基于遥感数据的城市绿地信息提取研究进展1吕杰，刘湘南中国地质大学（北京）信息工程学院，北京 (100083)E-mail：jasonlu168@摘要：本文对目前城市绿地信息提取研究现状进行了总结，对其中的利用航空遥感数据提取植被信息、卫星遥感提取植被信息、高分辨率遥感植被信息以及高光谱遥感植被信息研究进展进行了介绍，并从中分析提出遥感数据提取城市绿地信息存在的问题，对于存在的混合像元的问题，本文指出混合像元分解是解决存在问题的关键。

关键词：遥感，城市绿地，信息提取，混合像元中图分类号：TP 71．引言随着城市规模的不断扩大，自然环境正受到越来越严重的破坏，特别是大量的植被被高楼大厦取代，导致原有的生态系统严重失衡。

而植被是环境的天然调节器，因此，无论在新城区还是老城区，绿化都显得尤其重要。

对于土地资源极为珍贵的特大城市来说，良好的绿地规划方案可以有效地提高绿化生态环境效益。

另一方面，随着社会和经济的发展，城市化步伐在不断加快，城市规模日渐扩大，因此，城市正面临着一系列的生态和环境问题，例如城市热岛效应，沙尘暴等。

为了解决这些问题，人们逐渐发现城市绿地对城市生态环境的改善有着不可替代的功效，为此，许多国家将城市绿化制定为城市可持续发展战略的一个重要内容，并将城市绿地作为衡量城市综合质量的重要指标之一。

利用遥感技术获取绿地信息成为快速、客观、准确的城市生态监测、评价、规划和管理的重要手段。

目前可以利用的高分辨率遥感数据资料越来越多，高于lm 分辨率航天遥感影像和航空遥感影像己开始应用到资源调查和测图中。

2．城市绿地信息提取研究现状及存在问题城市绿地是在人类较强干扰下生成的绿地景观，其生态效益不仅与绿地斑块的面积、空间分布有关，而且与构成绿地的植被类型密切相关（王伯荪，1987 ）。

90 年代后期，景观生态学理论和方法逐渐应用到对城市绿化的研究中，这些研究为城市植被研究提供了新的研究思路和方法（高峻等，2002 ：李贞等，2000 ）。

城市植被遥感信息提取为城市植被景观生态分析提供基础数据，是遥感信息提取的重要研究方向，也是城市植被学研究的重要内容（王伯荪等，1998 ）。

2.1 航空遥感影像用于植被信息提取随着遥感技术的发展，航空影像图的信息提取比例尺已经达到了1:1000 ，由遥感图提取城市绿地率和绿化覆盖率，是一条比较成熟和现实的途径。

2001 年5 月上海市已完成三次航空遥感城市绿地精细调查。

2000 年山东省建设处委托中国国土资源航空物探遥感中心对山东省济南市、淄博、文登、荣成等地市进行了航空遥感城市绿化调查。

大比例尺彩红外航空遥感图像具有信息量大、植物标志清楚等优点，它不仅被广泛用于植被调查，而且对植1本课题得到国家863项目(2007AA12Z174)资助。

物生态也有较好。

在航空遥感影像中农田、草地、乔木、灌木分别表现出不同的纹理特征，一般情况下，农田和草地多为低矮的植株，植株间阴影较少，而且类型基本相同，因此在图像上均表现为纹理光滑、色彩均匀的输入图斑，但相比之下，农田的纹理值要大于草地：乔木和灌木由于植株间存在阴影，因此在图像上均表现出较粗糙的纹理图斑，但相比之下，乔木的纹理值要大于灌木（高峻等，2002 ）。

高峻运用1998 年l：10000 彩红外航空遥感图像和1：10000 上海市地形图在ARCINFO 地理信息系统软件的支持下，对上海市西南地区面积达108.31hm2的样区进行城市植被研究。

