无人机遥感估算绿化园林三维绿量——以福州大学旗山校区为例

针对传统的三维绿量估算方法存在耗时费力的缺点,提出利用可见光无人机影像快速估算绿化树木三维量的方法.首先获取高于10cm分辨率的无人机可见光遥感影像;其次结合可见光波段的光谱特征与无人机数据点云的高程特征获得研究区的冠层高度模型;再次通过局部最大值算法与标记控制分水岭算法提取单木树高、株数以及冠径参数,通过野外实测数据构建“树高-冠高”关系模型得到冠高;最后结合树种分布情况,按照不同的树冠形状构建三维绿量估算模型.     

基于i-Tree模型的城市小区行道树生态效益评价

【目的】通过行道树生态经济价值分析,了解城市森林中树木发挥的各类生态效益,为校园行道树种植规划以及道路的合理分布提供参考。【方法】调查南京林业大学校园5个区域行道树树种组成、胸径和树高结构以及树木类型,共取得2 350株立木资料,分析研究校园行道树结构组成,并运用i-Tree模型对对校园行道树进行定量的森林效益评估,包括节能效益、净化空气效益、吸收二氧化碳效益、截留雨水效益和美学效益5个方面,并将效益值转化为相应的经济价值。【结果】研究区行道树属于31科49属54种,树木种类多为落叶阔叶型乔木,其中樱花、二球悬铃木、马褂木、樟树和银杏的数量最多; 以胸径为≥8～46 cm的树种为主,其中胸径为≥8～15 cm的441株,占18.77%; ≥15～30 cm的1 132株,占48.17%; ≥30～46 cm的507株,占21.57%。通过i-Tree模型对南京林业大学行道树的总生态效益评估可得,研究区主要道路上的2 350株行道树年创造总效益值为1 023 101.29元,其中校园行道树的美学效益最高,占总效益的65.67%; 其次是截留雨水效益,占总效益的17.05%,节能效益占总效益的13.02%; 减少CO₂效益与改善空气质量效益比分别占总效益的2.65%、1.61%。各个区域中,教学区为行道树主要种植区,效益最高,占总效益的43.62%; 其次是居民区,占总效益的19.43%; 行政区、活动区和生活区分别占总效益的15.17%、11.21%和10.56%。不同的树种在各生态效益上的贡献率不同,二球悬铃木、银杏、马褂木、樟树的总生态效益贡献率最高,占总量的比例分别为21.97%、18.09%、14.50%、8.57%,共占生态总效益的63.13%,超过了总效益的一半。【结论】研究区总树种类型丰富,多样性高,但在活动区缺少高大乔木。生活区节能效益和改善空气质量效益低,建议种植枫杨、七叶树等树种。居民区水杉、银杏和二球悬铃木树种分布均匀度最高,所得到的单株效益和总效益均为各区首位。行政区尽管面积和道路长度最小,但杨树种植多区域单株效益较高,区域截留雨水效益最高。     

基于TM影像的森林三维绿量的遥感测算

以北京市八达岭林场为研究区,TM影像为数据源,结合地面样地调查数据,利用多元线性回归分析法分树种建立了北京市八达岭林场三维绿量(TGB)的估测模型。对估测模型进行评价和精度验证,得到阔叶林、针叶林、混交林三维绿量模型的决定系数(R2)分别为0.858、0.756、0.759,测算精度为85.63%。基于模型估测八达岭林场的三维绿量,总量为1 498.635万m3;与利用森林资源二类调查数据计算的地面实测三维绿量对比,测算精度为90.89%。     

基于无人机影像的城市复杂三维绿量快捷估算——以上海植物园为例

三维绿量是表征城市植被生态效益的综合指标,如何在高度异质性的城市生境中精确、快捷地开展三维绿量监测,是当前城市植被生态效益评估亟待解决的难题.本研究以上海植物园为对象,通过无人机航摄系统对上海植物园进行低空高分辨率影像获取,逐像元提取并计算地表高程模型和冠层高度模型,对上海植物园三维绿量进行估算,进而对绿量空间分布格局进行分析.研究发现:（1）无人机影像的整体平面和高程精度优于0.1 m,冠层高度模型精度的平均误差为0.27 m,标准差为0.58 m.（2）上海植物园的绿量分布呈东北低西南高的格局,总绿量为3 538 944.50 m³.绿量最高的3个园区分别为牡丹园（289 491.00 m³）、松柏园（338 322.10 m³）和温室附属绿地（360 587.50 m³）;绿量最低的3个园区分别为休闲绿地（24 761.50 m³）、单子叶植物园（31 621.40 m³）和蔷薇园（74 607.30 m³）;植物园平均绿量密度...     

