無人機航拍進行植被種類及分布分析

杜金龍 袁莉 向榮 喻欣 廖洲 秦林

摘 要：本文利用了無人機遙感技術對長江師范學院鑒湖環道周邊和音樂廳周邊植被種類進行了分類以及分布情況進行了分析。首先使用無人機獲得了長江師范學院鑒湖環道和音樂廳周邊航拍圖像，利用Pix4Dmapper和ArcMap數字圖像處理軟件進行了圖像處理和分析，獲得了植種類分布，并具體分析了各種類植被面積以及占比。通過實地調查，表明航拍分析結果和實際植被分布情況相符，說明利用無人機航拍進行植被種類及分布調查是可行的。

關鍵詞：無人機遙感 數字圖像處理 Pix4Dmapper ArcMap 植被種類分類 綠化面積

中圖分類號：TU4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）10（b）-0001-02

近年來，無人機（UAV）被越來越多地用在民用安全領域、緊急搜救與救援、林業檢測、環境保護、交通、通信、天氣氣象以及電影電視航空拍攝等多個領域內[1]。運用無人機遙感專題信息技術研究城市職能構成、城市現代化建設等課題，能夠迅速地獲得城市的地理分布和環境資源等空間信息數據，對遙感數據的數據采集、處理和應用分析也是有很大的幫助的[2]。負責城市規劃管理、監督和建設等系列部門可以利用無人機遙感拍攝得到實時低空大比例尺的圖像與畫面。通過圖像與實際考察結合的方法確認圖像的準確性，以便于準確的分類研究城市表面地物分布，再通過特征分類異常提取的方法，對城市的廢物無序堆放、垃圾堆積、違章亂建、道路擁塞等信息以及城市執法調查、處理結果及評價的現狀進行解讀，為城市有序化建設提供合理的參考與監督。

高志強等人針對福建市建成區園林的綠化現狀研究采用了航空遙感技術和實地調查相結合的方法，測算它的綠地率和綠化覆蓋率并分析其結果。最終發表了《應用遙感技術測算城市綠化率》[3]。從朱京海等人于2011年發表的《無人機遙感系統在環境保護領域中的應用研究》文章中了解到了無人機遙感系統在環境保護領域的應用是有優勢的，該系統還可應用于環境的保護管理與監測的領域中，也可應用于生態保護、濕地保護等其他領域內。文章就上述問題提出了許多可實施方案[4]等。石軍南等人基于高分辨率衛星遙感影像研究，利用面向對象的分類方法來獲取森林中的采伐現狀，且證實了分類結果的準確度[5]。

本論文的主旨是研究無人機影像遙感分析長江師范學院鑒湖環道級音樂廳周邊植被種類分類，測算出各植被的占被測地的地域面積和占地率，根據測得的數據分析評估長江師范學院的綠化。采取無人機影像遙感技術結合Pix4Dmapper遙感圖像處理技術和ArcMap數字圖像處理技術來對長江師范學院鑒湖環道級音樂廳周邊植被種類分類測算，不僅能夠全面、客觀地代表長江師范學院的綠化率，并且它需要的時間和周期更短，得到數據具有較高的準確性和及時性。結合得到的遙感影像圖像研究對于整個的校園綠化建設和管理具有很重要的意義。

1 無人機航拍數據采集

1.1 航拍目標選取

長江師范學院鑒湖環道以及音樂廳周邊的綠地廣綠植種類較為齊全，在長江師范學院整個綠植種類以及綠地面積中具有很大的代表性，因此，我們應用無人機低空航拍的優越性和便利性，對長江師范學院鑒湖環道以及音樂廳周邊植被種類詳細分類，得出數據并記錄。通過實地調查航拍區域的植被分布情況，與航拍所得的結果進行對比，得到偏差值以此來驗證本研究的是否具有可行性。

1.2 數據采集

1.2.1 地面影像的采集

航拍獲得了大量的大比例尺高精度的影像，并對數據進行保存，使用遙感數據圖像處理軟件Pix4Dmapper對原始數據圖片進行拼接三維建模處理。得到利用無人機影像遙感技術航拍長江師范學院鑒湖環道以及音樂廳周圍獲得影像數據后，使用Pix4Dmapper軟件獲得航拍影像圖如圖1所示。

1.2.2 影像處理步驟簡介

對所得的165張航拍圖片利用遙感數據圖像處理軟件Pix4Dmapper進行處理分別得到兩張長江師范學院鑒湖環道及音樂廳周邊的航拍影像圖（圖1），使用ArcMap數字圖像軟件處理獲得的遙感圖像，得到植被分類結果，通常分成以下幾鐘。

