[發明專利]城市綠地三維綠量測算方法

有效

• 申請號: 202011299064.8
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112669363B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 易揚;張桂蓮;張浪;林勇;邢璐琪;林奕成;江子堯
• 申請（專利權）人: 上海市園林科學規劃研究院
• 主分類號: G06T7/60
• 分類號: G06T7/60;G06T7/11;G06T7/13;G06T7/136
• 代理公司: 武漢維盾知識產權代理事務所(普通合伙) 42244
• 代理人: 蔣悅

城市綠地三維綠量測算方法，基于高分辨率全色影像的DN值、紋理特征和空間幾何特征、高光譜圖像的光譜特征以及激光雷達的點云數據，用于識別植物輪廓和物種前提下，面向對象的城市綠地三維綠量反演方法，能快速和精確的計算大面積范圍內的城市綠地的三維綠量，并精確計算得到每一種植物、每一株植物的地上三維綠量，對于城市綠地的資源監測和環境因子調查具有重要意義，克服了現有的方法在城市綠地三維綠量測定過程中對測量環境要求高、工作量大、精度低等難題，提高了工作效率。

技術領域

本發明涉及城市綠地三維綠量測算領域，具體涉及一種城市綠地三維綠量測算方法。

背景技術

三維綠量是指所有生長植物的莖葉所占據的空間體積。三維綠量通過對莖葉體積的計算，來揭示植物綠色三維體積(或者葉面積指數)與植物生態功能水平的相關性，進而來說明植物體本身、植物群落乃至城市森林的生態功能和環境效益。三維綠量作為綠化指標突破了原有二維綠化指標的局限性，可以更加準確地反映城市綠地空間構成的合理性，即明確城市綠化在空間結構方面的差異，且三維綠量指標也可以體現出整個城市的生態效益水平，因而可用于更全面、準確地描述城市綠地的空間結構、定量研究城市綠地與環境的相關關系、分析綠化的環境效益和城市綠化需求總量、以及不同城市功能區的綠化結構優化設計等方面。因此，高效準確地測量城市綠地的三維綠量對城市森林生態環境效益評價、城市綠地的構建以及城市綠地學科的發展具有重要意義。

近幾年，我國的許多城市圍繞城市森林三維綠量研究做了大量的工作，而傳統的立木三維綠量的計算主要包括兩種：1)地面激光和全站儀測定，采用“三維激光掃描儀”、“無棱鏡全站儀測定”和“二位激光掃描機”來對喬木進行，即利用激光掃描系統所獲得的點云數據進行求算，形成完整單株喬木樹冠點云數據，再計算得到單株喬木的三維綠量。2)航空航天遙感。采用衛星、飛機等航空航天飛行器搭載成像儀傳感器獲取地面的遙感影像，人工調查樣方中三維綠量總值，利用回歸方程推算其他樹冠因子，用簡單幾何體近似樹冠計算其體積。中國專利文獻CN?103185557A記錄了一種樹木三維綠量測量方法及系統，綠量計算器獲取無棱鏡全站儀實時采集的采樣點信息；提取層數相同的采樣點組合圖層，根據圖層內的采樣點坐標生成弧段多邊形；計算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的重疊區所形成的樹冠體積；計算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的非重疊區所形成的樹冠體積；計算樹冠總體積，所述樹冠總體積為重疊區所形成的樹冠體積與非重疊區所形成的樹冠體積之和。此方法工作量大，無法在區域尺度上大面積計算樹木的三維綠量總和，需要人工對單株樹進行觀測計算，且對環境也有嚴格要求(近地面風速小于0.5m/s)。

中國專利文獻CN?107622228A記錄了一種基于無人機遙感影像的三維綠量測算方法，通過對無人機遙感影像進行拼接解譯，可以獲得樹種信息，通過改進后的Logistic曲線方程及各樹木的冠徑信息可以得到其冠高信息，再結合樹木的樹冠形狀，可得到各樹木的三維綠量及研究區域內的三維綠量。但該專利并未涉及樹木識別自動化的方法，如果人工標定工作量巨大，而用Logistic曲線方程推算出來的冠高信息也并不準確。

總的來說，現有的方法都存在工作量大、精度低等問題。因此，為了克服現有的方法在城市綠地三維綠量測定過程中不可避免地帶來的很多麻煩，并提高工作效率，如何引入新的實用化的綠量測量技術和方法，以提高測量的效率，是三維綠量測定的關鍵問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種城市綠地三維綠量測算方法，基于植物輪廓和物種識別的前提下，快速、精確的計測大面積范圍內的城市綠地三維綠量，并精確計算得到每一種植物、每一株植物的地上三維綠量，對于城市綠地的資源監測和環境因子調查具有重要意義。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

城市綠地三維綠量測算方法，包括以下步驟：

步驟一、獲取目標區域的全色影像、高光譜影像數據和激光雷達數據，并對數據進行預處理；