杜金龍 袁莉 向榮 喻欣 廖洲 秦林

摘 要：本文利用了無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)對(duì)長(zhǎng)江師范學(xué)院鑒湖環(huán)道周邊和音樂(lè)廳周邊植被種類(lèi)進(jìn)行了分類(lèi)以及分布情況進(jìn)行了分析。首先使用無(wú)人機(jī)獲得了長(zhǎng)江師范學(xué)院鑒湖環(huán)道和音樂(lè)廳周邊航拍圖像，利用Pix4Dmapper和ArcMap數(shù)字圖像處理軟件進(jìn)行了圖像處理和分析，獲得了植種類(lèi)分布，并具體分析了各種類(lèi)植被面積以及占比。通過(guò)實(shí)地調(diào)查，表明航拍分析結(jié)果和實(shí)際植被分布情況相符，說(shuō)明利用無(wú)人機(jī)航拍進(jìn)行植被種類(lèi)及分布調(diào)查是可行的。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)遙感 數(shù)字圖像處理 Pix4Dmapper ArcMap 植被種類(lèi)分類(lèi) 綠化面積

中圖分類(lèi)號(hào)：TU4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）10（b）-0001-02

近年來(lái)，無(wú)人機(jī)（UAV）被越來(lái)越多地用在民用安全領(lǐng)域、緊急搜救與救援、林業(yè)檢測(cè)、環(huán)境保護(hù)、交通、通信、天氣氣象以及電影電視航空拍攝等多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)[1]。運(yùn)用無(wú)人機(jī)遙感專(zhuān)題信息技術(shù)研究城市職能構(gòu)成、城市現(xiàn)代化建設(shè)等課題，能夠迅速地獲得城市的地理分布和環(huán)境資源等空間信息數(shù)據(jù)，對(duì)遙感數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集、處理和應(yīng)用分析也是有很大的幫助的[2]。負(fù)責(zé)城市規(guī)劃管理、監(jiān)督和建設(shè)等系列部門(mén)可以利用無(wú)人機(jī)遙感拍攝得到實(shí)時(shí)低空大比例尺的圖像與畫(huà)面。通過(guò)圖像與實(shí)際考察結(jié)合的方法確認(rèn)圖像的準(zhǔn)確性，以便于準(zhǔn)確的分類(lèi)研究城市表面地物分布，再通過(guò)特征分類(lèi)異常提取的方法，對(duì)城市的廢物無(wú)序堆放、垃圾堆積、違章亂建、道路擁塞等信息以及城市執(zhí)法調(diào)查、處理結(jié)果及評(píng)價(jià)的現(xiàn)狀進(jìn)行解讀，為城市有序化建設(shè)提供合理的參考與監(jiān)督。

高志強(qiáng)等人針對(duì)福建市建成區(qū)園林的綠化現(xiàn)狀研究采用了航空遙感技術(shù)和實(shí)地調(diào)查相結(jié)合的方法，測(cè)算它的綠地率和綠化覆蓋率并分析其結(jié)果。最終發(fā)表了《應(yīng)用遙感技術(shù)測(cè)算城市綠化率》[3]。從朱京海等人于2011年發(fā)表的《無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用研究》文章中了解到了無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用是有優(yōu)勢(shì)的，該系統(tǒng)還可應(yīng)用于環(huán)境的保護(hù)管理與監(jiān)測(cè)的領(lǐng)域中，也可應(yīng)用于生態(tài)保護(hù)、濕地保護(hù)等其他領(lǐng)域內(nèi)。文章就上述問(wèn)題提出了許多可實(shí)施方案[4]等。石軍南等人基于高分辨率衛(wèi)星遙感影像研究，利用面向?qū)ο蟮姆诸?lèi)方法來(lái)獲取森林中的采伐現(xiàn)狀，且證實(shí)了分類(lèi)結(jié)果的準(zhǔn)確度[5]。