基于绿化指标的城市绿地降温效应研究进展

城市化使城市下垫面属性改变，人工表面取代自然地表，导致室外热环境恶化，其形成的城市热岛效应引发的异常气候问题严重危害人类的生命健康。研究已证实植被可以通过遮荫和蒸腾等作用产生降温的生态效益，但其产生的生态效益与植被的规模或种类或分布方式等之间的联系仍没有明确量化掌握。目前，通过不同指标对绿地特征进行概括，从而精准量化绿地对室外热环境的调节作用已成为研究重点。对绿地面积、绿化覆盖率、绿地率、乔木覆盖率、三维绿量以及天空可视度六种指标调控室外热环境的研究进行综述：首先分析各绿化指标之间的区别，并分别论述各绿化指标与热环境相关研究，总结各指标在量化降温效应的特点及局限性。之后提出绿化指标互补量化研究方法，从三维空间视角为完善绿量指标研究提出三维绿量体以及三维绿量体与热环境关系研究的相关方式，从而精确地对三维绿量在空间中地具体分布进行表达，更加真实地反映绿地的植被特征。根据以往针对三维绿量的研究提出三维绿量阈值，结合三维绿量的空间分布及树种差异性，挖掘影响绿地降温效应的潜在影响因素，以便更好地量化绿地降温效果，充分发挥城市绿地的生态效益。最后论述绿视率这一新的量化指标在量化绿地降温效应的潜力，以期推动绿视率与热环境相关研究。     

快鸟高分辨率遥感数据在呼和浩特市赛罕区绿地调查中的应用

利用快鸟高分辨率遥感数据（Quickbird），在遥感和地理信息系统的支持下，对呼和浩特市赛罕区二环路内的绿化状况进行了研究．结果表明。呼和浩特市赛罕区二环路内的绿地面积较少，覆盖率低；绿化以树木绿化为主，草坪绿化薄弱。其中又以生产绿地、单位附属绿地和居民区绿地占绝对比重；绿地分布不均，廊道绿地没有形成网络，成片绿地主要分布在公园、植物园内，居民区明显缺乏，在旧住宅区有大面积的绿化空区．     

通辽市开发区行道树的结构特征分析

行道树作为城市园林绿化的骨干,在创造优美的城市景观和改善城市生态环境中发挥着十分重要的作用.通过对通辽市开发区主要路段行道树进行调查,结果表明：通辽市开发区行道树共有园林树木9种,隶属6科7属.其中国槐重要值是37.98,其他树种重要值均不超过15.胸径20—30cm的树木最多,占总数的48.13%,处于10—20cm的树木占47.31%.平均树高为6.88m,高度处于4—7m之间的树木最多,占总数的49.02%.根据以上调查结果可知开发区行道树存在种类单一,常绿树种,观花、观果树种较少的问题.据此,提出了对策与建议.     

沈阳城市公园绿化树种应用的现状研究

对沈阳市公园绿化树种的应用和配置进行了分析，结果表明：公园绿化应用树种较丰富，部分公园树种比例搭配较为合理，生物多样性较高．南湖公园有树种136种，其树种丰富度和多样性均最高，分别达到9．981和4．614．公园树木使用中存在着一些问题，如占优势的只是少数几个种，按株数排在前10位的树种占公园树木总株数的42．5％；公园中常绿树比重较高，针阔比达1：3．根据公园绿化树种的应用情况，提出应通过科学规划、合理确定树种应用比例、提高植物配置水平、加强乡土树种的引种驯化等措施，进一步提高绿化树种应用水平．     

