一种基于遥感城市绿地植物群落的自适应动态微样地组生成方法与流程

本发明属于绿地资源调查和评估，更具体涉及一种基于遥感城市绿地植物群落的自适应动态微样地组生成方法。

背景技术：

1、城市绿地作为城市生态系统的有机组成部分，在改善生态环境、维持生态平衡等方面起着重要作用；而作为城市绿地基本单元的植物群落，在提高绿地生态服务功能、激活生态系统内部调控机制、丰富生物多样性方面具有重要作用。城市绿地植被种类多、多复层种植，建群骨干树种不明显、植物群落没有代表性，立地环境恶劣、生境破碎，利用单一遥感技术进行植被数据准确提取仍有挑战性。此外，针对城市绿地样地设立方法及植物群落生物量估算方法，仍以传统式网格化布设样地，或以代表性公园绿地作为样地的实地调查测量为主，人工成本大且效率低。

2、因此，针对城市绿地，如何实现高效、快速的绿地资源调查和评估极为重要。本发明为林业工作者提供基于遥感城市绿地植物群落自适应动态样地组生成方法，通过该方法可实现在调查区域内建立多个圆形动态微样地，结合ai、目视解译和现场补充调查多种方法增加遥感树种识别和冠幅提取的准确性，随后以小型圆形样地面积遍历调查区域的每颗样木，获取各动态微样地的样木位置、坡度坡向、郁闭度、平均高、蓄积量等因子，进而实现调查区域快速、高效的绿地调查。

3、如何解决上述技术问题成了本领域技术人员的努力方向。

技术实现思路

1、基于现有技术存在的技术问题，本发明提供一种一种基于遥感城市绿地植物群落的自适应动态微样地组生成方法，其解决了针对城市绿地样地设立方法及植物群落生物量估算方法，仍以传统式网格化布设样地，或以代表性公园绿地作为样地的实地调查测量为主，人工成本大且效率低的问题。

2、本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

3、一种基于遥感城市绿地植物群落的自适应动态微样地组生成方法，包括如下步骤：

4、步骤s1、获得可见光正射影像(dom)和激光雷达点云；

5、步骤s2、获得初始单株树冠边界；

6、步骤s3、输出识别树种结果；

7、步骤s4、生成动态微样地组；

8、步骤s5、获得动态微样地组的蓄积；

9、步骤s6、生成动态微样地组的生物量。

10、更优地，步骤s1中，通过机载可见光相机和雷达传感器获取城市绿地遥感影像图和激光雷达点云图，随后进行预处理，利用全数字摄影系统，恢复航摄时的摄影姿态，建立立体模型，利用数字高程模型(dem)对经扫描处理的数字化航空像片，逐像元进行投影差改正、镶嵌，按规定比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数字正射影数据集dom；根据航飞过程中的定位定姿态数据，获取机载激光雷达点云数据的三维坐标，此外还因为在扫描时产生噪声点，需要对点云数据离群点和冗余点去除，最后对激光点云数据进行滤波计算和分类。根据以上步骤即可获得处理后的可见光正射影像(dom)和激光雷达点云。

11、更优地，步骤s2中，在lidar360软件中将激光雷达点云生成数字高程模型(dem)和数字地表模型(dsm)，通过dem-dsm得到冠层高度模型(chm)；将第一步生成的dom以chm为参考基准进行地理坐标匹配；随后对chm进行分水岭分割获得初始单株树冠边界。

12、更优地，步骤s3中，以chm分割后的树冠边界为外边界，以dom不同波段灰度值和chm为特征，以地面调查和目视解译树种为结果，制作样本并分类，将训练集放入深度学习卷积神经网络(cnn)训练，输出识别树种结果。

13、更优地，在步骤s2和步骤s3中获取到调查区域的所有单株树冠边界和树种后，遍历每株树设立为中心木，以中心木为中心点，设置中心点半径10m的圆形范围内扫描附近样木，将该样木的树冠面积全在扫描范围内或树冠面积包含在扫描范围大于50％的样木将其放入动态微样地组；若遍历时设立的中心木半径10m的圆形范围超出了影像边界或范围内包含的样木少于3颗(不够组成以中心木为中心的面)，将其跳过；假设调查区域包含n株树，其中有i株半径10m的圆形范围超出了调查范围，则动态微样地组有n-i组。

14、更优地，步骤s4中，在生成动态微样地组后，中心木树种种类设为treei，树高为hi，冠幅面积为si(单株树冠边界面积由步骤s2计算所得)，各样木种类分别设为treei,1,treei,2...treei,n，树高分别为hi,1,hi,2...hi,n，冠幅面积为si,1,si,2...si,n(样木的树冠边界面积统计需要去除圆形范围外的面积)；。以treei为中心木的半径10m圆形范围的面积100平米设为动态微样地组的面积，设为sdynamic,i；若以树i为中心的动态微样地组，包括j株样木，则此时的动态微样地组的郁闭度为平均树高为

15、更优地，步骤s5中，根据基于树高冠幅的二元材积模型：(式中v为样木材积，h为树高，cw为冠幅(直径)，c1、c2、c3为模型参数，各树种分别不同)，则中心木treei的材积是样木treei,j(j的编号按照中心木的正北方向顺时针记号)的材积是动态微样地组的蓄积为

