基于多源遥感数据的城市绿地空间分布诊断研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:woaiyueyue1314
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城市绿地具有释氧固碳、吸收二氧化硫、滞尘、调节局部气候等生态功能,在城市生态系统中发挥着非常重要的作用。在环境健康遥感诊断指标体系框架下,为了完善城市环境健康评价指标,本文以城市绿地为研究对象,集成多源遥感数据,运用空间分析方法从城市绿地变化和三维绿量两个方面对城市绿地空间分布进行研究,主要研究内容和结论有:  1.基于多分类器系统的土地利用分类。本文选择Landsat TM/ETM遥感影像进行多分类器系统分类实验。选择支持向量机、BP神经网络、模糊C均值、最大似然法和最短距离分类器作为基分类器,分别实现了相对多数投票法、Bayesian平均法和层次分析加权法三种结合方法。结果显示,多分类器系统优于单一分类器,总体分类精度为88%。  2.城市绿地时空变化分析。本文选择1987、1999和2008年三个时期的遥感影像,对研究区从整体、环形模式和网格模式三方面通过计算景观指数变化研究城市绿地时空变化。本文还对研究区的植被覆盖度变化进行了研究。结果发现,研究区从1987到2008年,城市化进程明显,主要用于城市化建设的绿地类型为耕地。  3.城市三维绿量估算。本文结合航空光学影像和机载激光雷达数据通过面向对象分类方法获得城市土地利用分类结果,分类结果理想,总体分类精度为85.8%。本文设计了基于绿地类别信息的三维绿量估算方法。通过激光雷达数据提供的高程信息估算不同类型绿地的三维绿量,进而获得整个区域的三维绿量。同时,本文也对基于单木信息的三维绿量估算方法进行了探索。本文利用标记分水岭分割方法结合航空光学影像和机载激光雷达数据提取单木结构信息,并通过几何模型方法估算单木三维绿量。通过实验发现,该方法虽然能够更准确地描述林地的三维绿量,但其所受限制因素较多,实现起来比较困难。  4.城市三维绿量分析。本文对三维绿量从总体分布、邻域分布、建设用地对绿地影响以及生态效益等四个方面选择合适的指标,运用空间分析方法进行分析。结果显示研究区三维绿量总量为1605.222万m3,城区三维绿量总量为1021.021万m3,郊区三维绿量总量为584.201万m3;研究区平均每平方米三维绿量为0.608m3,城区平均每平方米三维绿量为0.720m3,郊区平均每平方米三维绿量为0.478m3。  5.城市绿地空间分布综合评价。本文在绿地时空动态变化分析和三维绿量分析的基础上构建城市绿地空间分布综合评价系统。本文选择适当的评价指标,通过层次分析法确定指标权重,利用综合指数法计算研究区城市绿地空间分布指数,并对结果进行分析。结果显示评价等级为优良区域约占研究区22.5%,研究区主要评价结果等级为中,约占52.9%,有少许区域评价结果等级为差。根据评价结果,本文对城市绿地规划提出建议。  本论文研究工作的创新点如下:  1.提出一种新的多分类器组合方法,称为层次分析加权法。该方法考虑到不同分类器的分类性能各异,将层次分析法引入到多分类器系统中,用于确定不同分类器的权值,实现综合考虑不同基分类器差异的多分类器系统。该方法是对Bayesian平均法的一种改进,避免了在多分类器系统中,对基分类器一视同仁。实验证明,该方法分类精度比Bayesian平均法优越,与投票法可以媲美,能够有效改进分类精度。  2.提出一种基于单木结构信息的林地三维绿量估算方法。该方法利用高分辨率影像和机载激光雷达数据,通过标记分水岭分割算法获得单木棵数、冠幅、树顶位置和树高信息;然后基于几何模型方法估算单木三维绿量。基于遥感数据提取单木信息较为困难,同时利用该信息进行三维绿量估算的研究相对较少,本方法是对基于遥感数据进行单木尺度三维绿量估算的探索,用于提高传统估算方法的工作效率。  3.将绿地面积分析方法通过演变引入到对三维绿量的分析中。在以往的研究中,对绿地面积的分析已经积累了许多方法,但对三维绿量的分析方法相对较为缺乏。本文则将对绿地面积的分析方法转化运用到对三维绿量的分析中,如对三维绿量空间分布的总体特征、邻域特征和建设用地对绿地的影响等特征的分析方法。该思路丰富了三维绿量的分析方法。  4.提出结合以面积和三维绿量为基础的二维和三维指标的城市绿地空间分布评价方法。本文集成以面积和三维绿量为基础的二维和三维绿化指标,从评价区域的绿地数量特征、邻近绿地特征、建设用地对城市绿地的影响和绿地的变化特征四个方面构建城市绿地空间分布综合评价系统,并利用综合指数法对城市绿地空间分布进行评价。过去对城市绿地的研究多运用少量二维绿化指标进行评价,无法客观评价城市绿地的空间分布,本文所提方法集成多种二维和三维绿化指标能够从绿地的广度和高度对城市绿地空间分布进行客观的评价。
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