基于无人机与机器学习的黄河源高寒草地植被覆盖度反演技术

针对高原高寒地区大面积草地植被覆盖度调查与实验过程中地面测量效率低下,遥感数据质量不佳、数量源受限与反演结果不确定等问题,在黄河源地区利用低空无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)遥感技术、统计建模与机器学习方法,开展基于可见光影像的高寒草地植被覆盖度反演与验证。结果表明:基于可见光构建的过绿指数与植被覆盖度的相关系数达0.676,比归一化差异指数高出近5.2%,具有较高的可靠性;利用过绿指数建立的高寒草地植被覆盖度统计模型中,对数模型和Gamma模型精度较高,但具有显著的地域差异性;直接利用低空无人机遥感波段值建立的机器学习模型精度显著优于各个统计模型,获得的均方根误差、估算精度、相对偏差和决定系数比统计模型中表现最优的对数模型分别提高2.68%、3.75%、7.35%和13.91%,且无需计算植被指数,在成本、效率和精度等方面具有较大的优势。     

基于无人机可见光波段对荒漠植被覆盖度提取的研究——以沙坡头地区为例

以腾格里沙漠东南缘沙坡头地区为研究区域,采用无人机(Phantom 3A)拍摄获取指定范围可见光影像,通过ENVI软件分析照片的红、绿、蓝信息进行植被指数的提取和植被覆盖度的计算,主要分析了可见光波段差异植被指数、归一化绿化差异指数、归一化绿蓝差异指数、过绿指数、红绿比值指数与研究区荒漠植被覆盖度回归模型,探究最优反演模型,目的是验证在相同区域、相同时间拍摄的无人机影像的植被覆盖度.计算出来的植被覆盖度和无人机航片的处理方法进行比对,验证反演模型的正确性.结果表明:通过无人机可见光波段提取的植被指数结果中可见光波段差异植被指数的提取精度最好,能很好地将植被与非植被区分,为荒漠植被覆盖度和植被指数的反演模型的验证提供了依据,节约了实地测量带来的时间和人力成本.对比研究植被指数和荒漠植被覆盖度的线性、对数、三次、乘幂、增长及指数的回归模型结果,最优的荒漠植被覆盖度的反演模型是可见光波段差异植被指数的三次模型,为y=-200.06x3+706.763x2-430.779x+17.916,能很好地监测荒漠植被覆盖度的动态变化,为今后荒漠生态系统的防护和管理提供较好的技术支持.     

橘光绿天牛对九里香绿化球的危害及其经济损失评估

分别于2002年6月27日和8月29日调查广西生态工程职业技术学院内种植的九里香[Murraya paniculata(L．)Jack]受橘光绿天牛(Chelidonium citri Grressitt)危害的状况并进行危害价值损失评估。结果表明，九里香绿化球受害株率90．7％，枝枯株率74．1％，有虫株率75．9％，虫口密度2．11，危害度31．5％。危害造成枝枯宽度平均为61cm，占平均树冠周长的14．4％；枝枯平均深度为68．4cm，占平均树高50．8％。植株东向受害最多，占受害总株数30％；中部枝枯宽度占树冠周长比例最大，为22．9％；西南方向枝枯深度最深，占高度的90．9％。九里香绿化球价值损失占总价值的38．7％。学院的九里香绿化球受橘光绿天牛危害严重，需要及时有效的预防与防治。     

基于无人机LiDAR的单木生物量估测

单木生物量是遥感反演大尺度森林生物量的基础,为提高森林单木生物量估测精度和效率,利用无人机LiDAR点云精确估算桉树、马尾松的单木生物量。首先通过优化算法,提取树高和冠幅,然后采用改进的凸包算法计算树冠面积与体积,把单木结构参数引入CAR模型,构建单木生物量估测模型,并与线性模型进行比较。结果表明：（1）桉树样地树高、冠幅相关性系数R2分别为0.92、0.72;马尾松样地相关性系数R2分别为0.94、0.78,算法提取的树木参数与实测数据相关性较好。（2）改进的CAR模型的精度优于线性模型,桉树和马尾松样地R2分别为0.821、0.830,RMSE分别为17.731、19.149 kg/株。（3）CAR模型引入冠幅面积、体积等树冠因子的生物量模型拟合度更好、精度更高,其中桉树、马尾松样地R2提高了0.102、0.115,RMSE下降了4.484、5.683 kg/株。利用无人机LiDAR数据提取单木结构参数进行生物量估测可取得很好拟合优度和精度。     