本論文的主旨是研究無(wú)人機(jī)影像遙感分析長(zhǎng)江師范學(xué)院鑒湖環(huán)道級(jí)音樂(lè)廳周邊植被種類(lèi)分類(lèi)，測(cè)算出各植被的占被測(cè)地的地域面積和占地率，根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)分析評(píng)估長(zhǎng)江師范學(xué)院的綠化。采取無(wú)人機(jī)影像遙感技術(shù)結(jié)合Pix4Dmapper遙感圖像處理技術(shù)和ArcMap數(shù)字圖像處理技術(shù)來(lái)對(duì)長(zhǎng)江師范學(xué)院鑒湖環(huán)道級(jí)音樂(lè)廳周邊植被種類(lèi)分類(lèi)測(cè)算，不僅能夠全面、客觀地代表長(zhǎng)江師范學(xué)院的綠化率，并且它需要的時(shí)間和周期更短，得到數(shù)據(jù)具有較高的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。結(jié)合得到的遙感影像圖像研究對(duì)于整個(gè)的校園綠化建設(shè)和管理具有很重要的意義。

1 無(wú)人機(jī)航拍數(shù)據(jù)采集

1.1 航拍目標(biāo)選取

長(zhǎng)江師范學(xué)院鑒湖環(huán)道以及音樂(lè)廳周邊的綠地廣綠植種類(lèi)較為齊全，在長(zhǎng)江師范學(xué)院整個(gè)綠植種類(lèi)以及綠地面積中具有很大的代表性，因此，我們應(yīng)用無(wú)人機(jī)低空航拍的優(yōu)越性和便利性，對(duì)長(zhǎng)江師范學(xué)院鑒湖環(huán)道以及音樂(lè)廳周邊植被種類(lèi)詳細(xì)分類(lèi)，得出數(shù)據(jù)并記錄。通過(guò)實(shí)地調(diào)查航拍區(qū)域的植被分布情況，與航拍所得的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得到偏差值以此來(lái)驗(yàn)證本研究的是否具有可行性。

1.2 數(shù)據(jù)采集

1.2.1 地面影像的采集

航拍獲得了大量的大比例尺高精度的影像，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，使用遙感數(shù)據(jù)圖像處理軟件Pix4Dmapper對(duì)原始數(shù)據(jù)圖片進(jìn)行拼接三維建模處理。得到利用無(wú)人機(jī)影像遙感技術(shù)航拍長(zhǎng)江師范學(xué)院鑒湖環(huán)道以及音樂(lè)廳周?chē)@得影像數(shù)據(jù)后，使用Pix4Dmapper軟件獲得航拍影像圖如圖1所示。

1.2.2 影像處理步驟簡(jiǎn)介

對(duì)所得的165張航拍圖片利用遙感數(shù)據(jù)圖像處理軟件Pix4Dmapper進(jìn)行處理分別得到兩張長(zhǎng)江師范學(xué)院鑒湖環(huán)道及音樂(lè)廳周邊的航拍影像圖（圖1），使用ArcMap數(shù)字圖像軟件處理獲得的遙感圖像，得到植被分類(lèi)結(jié)果，通常分成以下幾鐘。

（1）柳樹(shù)，人行道路周邊。

（2）黃桷樹(shù)，大范圍的覆蓋。

（3）竹子，飛艇庫(kù)旁，以及音樂(lè)廳周邊。

（4）杉樹(shù)，鑒湖環(huán)道正中靠近圖書(shū)館。

（5）批把樹(shù)，音樂(lè)廳周邊，極少。

（6）榕樹(shù)，零散分布，覆蓋面積小。

其次確定計(jì)算各鐘類(lèi)植物的占地面積及占地率的計(jì)算方式。占地率指航拍影像中各植物總的面積占整個(gè)航拍圖像總的面積的比例。其計(jì)算的公式是：每類(lèi)植物的占地率（%）=每類(lèi)植物總的面積/整個(gè)航拍面的面積×100%。

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 ArcMap進(jìn)行數(shù)字圖像與數(shù)據(jù)處理

ArcMap是一種能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入、編輯、查詢(xún)、分析和其他功能的應(yīng)用程序，具有所有基于Map的功能，可以實(shí)現(xiàn)以下的功能，如映射、地圖編輯器、地圖分析等。ArcMap包括了一個(gè)繁雜的專(zhuān)業(yè)映射和編輯系統(tǒng)，它既是面向?qū)ο蟮木庉嬈饔质菙?shù)據(jù)表生成器。ArcMap可以快速識(shí)別、分割、拼接圖像，是一款專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)圖像處理軟件。