（1）柳樹，人行道路周邊。

（2）黃桷樹，大范圍的覆蓋。

（3）竹子，飛艇庫旁，以及音樂廳周邊。

（4）杉樹，鑒湖環道正中靠近圖書館。

（5）批把樹，音樂廳周邊，極少。

（6）榕樹，零散分布，覆蓋面積小。

其次確定計算各鐘類植物的占地面積及占地率的計算方式。占地率指航拍影像中各植物總的面積占整個航拍圖像總的面積的比例。其計算的公式是：每類植物的占地率（%）=每類植物總的面積/整個航拍面的面積×100%。

2 數據處理

2.1 ArcMap進行數字圖像與數據處理

ArcMap是一種能夠進行數據輸入、編輯、查詢、分析和其他功能的應用程序，具有所有基于Map的功能，可以實現以下的功能，如映射、地圖編輯器、地圖分析等。ArcMap包括了一個繁雜的專業映射和編輯系統，它既是面向對象的編輯器又是數據表生成器。ArcMap可以快速識別、分割、拼接圖像，是一款專業的數據圖像處理軟件。

使用ArcMap得到長江師范學院鑒湖環道以及音樂廳周邊植物分類圖如圖2所示。

使用ArcMap還可以計算各個區域的面積。將計算出的各類地物的面積手動導入Excel中，并且計算出各類地物的占地率。

2.2 圖像及數據處理結果

利用數字圖像處理技術處理所得到的航空圖片影像，對地面植物進行分類（圖3），確定各類植物占地面積及占地率。本文根據圖2結合目視解譯和實地調查，來確定了該研究區域的幾種主要植物類別：

左圖環道邊緣外側及右上部大面積分布區域代表黃桷樹；環道邊緣內側分類代表柳樹；右上角兩處條形分類代表竹子；中心“L”字形分類代表榕樹；右側開口處幾個零散分布的小圓點以及小圓點上方的小塊代表杉樹。而右側音樂廳周邊植物的分類中，左下角“幾”字形，上方大圖形里面包含的小圖形以及右上角兩個條形分類代表竹子；圖中大圖形分類代表黃角樹；左上角“幾”字形包含的圖形，右上角條形以左處的小圓塊以及條形下方包含在三塊大圖形當中的一個小圓塊分類代表枇杷樹；右下角像飛機機艙圖形，以這個圖形以右的“凸”字形以及左上角的小“凸”字形代表著榕樹。

得到雙精度的數據結果占地面積及占地率如表1所示。

由表1可知航拍圖像中黃桷樹分布面積最大，其次是竹子，柳樹面積第三。經現場調查，發現航拍結合數字圖像處理技術進行植被分類的結果與實際樹種分布情況吻合。說明通過航拍取得數據然后利用Pix4Dmapper、 ArcMap等軟件能很好地進行各種地物分類。此外可以看出長江師范學院綠化工作十分出色，只是植被種類較少，主要以黃桷樹為主，在這方面還有很多改進的地方。

3 結語

本文的目的在于使用無人機對校園進行低空航拍成像，通過數據圖片的處理，分析學校部分代表地區的植被種類分布。航拍工作需要選擇天氣晴朗的時間段。影像資料的處理采取的是ArcMap軟件。利用ArcMap軟件，可以將不同樹種分成不同的板塊，然后分別測算出面積，最后計算出每個版塊占該區域綠地總面積的比例。經現場調查，發現航拍結合數字圖像處理技術進行植被分類的結果與實際樹種分布情況吻合。說明通過航拍取得數據然后利用數字圖像處理技術能很好地進行各種植被種類區分。相比于傳統的手動測量，無人機影像遙感技術測量不僅對場地要求低，而且作業方式也靈活快捷，為進行植被調查提供了更簡便捷單的方法。

參考文獻

[1] 洪宇，龔建華，胡社榮.無人機遙感影像獲取及后續處理探討[J].遙感技術與應用，2008，23（4）：462-466.

[2] 金偉，葛宏立，杜華強.無人機遙感發展與應用概況[J].遙感信息，2009（1）：88-92.

[3] 翁仁俤，高志強.應用遙感技術測算城市綠化率[J].福建農業大學學報，1997，26（3）：333-337.

[4] 朱京海，徐光，劉家斌.無人機遙感系統在環境保護領域中的應用研究[J].2011，45（4）：45-48.

[5] 石軍南，李和順，劉曉農，等.面向對象分類方法在森林采伐遙感監測中的應用[J].中南林業科技大學學報，2010，30（11）：6-10.