结合树冠体积的油茶树高与产量估测研究

【目的】以长沙县明月村油茶林基地为研究区,探讨利用无人机倾斜摄影提取树冠体积进行油茶树高和产量估测的可行性。【方法】基于无人机正射影像和密集匹配点云,提取波段反射率、植被指数、纹理因子、高度特征等遥感变量和冠幅等冠层参数,同时利用克里金法、反距离权重法、自然邻近点法和过滤三角网法分别获取油茶树冠体积,建立多元线性回归、随机森林、K最邻近模型估测油茶树高和产量,并以地面三维激光点云获取的树冠体积、样地实测树高和产量作为实测值分别对估测结果进行精度评价。【结果】过滤三角网是获取油茶树冠体积最有效的方法,其平均相对误差(31.54%)优于反距离权重法(36.73%)、克里金法(37.04%)和自然邻近点法(38.54%)。将树冠体积作为特征变量参与建模后,树高和产量的多元线性回归、随机森林、K最邻近模型的精度均有所提升(树高相对均方根误差分别减小了3.77%、0.78%、0.64%,产量相对均方根误差分别减小了1.32%、0.34%、0.16%)。对比3种估测模型,随机森林模型的决定系数均优于多元线性回归和K最邻近(树高决定系数分别为0.78、0.51和0.19,产量决定系数分别为0.61、0.48和0.24)。研究发现,分别使用估测树高和实测树高参与产量建模的精度无明显差异。【结论】结合树冠体积和树高参与建模可有效提高油茶产量估测精度,研究结果可为区域范围内利用无人机遥感技术开展油茶树高和产量调查提供参考。     

影像重叠率和地面分辨率对基于无人机影像的树高估测精度的影响

植被冠层高度是一个重要的生态度量指标;无人机遥感技术为森林和城市景观中的树高快速估测提供了更经济、高效的途径,但目前基于无人机影像的采集条件对精确获取森林结构参数的影响还存在许多不确定的因素。本文以福州大学旗山校区为研究区,采集不同地面分辨率/航向/旁向重叠率无人机影像（5cm/90%/80%、10cm/90%/80%、5cm/65%/60%）,并实测了树高及冠幅。在软件中对无人机影像进行处理,生成研究区正射影像和三维点云;然后评价生成的地面数字高程模型的精度以及基于点云的局部最大值法提取树高;最后比较不同影像重叠率及地面分辨率下的树高估测精度。实验结果表明：较小的地面分辨率及较大的重叠率下的采集参数不仅生成的点云密度较高,重建更为完整,单木检测的F测度及树高估测精度更高,尤其是对于高度和冠幅较小的梧桐,而且当林下无灌木丛时有助于减小DEM误差。     

基于点云数据的株冠体积测量方法

 在林业领域,利用地面三维激光扫描(Terrestrial 3D Laser Scanning,TLS)技术可获取测树因子,以辅助林业资源调查,但该技术尚未用于测量灌木植物的体积。在介绍TLS系统组成、工作原理的基础上,基于紫穗槐的点云数据,测量29株两年生紫穗槐苗的冠高、冠幅直径,采用整体凸包算法、切片凸包算法、切片分割算法和立体栅格算法计算紫穗槐的株冠体积,并对株冠体积与冠高、冠幅直径进行相关性分析,从而选择适合测量灌木植物体积的方法。结果表明,立体栅格算法是计算与紫穗槐有相同结构特征植物株冠体积的最好方法,利用TLS技术可监测野外灌木生长状况。     

基于树高和冠幅的广西桉树二元立木材积模型研建

激光雷达在获取树高和冠幅等森林资源信息方面具有无可比拟的优越性,构建基于树高和冠幅的二元立木材积模型,可为激光雷达技术在森林蓄积量估测应用中提供计量依据。通过测定广西桉树（Eucalyptus）典型分布区448株样木的树高、冠幅、胸径等因子,采用非线性回归估计方法建立树高冠幅二元材积模型、树高一元材积模型、胸径树高二元材积模型、胸径一元材积模型和冠幅一元材积模型,并对模型进行检验评价。建立的5个模型确定系数分别为0.969,0.875,0.994,0.945和0.588,总体误差分别为0.29%、-1.94%、-0.26%、1.88%和-2.82%,模型预估精度分别为97.75%、95.38%、99.14%、96.95%和91.72%;树高冠幅二元材积模型的模型总体检验、分树种检验、分段检验、分区检验和五折交叉检验,均符合林业数表编制的相关要求。树高冠幅二元材积模型各项指标显著优于树高一元材积模型和冠幅一元材积模型,与胸径树高二元材积模型接近,完全符合林业数表编制要求,可应用于基于机载激光雷达的森林资源调查和监测。     