使用ArcMap得到長(zhǎng)江師范學(xué)院鑒湖環(huán)道以及音樂(lè)廳周邊植物分類(lèi)圖如圖2所示。

使用ArcMap還可以計(jì)算各個(gè)區(qū)域的面積。將計(jì)算出的各類(lèi)地物的面積手動(dòng)導(dǎo)入Excel中，并且計(jì)算出各類(lèi)地物的占地率。

2.2 圖像及數(shù)據(jù)處理結(jié)果

利用數(shù)字圖像處理技術(shù)處理所得到的航空?qǐng)D片影像，對(duì)地面植物進(jìn)行分類(lèi)（圖3），確定各類(lèi)植物占地面積及占地率。本文根據(jù)圖2結(jié)合目視解譯和實(shí)地調(diào)查，來(lái)確定了該研究區(qū)域的幾種主要植物類(lèi)別：

左圖環(huán)道邊緣外側(cè)及右上部大面積分布區(qū)域代表黃桷樹(shù)；環(huán)道邊緣內(nèi)側(cè)分類(lèi)代表柳樹(shù)；右上角兩處條形分類(lèi)代表竹子；中心“L”字形分類(lèi)代表榕樹(shù)；右側(cè)開(kāi)口處幾個(gè)零散分布的小圓點(diǎn)以及小圓點(diǎn)上方的小塊代表杉樹(shù)。而右側(cè)音樂(lè)廳周邊植物的分類(lèi)中，左下角“幾”字形，上方大圖形里面包含的小圖形以及右上角兩個(gè)條形分類(lèi)代表竹子；圖中大圖形分類(lèi)代表黃角樹(shù)；左上角“幾”字形包含的圖形，右上角條形以左處的小圓塊以及條形下方包含在三塊大圖形當(dāng)中的一個(gè)小圓塊分類(lèi)代表枇杷樹(shù)；右下角像飛機(jī)機(jī)艙圖形，以這個(gè)圖形以右的“凸”字形以及左上角的小“凸”字形代表著榕樹(shù)。

得到雙精度的數(shù)據(jù)結(jié)果占地面積及占地率如表1所示。

由表1可知航拍圖像中黃桷樹(shù)分布面積最大，其次是竹子，柳樹(shù)面積第三。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)航拍結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行植被分類(lèi)的結(jié)果與實(shí)際樹(shù)種分布情況吻合。說(shuō)明通過(guò)航拍取得數(shù)據(jù)然后利用Pix4Dmapper、 ArcMap等軟件能很好地進(jìn)行各種地物分類(lèi)。此外可以看出長(zhǎng)江師范學(xué)院綠化工作十分出色，只是植被種類(lèi)較少，主要以黃桷樹(shù)為主，在這方面還有很多改進(jìn)的地方。

3 結(jié)語(yǔ)

本文的目的在于使用無(wú)人機(jī)對(duì)校園進(jìn)行低空航拍成像，通過(guò)數(shù)據(jù)圖片的處理，分析學(xué)校部分代表地區(qū)的植被種類(lèi)分布。航拍工作需要選擇天氣晴朗的時(shí)間段。影像資料的處理采取的是ArcMap軟件。利用ArcMap軟件，可以將不同樹(shù)種分成不同的板塊，然后分別測(cè)算出面積，最后計(jì)算出每個(gè)版塊占該區(qū)域綠地總面積的比例。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)航拍結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行植被分類(lèi)的結(jié)果與實(shí)際樹(shù)種分布情況吻合。說(shuō)明通過(guò)航拍取得數(shù)據(jù)然后利用數(shù)字圖像處理技術(shù)能很好地進(jìn)行各種植被種類(lèi)區(qū)分。相比于傳統(tǒng)的手動(dòng)測(cè)量，無(wú)人機(jī)影像遙感技術(shù)測(cè)量不僅對(duì)場(chǎng)地要求低，而且作業(yè)方式也靈活快捷，為進(jìn)行植被調(diào)查提供了更簡(jiǎn)便捷單的方法。

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