航空遥感数字化信息在城市绿化精细调查中的优点与应用
摘要：
当前我国城市的发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。本文以上海市第三轮航空遥感在上海市绿化调查中的应用为例，从光谱特性和绿化信息精确定位、定量等角度论述了应用彩红外航空遥感数字化信息进行绿化精细调查，具有高精确性、高可靠性和高效率等突出优点，介绍经过实践验证的一种应用方法，并探讨了航空遥感绿化调查今后的发展的方向。
关键字： 航空遥感 彩红外 数字化 绿化调查
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，建设生态城市的观点越来越被受到关注。上海、天津、哈尔滨、扬州、常州、成都等城市纷纷提出建设生态城市的目标[2]。城市的绿化建设则是城市生态化的一个重要方面，有关专家指出，加强绿地生态建设应该是城市生态环境建设“十五”规划的重要措施之一，城市绿地生态建设要以扩大绿地面积、提高绿地覆盖率、以质取胜为目标[3]。城市的绿化现状如何则是进一步进行绿化规划与建设的直接、重要依据，在建设部创建国家园林城区的工作中起到了管理与监控的作用。因此，开展绿化现状调查必不可少。要使绿化调查的结果更为精确，必须结合高科技手段。其中，采用彩红外航空遥感数字化信息进行解译是一种比较可行的方法。
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0.5~0.9μm[1],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40~50%的近红外（0.7~1.1μm）波段的能量，吸收将近80~90%的可见光波段（0.4~0.7μm）的能量（详见图1）。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[1]。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，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。有些平时肉眼所见的非植被绿色地面或屋顶，由于在近红外波段所反射的能量很小，所以在彩红外影像中不会呈现红色，而是紫色或其他颜色。
图1 健康绿草、枯草和干裸土地在0.4~1.1μm波段的光谱反射特征[1]
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PhotoShop的支持下，可以在1:10000~1:200的比例尺效果之间迅速缩放（不出现马赛克效果），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。由于有上述优点，在计算机内对绿化进行解译时，就能把绿化覆盖的边界准确地勾绘出来，为统计结果的准确性打下基础。另一方面，利用计算机对绿化面积进行统计，可以避免采用求积仪进行人工量算时的操作误差，从而获得精确的面积统计结果。
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，又可以即时发现遗漏之处。根据在上海市的实际操作经验，采用数字化影像进行绿化解译，单人单机即可独立负责一片区域，每天大约可完成0.5平方公里区域内的绿化解译和面积量算工作；而人工实地量算，一般需要3人为一个工作小组， 要完成上述面积区域内的绿化量算工 《航空遥感数字化信息在城市绿化精细调查中的优点与应用》
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当前我国城市的发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。本文以上海市第三轮航空遥感在上海市绿化调查中的应用为例，从光谱特性和绿化信息精确定位、定量等角度论述了应用彩红外航空遥感数字化信息进行绿化精细调查，具有高精确性、高可靠性和高效率等突出优点，介绍经过实践验证的一种应用方法，并探讨了航空遥感绿化调查今后的发展的方向。
关键字： 航空遥感 彩红外 数字化 绿化调查
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，建设生态城市的观点越来越被受到关注。上海、天津、哈尔滨、扬州、常州、成都等城市纷纷提出建设生态城市的目标[2]。城市的绿化建设则是城市生态化的一个重要方面，有关专家指出，加强绿地生态建设应该是城市生态环境建设“十五”规划的重要措施之一，城市绿地生态建设要以扩大绿地面积、提高绿地覆盖率、以质取胜为目标[3]。城市的绿化现状如何则是进一步进行绿化规划与建设的直接、重要依据，在建设部创建国家园林城区的工作中起到了管理与监控的作用。因此，开展绿化现状调查必不可少。要使绿化调查的结果更为精确，必须结合高科技手段。其中，采用彩红外航空遥感数字化信息进行解译是一种比较可行的方法。
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0.5~0.9μm[1],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40~50%的近红外（0.7~1.1μm）波段的能量，吸收将近80~90%的可见光波段（0.4~0.7μm）的能量（详见图1）。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[1]。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，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。有些平时肉眼所见的非植被绿色地面或屋顶，由于在近红外波段所反射的能量很小，所以在彩红外影像中不会呈现红色，而是紫色或其他颜色。
图1 健康绿草、枯草和干裸土地在0.4~1.1μm波段的光谱反射特征[1]
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PhotoShop的支持下，可以在1:10000~1:200的比例尺效果之间迅速缩放（不出现马赛克效果），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。由于有上述优点，在计算机内对绿化进行解译时，就能把绿化覆盖的边界准确地勾绘出来，为统计结果的准确性打下基础。另一方面，利用计算机对绿化面积进行统计，可以避免采用求积仪进行人工量算时的操作误差，从而获得精确的面积统计结果。
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，又可以即时发现遗漏之处。根据在上海市的实际操作经验，采用数字化影像进行绿化解译，单人单机即可独立负责一片区域，每天大约可完成0.5平方公里区域内的绿化解译和面积量算工作；而人工实地量算，一般需要3人为一个工作小组， 要完成上述面积区域内的绿化量算工 《航空遥感数字化信息在城市绿化精细调查中的优点与应用》
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