基于无人机激光雷达的不同种类红树林单木分割

红树林是生长在热带和亚热带海岸线上的典型潮间带植物,气候变化、自然灾害和人为干扰的影响下退化严重,加强红树林监测是有效保护红树林的重要工作。本文选取广东雷州市东海岸红树林示范区为研究区域,通过样地无人机激光雷达(LiDAR)高密度点云数据以及样方实测数据搭建红树林结构参数反演模型,提取不同红树林种类样方的单木结构参数并检验红树林点云分割精度,依据精度检验指标与偏差度量指标验证单木反演参数精度并分析原因。结果表明(1)基于分水岭算法对不同种类红树林实地样方进行单木树高提取,其中无瓣海桑的整体分割效果最好。单木树高参数精度分析与拟合验证,无瓣海桑结果最优,其次为秋茄,白骨壤精度最低。(2)通过估测单木冠幅反演值与样地实测值的偏差以及偏离比例,发现红树林单木冠幅参数整体反演效果较差,识别精度最高的还是无瓣海桑。(3)单木树高的识别效果整体优于单木冠幅,整体分割结果为无瓣海桑最高,其次为秋茄,白骨壤最低。使用无人机激光雷达技术可以有效提取红树林结构参数,替代传统的红树林人工测量方法,为红树林资源动态变化监测及保护提供高精度基础数据。     

基于ULS、TLS和超声测高仪的天然次生林中不同林冠层树高估测

【目的】应用不同数据源分析不同林冠层中探测提取树高的异同,探索适用于中国北方天然次生林树高估测的方法。【方法】以东北林业大学帽儿山实验林场中林施业区0.25 hm²样地为研究区域,基于无人机激光雷达(unmanned aerial vehicle laser scanning, ULS)、地基激光雷达(terrestrial laser scanning,TLS)和Vertex IV超声测高仪实测单木树高,根据冠层高度分布(canopy height distribution, CHD)对林冠层进行分层,对不同林冠层(上层和下层)、不同树木类型(针叶树和阔叶树)探测提取的树高进行对比与分析。【结果】由CHD计算得到的冠层分层阈值为8.5 m。树高的离群值大多产生在林冠上层,阔叶树比针叶树更容易产生离群值,ULS比TLS更容易产生离群值。在林冠上层,ULS比TLS估测树高的相对均方根误差(rRMSE)低2.56%,ULS提取针叶树树高的rRMSE比阔叶树低2.68%;在林冠下层,ULS仅能探测到少量树木,ULS比TLS探测提取树高的 rRMSE高6.31%,TLS提取针叶树树高的rRMSE比阔叶树低1.16%。【结论】针叶树的树高估测精度普遍高于阔叶树;当TLS和ULS均能对单木进行完全扫描时,具有准确提取树高的潜力;树高离群值多由冠型不规则或相互交叉的阔叶树产生,而大部分针叶树,由于具有规则的冠型,所以产生的离群值较少;基于CHD对林冠层进行划分能够较好地反映不同数据源估测树高的适用范围,具有一定的推广意义。     

我国东北国有林区森林资源结构变化及经营研究

研究我国东北国有林区近20 a的森林资源结构变化情况.结果表明:作为我国重要的木材生产基地,虽然该区森林资源总量有所增加,面积和蓄积占全国森林面积和蓄积的比例达到13%和18%,但林种结构、树种结构变化极大,用材林面积比例仅为31.45%,而防护林和特用林占68.55%;落叶松和桦树占51%,水曲柳等珍贵树种仅占2.72%;森林质量严重下降,林分平均胸径逐渐降低,仅为13.2 cm,平均郁闭度0.61;第八次清查与第七次清查相比,虽然林木采伐总量下降了6.84%,但采伐发生面积却增加了35.12%,原因是采伐小班每hm2出材量下降了42.76%;采伐65%发生在中幼龄林,采伐量占总量的46%,而中小径材量比重达到47%.一些林区已经无材可采,中、小径级采伐量已占采伐量的52%,林相越来越稀疏,采伐径阶越采越小的隐患明显.科学的森林经营措施是加大珍贵树种资源培育,加强森林采伐监管,合理划分林种结构,坚持调减采伐量,使森林资源得到较长时期的休养生息.