早利用航空遥感手段大面积获得城市绿化覆盖率的实践。 · 上海市于1988年进行了航空遥感综合调查,除绿化覆盖率外还详细调查了绿地的功能,并据此进行了绿化与城市热场的相关性研究。不仅如此,通过判读量化1947、1956、1970等年份的航片,调查了40多年来上海市的绿化变迁情况,为政府决策提供了许多有价值的数据。 此后,又有广州、杭州等20多个大城市完成了航空遥感绿化覆盖率调查。以卫星图像或航空像片自动提取城市绿化覆盖信息的尝试一直在进行中,由于城市绿地具有分布零散和结构复杂的特点,特别是许多绿地被高大建筑物遮挡,城市绿化覆盖信息自动提取的精度一直是一个有待突破的瓶颈。 在城市中,选择较好的绿化结构,可以利用有限的土地,有效地提高绿化的生态环境效益。为此许多园林科技人员开始了优化城市绿化结构的研究和实践,因此迫切需要一种能描述绿化空间结构变化的绿化新指标。 另外,有资料显示,就植物的吸收二氧化碳和产生氧气的能力而言,森林是同面积草地的3~5倍。所以仅仅使用绿化覆盖率来描述城市绿化的数量进行生态环境分析是比较粗略的。 出于上述考虑,“上海市绿化三维量遥感调查”课题组于1992年首先提出了“绿化三维量”的概念。 绿化三维量简称“绿量”,指绿色植物茎叶所占空间的体积。 三 绿化三维量测算 相对于平面量(如绿化覆盖率)而言,绿量指标能更好地反映城市绿化在空间结构方面的差异,因而可用于分析绿化的环境效益和城市绿化需求总量,以及不同城市功能区的绿化结构优化设计等方面;而且将它作为绿化质量的考核指标之一,有利于促进城市绿化结构的进一步完善。 绿量的常用单位为m3,某区域的绿量总和即为该区域的总绿量。为表达区域间绿化数量的差异,另一个常用量为“相对绿量”,它是绿量与对应的土地面积之比,常用单位为m3/m2。 绿量的测算采用所谓“绿量遥感测算模式”。 以这种模式对测算绿量,不是采用常规的立体摄影测量的方法,而是采用“以平面量模拟立体量”的方法,即在航空像片上判读和测定树种、覆盖面积、株数、结构类型等特征数据和平面量,再由计算机模拟计算冠径、冠高,进而求取绿量。 这样就有可能把复杂的立体测量问题简化到平面上来解决。 由于绿量测算的原始数据大多数依据航片判读取得,所以称该模式为绿量的遥感测算模式。 绿量的模拟计算基于“绿量计算系列模型”。形成这个系列模型的主要步骤如下: (1)在上海市的主要绿化植物种类中,筛选建模树种; (2)实地采集植物冠径、冠高、冠下高、树冠形态等样本数据; (3)回归分析建立各树种的树冠和冠下“径-高方程”; (4)为各树种选配适当的立体几何图形,建立绿量计算方程。 回归分析选用的是二元回归中常用的二次曲线----“逻辑斯蒂曲线”。园林界常用该曲线来描述植物的某些生长因素,称之为“生长曲线”。该曲线方程的基本形式为

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