以人工密林、人工疏林、人工灌丛和草本植被等4 个植被型进行城市植被信息提取，同时又根据其下的4个植被亚型进行城市植被信息提取（高峻等，2002 ）。

黄慧萍，吴炳方等以高分辨率航空遥感影像为数据源，利用多尺度影像分割与面向对象影像分析方法为主要技术，利用样本多边形对象的成员函数建立训练区，自动提取大庆市城市绿地覆盖信息（黄慧萍等，2004 ）。

周廷刚利用航空遥感提取城市绿化覆盖率，在公园及单位附属利用NDVI 和NCIVI植被指数绿地提取精度可达到90％以上，其中NCIVI的精度更高（周廷刚等，2003 ）。

2.2 卫星遥感影像用于城市植被提取航空遥感与卫星遥感相比，航空影像适用于各种比例尺，可以同时完成地形测量。

但该方法外业工作量大、内业处理复杂、作业周期长、投入成本高。

得到的数据缺乏宏观性、整体性、成果数据缺乏现势性，多数情况下，资料多为彩色照片或红外照片，深入研究受到限制。

与航空遥感相比，卫星遥感有如下优点：遥感信息源获取渠道通畅、外业工作量小、内业处理相对简单、成本低、周期短。

数据宏观性和整体性强，光谱信息丰富，所以地物分辨力明显高于航空图片。

能够快速周期成像，有利于动态监测和研究。

石冬雪利用比Landsat/TM 和SPOT/HRV 的高空间分辨率信息进行数据融合进行城市植被研究（石雪冬等，2001 ）。

孟昭山采用ETM遥感图像的2 、3 、4 波段，分别赋红、绿、蓝色进行合成处理生成假彩色图像，利用目视解译得到大庆市乔木、灌木、人工草地、疏林地、其他绿地等面积（孟昭山等，2003 ）。

2.3 基于高分辨率遥感影像的绿地信息快速提取技术研究目前大比例尺遥感信息提取主要以航空遥感数据为主，航空遥感数据与卫星遥感数据相比费用高、现势性差，不适于动态大范围内进行植被信息提取。

用NOAA/AVHRR 数据、SPOT4 和Landsat/TM 数据土地利用授盖和植被信息提取已有不少研究成果，但其分辨率低，适于小比例尺大范围内进行植被信息提取。

高分辨率的遥感数据（包括法国的SPOT5 ，美国的Quikbird 和IKONOS卫星），由于其分辨率高、信息丰富、获取影像周期短、现势性强的特点。

使其在测量信息提取、土地资源动态监测、林业资源监测等方面等到广泛的应用（管建华等，2004 ；郭志华等，2003 ）。

利用高分辨率影像在土地利用和森林立地分类中的应用和研究表明，高分辨率影像能够较客观地区别植被与其他地物，并能一定程度地区分植被结构（张华国等，2003；乔伟峰等，2003；曹建君等，2004；孙丹峰等，2002；刘慧平等，1999；楼立明等，2004；孙丹峰等，2003 ）。

SPOT5 的2.5m 全色影像与10m彩色影像融合后影像纹理清晰，用于土地利用现状图，更新及时，地块的边界、道路形状、居民地轮廓、草场边缘等边缘特征明显，而且光谱特征显著，地物分类能力强，不同的植被种类，即耕地、草地与林地纹理、色彩区分明显，而且耕地中的早地与水浇地、菜地的形状与色调也呈明显对比．与传统的Landsat 卫星数据比较，高分辨率遥感数据有助于在小尺度上进行景观结构的研究工作，为景观结构的空间特征研究提供了适宜比例尺的数据源（1:1 万）（高群等，2004 )。

利用IKONOS 对土地覆盖状况分类，草地和灌木林地等植被覆盖类型的分类精度都很高，与非植被类型的错分很少，它们的误差主要是草地和灌木林之间的错分（张华国等，2003 ）。

