[發明專利]一種基于移動窗口的城市綠色空間遙感度量方法

有效

• 申請號: 201410444201.0
• 申請日: 2014-09-03
• 公開（公告）號: CN104463836B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 占玉林;孟慶巖;王春梅;牛錚;吳俊;孫剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院遙感與數字地球研究所
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/136
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明是一項對地觀測領域的技術，本發明能夠更好的描述城市綠色空間的分布狀況，同時降低了現有評價方法的復雜性，能夠實現城市綠色空間的快速評價，是一項具有應用價值的空間分析技術。

背景技術

當前我國正處于快速城市化階段，2011年中國城市化率突破了50％，預計2018年將超過60％。城市的快速擴展導致了城市熱島效應、城市環境惡化等生態環境問題。為避免城市無限制地發展，改善城市生態環境，國內外逐漸興起了綠色空間的生態思想。城市綠色空間作為城市生態系統的重要組分，具有凈化空氣、調節小氣候、削減噪音、水土保持、游憩與文化等多重功能，并將城市各類生態要素有效地組織起來。

城市是居民的生活空間，城市綠色空間與居民生活品質息息相關，綠色空間已成為評價城市環境質量的一個重要指標。隨著對地觀測技術的發展，遙感數據也已廣泛用于城市環境的評價，甚至綠色空間的度量。

目前評價城市綠色空間的方法主要是面積法，就是通過計算城市內綠地所占的面積或者人均綠地面積來評價城市的綠度。由于面積法不能很好的描述城市綠色空間的分布狀況，Sch?pfer提出了網格法，將研究區域劃分成相同大小的均勻格網，通過計算每個格網中的綠地的面積等參數來度量城市綠色空間。Gupta在網格法的基礎上提出了社區綠度指數，該指數考慮了建筑物的密度、高度及其與綠地的鄰接程度等參數。也有研究人員提出了基于單體建筑物尺度的綠色空間指數，提取城市建筑物面積及其邊緣，以建筑物為中心計算每個建筑物周圍的綠地面積與建筑物面積的比值來評價城市綠度。

以上方法都沒有充分利用遙感數據的空間分辨率來描述城市綠地的空間分布，即準確評價城市的每個角落(遙感影像的每個像元)的綠色空間。網格法雖然考慮的綠色空間的分布，但是該方法是以網格為單元，而不是以像元為單位，同時沒有考慮相鄰網格的相互影響。基于單體建筑物尺度的綠色空間指數是以建筑物為單元，而且需要精確提取建筑物的邊緣，對數據源要求高，操作過程較為復雜。

考慮到以上問題，本發明試圖建立一種基于移動窗口的城市綠色空間遙感度量方法。城市居民是城市的主體，城市居民的感受是城市綠色空間評價的重要依據。通過分析城市的任何一處與其周圍綠地接觸的概率，進而評價城市的綠色空間分布。該方法從植被角度能夠更客觀的評價城市的哪個區域適宜于居民生活。

發明內容

本發明提出一種基于移動窗口的城市綠色空間遙感度量方法，避免了常規度量方法城市綠地空間分布的描述不足，并且在評價過程中無需提取建筑物邊界，簡化了流程，提升了速度，操作過程全自動化，有益于推廣。該度量方法包括如下步驟：

步驟1)利用遙感影像提取城市的植被信息，將城市分割為植被和非植被區，形成基準圖；2)基于基準圖中的非植被區域，結合LiDAR數據，利用高度信息提取建筑物，形成建筑物分布圖；3)基于所述基準圖，以每個像元為中心，構建N×N像元(N為奇數)的窗口，計算窗口內綠地面積與窗口總面積的比值，并將該比值賦給窗口中心像元，作為度量城市像元尺度上綠度的指標(即表示該像元與周圍綠地的可達性)，形成像元綠度指數分布圖；步驟4)對建筑物分布圖進行掩膜，與像元綠度指數分布圖疊加，形成建筑物綠度指數分布圖。

進一步地，所述步驟1)中植被信息提取的方法如下：首先采用NDVI初步 將遙感影像劃分為植被區域和非植被區域；然后計算歸一化綠色指數NDGI，其中NDGI的計算公式如下：NDGI＝(NIR-GREEN)/(NIR+GREEN)，其中NIR為近紅外波段的反射率，GREEN為綠波段的反射率；最后結合植被區域和非植被區域的初步劃分結果，采用多參數閾值法，即使用如下計算公式(NDVI≥α)and(NDGI≥β)，獲取NDVI與NDGI的交集，分離出城市陰影區域的植被信息其中α為NDVI的閾值，β為NDGI的閾值。

進一步地，所述步驟2提取建筑物分布圖的方法如下：首先利用LiDAR數據獲取數字表面模型(DSM)，即地物的高度分布圖；然后利用步驟1)中獲取的基準圖的非植被分布區構建掩膜圖，對DSM進行掩膜；最后使用高度閾值法，從DSM提取得到建筑物分布圖，即設置建筑物高度閾值為3m，DSM中高于3m的像元為建筑物。

進一步地，所述步驟3)中所述的窗口大小為50m。

進一步地，根據步驟4)中所述的建筑物綠度指數分布圖分析不同建筑物接觸綠地概率的大小，根據建筑物接觸綠地的概率評價生活小區的綠化情況。

附圖說明

圖1為研究區域NDVI圖像；

圖2為研究區域NDGI圖像；