16、更优地，步骤s6中，根据生物量模型：bp＝ap×vp+bp(式中，bp、vp分别为树种p的生物量和材积，a、b为树种p的转化系数)，同第六步，则动态微样地组的生物量

17、本发明的有益效果如下：

18、1、本发明通过建立城市绿地植物群落样地组快速生成方法体系，一次无人机搭载激光雷达获取点云数据后，即可根据以往时间序列的遥感影像图建立不同时期的样地组。

19、2、本发明可估算不同时期动态样地组不同树种配比的各项评价指标，从而实现植物群落营建的生产力评价。

20、3、本发明为城市绿地调查提供了新的思路。

技术特征：

1.一种基于遥感城市绿地植物群落的自适应动态微样地组生成方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于遥感城市绿地植物群落的自适应动态微样地组生成方法，其特征在于，步骤s1中，通过机载可见光相机和雷达传感器获取城市绿地遥感影像图和激光雷达点云图，随后进行预处理，利用全数字摄影系统，恢复航摄时的摄影姿态，建立立体模型，利用数字高程模型(dem)对经扫描处理的数字化航空像片，逐像元进行投影差改正、镶嵌，按规定比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数字正射影数据集dom；根据航飞过程中的定位定姿态数据，获取机载激光雷达点云数据的三维坐标。

3.根据权利要求2所述的基于遥感城市绿地植物群落的自适应动态微样地组生成方法，其特征在于，步骤s2中，将激光雷达点云生成数字高程模型(dem)和数字地表模型(dsm)，通过数字高程模型和数字地表模型dem-dsm得到冠层高度模型(chm)；将第一步生成的数字正射影数据集dom以冠层高度模型chm为参考基准进行地理坐标匹配；随后对冠层高度模型chm进行分水岭分割获得初始单株树冠边界。

4.根据权利要求3所述的基于遥感城市绿地植物群落的自适应动态微样地组生成方法，其特征在于，步骤s3中，以冠层高度模型chm分割后的树冠边界为外边界，以数字正射影数据集dom不同波段灰度值和冠层高度模型chm为特征，以地面调查和目视解译树种为结果，制作样本并分类，将训练集放入深度学习卷积神经网络(cnn)训练，输出识别树种结果。

5.根据权利要求4所述的基于遥感城市绿地植物群落的自适应动态微样地组生成方法，其特征在于，在步骤s2和步骤s3中获取到调查区域的所有单株树冠边界和树种后，遍历每株树设立为中心木，以中心木为中心点，设置中心点半径10m的圆形范围内扫描附近样木，将该样木的树冠面积全在扫描范围内或树冠面积包含在扫描范围大于50％的样木将其放入动态微样地组；若遍历时设立的中心木半径10m的圆形范围超出了影像边界或范围内包含的样木少于3颗(不够组成以中心木为中心的面)，将其跳过；假设调查区域包含n株树，其中有i株半径10m的圆形范围超出了调查范围，则动态微样地组有n-i组。

6.根据权利要求5所述的基于遥感城市绿地植物群落的自适应动态微样地组生成方法，其特征在于，步骤s4中，在生成动态微样地组后，中心木树种种类设为treei，树高为hi，冠幅面积为si(单株树冠边界面积由步骤s2计算所得)，各样木种类分别设为treei，1，treei，2...treei，n，树高分别为hi，1，hi，2...hi，n，冠幅面积为si，1，si，2...si，n(样木的树冠边界面积统计需要去除圆形范围外的面积)；以treei为中心木的半径10m圆形范围的面积100平米设为动态微样地组的面积，设为sdynamic，i；若以树i为中心的动态微样地组，包括j株样木，则此时的动态微样地组的郁闭度为平均树高为

7.根据权利要求6所述的基于遥感城市绿地植物群落的自适应动态微样地组生成方法，其特征在于，步骤s5中，根据基于树高冠幅的二元材积模型：式中v为样木材积，h为树高，cw为冠幅(直径)，c1、c2、c3为模型参数；则中心木treei的材积是样木treei，j(j的编号按照中心木的正北方向顺时针记号)的材积是动态微样地组的蓄积为

8.根据权利要求1所述的基于遥感城市绿地植物群落的自适应动态微样地组生成方法，其特征在于，步骤s6中，根据生物量模型：bp＝ap×vp+bp(式中，bp、vp分别为树种p的生物量和材积，a、b为树种p的转化系数)，同第六步，则动态微样地组的生物量

技术总结
本发明公开一种基于遥感城市绿地植物群落的自适应动态微样地组生成方法，其属于绿地资源调查和评估技术领域，所述方法包括如下步骤：步骤S1、获得可见光正射影像(DOM)和激光雷达点云；步骤S2、获得初始单株树冠边界；步骤S3、输出识别树种结果；步骤S4、生成动态微样地组；步骤S5、获得动态微样地组的蓄积；步骤S6、生成动态微样地组的生物量。本发明通过建立城市绿地植物群落样地组快速生成方法体系，一次无人机搭载激光雷达获取点云数据后，即可根据以往时间序列的遥感影像图建立不同时期的样地组；本发明方法可估算不同时期动态样地组不同树种配比的各项评价指标，从而实现植物群落营建的生产力评价，另外为城市绿地调查提供了新的思路。

技术研发人员：张冬梅,张浪,张标,王志超
受保护的技术使用者：上海市园林科学规划研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15