目前利用高分辨率影像在城市绿地提取中的研究也开始受到研究者的重视。

它在绿地调查中表现在宏观和微观两方面：宏观上监测整个城区绿地的分布结构，评价布局的合理性和可持续发展性，微观上分析和研究城市绿地的数量和质量，以及植被的种类。

许浩利用IKONOS 影像，用监督分类方法，获取绿地分布图，利用地面的地形图，在地理信息系统中获取地面开敞空间分布图，将绿地分布图与开敞空间分布图在相同的坐标系下叠加。

计算出各规模绿地缀块的面积、所占比例和分布在各种开敞空间上的绿地缀块面积与比例（许浩等，2003 ）。

2.4 基于高光谱遥感影像信息提取技术研究高光谱遥感是进行地表植被观测的强有力工具,研究并验证有效的算法和数据支撑技术,对于合理利用高光谱数据进行地表植被监测与分析至关重要。

高光谱遥感数据具有图像－光谱合一的特点，与传统的多光谱遥感数据相比，能够更好的分类与识别各类地物。

肖海燕利用Hymap高光谱数据，在对特征分析和地面调查的基础上,基于决策树方法和高光谱分析方法的组合对深圳市福田国家级自然保护区为进行红树林群落信息提取的实证研究，其结果证实了Hymap数据对于红树林群落类型信息提取的数据支撑能力,以及相关方法用于红树林分类研究方面的有效性（肖海燕等，2007）。

刘亮以北京顺义区为研究区,研究、探讨利用高光谱遥感数据,通过逐级分层分类方法进行农作物信息提取与挖掘。

通过实地对分类图进行了随机抽样检查,检查结果令人满意,各种农作物的分类精度均达到95%以（刘亮等，2006）。

陈志强根据福福州市1988年的TM影像和2001年ASTER影像,在NDVI和分形几何理论方法的基础上,求取两个时期植被斑块的分形维数。

结果表明从1988~2001年,随着城市发展加快,福州市植被斑块数量增大,平均面积降低,分形维数增大,说明其空间形态趋向复杂化,稳定性降低。

（陈志强等，2006）。

刘玫岑以2001、2003、2004三年秋季的ASTER 遥感影像为数据源,结合相应地面实测数据,使用ERDAS软件,在几何精校正的基础上用最大似然监督分类法对兵团农一师16团农耕地进行棉花种植面积提取和棉花品种(长绒棉和陆地棉)分类,结果表明:棉花种植面积提取精度达98.21%,品种分类结果表明:长绒棉实际种植面积2 964 hm2,分类面积2 768.72 hm2,分类精度达93.97%;陆地棉实际种植面积2 375.5 hm2,分类面积2 556.74 hm2,分类精度达92.91%（刘玫岑等，2005）。

王芳利用星载高光谱Hyperion数据,计算出与胁迫相关的14种高光谱植被指数,在此基础上运用BP神经网络算法建立了城市植被胁迫强度分类器,对城市植被的胁迫强度进行了识别与分析.结果表明:城市中心商住区的植被受胁迫程度明显高于城乡结合部和郊区;植被的受胁迫现象在大块绿地外围呈环状分布;构建的植被胁迫强度分类器能够较为准确地反映植被受胁迫的强度信息（王芳等，2007）。

3．存在的问题总的来说，关于城市绿地信息提取的方法研究主要体现在前期遥感影像的选择，软件的选择。

然后就是对影像的预处理，使其符合绿地专题信息提取的需要，使其作为城市规划的一部分为城市建设提供可靠参考。

但是在技术的实际应用中，依然有些技术难题需要进一步的研究，比如：高光谱数据波段数量多、波幅宽度窄、光谱分辨率高，这些因素增加了对其进行大气校正的难度和工作量、高光谱波段的降维处理以及对没有对存在的混合像元进行有效的研究和处理、同物异谱和异物同谱现象使提取及评价精度下降的问题。

解决混合像元的问题需要借助于高效的混合像元分解算法和先验知识的介入，随着混合像元分解精度逐渐提高，城市绿地信息提取的精度也将会大幅度提高，从而为城市绿地规划以及绿地生态研究提供有效的技术支持。