基于WorldView-2的城市綠地信息提取及生物量估算.pdf

1、城市是人類生產(chǎn)活動最集中的地方，也是碳排放最主要的地區(qū)，城市空氣中碳濃度相對遠(yuǎn)離城市的區(qū)域高幾倍以上，這種鄰近效應(yīng)會使城市綠地固碳效率相對較高，因此快速監(jiān)測和分析城市綠地狀況對于城市綠地經(jīng)營管理與生態(tài)環(huán)境評價十分重要。
　　本文以杭州市西湖區(qū)為研究區(qū)，利用WorldView-2高分辨率遙感影像，采用面向?qū)ο蠖喑叨确指畹姆椒?，綜合利用光譜、形狀、紋理等特征對研究區(qū)的城市綠地信息進(jìn)行提取。再結(jié)合地面調(diào)查的生物量數(shù)據(jù)構(gòu)建隨機(jī)森林回歸模型

2、，對西湖區(qū)的植被綠地生物量進(jìn)行估計，并分析空間變化特征。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)利用WorldView-2高分辨率遙感影像，根據(jù)研究區(qū)遙感影像的地物特征差異進(jìn)行分區(qū)，分別采用不同的多尺度分割方式分割，構(gòu)建多層次結(jié)構(gòu)，綜合利用光譜、形狀、紋理等特征變量對研究區(qū)的城市綠地信息進(jìn)行提取。其中采用J-M(JeffriesMatusita)距離法確定紋理窗口尺度并篩選紋理特征，最后采用CART（Classification And R

3、egression Trees）決策樹分類算法選擇最優(yōu)特征及節(jié)點(diǎn)閾值分區(qū)域?qū)ν恋乩酶采w類型進(jìn)行分類，提取城市綠地分布信息。
　　(2)野外樣地數(shù)據(jù)分為天然林地和人工綠地兩種，分別利用生物量模型計算各樣地生物量。利用樣地大小尺寸的對象提取遙感影像自變量因子，以城市綠地生物量為因變量進(jìn)行相關(guān)性分析，分區(qū)域構(gòu)建隨機(jī)森林回歸模型，利用面向?qū)ο筇崛〉闹脖痪G地專題信息估算杭州西湖區(qū)的城市綠地植被的生物量。最后根據(jù)生物量估算結(jié)果分區(qū)域、分鄉(xiāng)鎮(zhèn)

4、街道、不同剖面線進(jìn)行空間分布格局分析。
　　研究主要得出以下結(jié)論:
　　(1)本研究利用可分離指數(shù)J-M距離法選擇紋理尺度與降維紋理特征:得到影像地物草地、農(nóng)用地、灌木、喬木最佳紋理窗口尺寸分別為5×5、11×11、13×13、13×13。另外紋理特征從原先192個降低至34個紋理波段，提高了信息提取的精度及效率。
　　(2)本文面向?qū)ο蟮木G地平均用戶精度達(dá)到84.63％。高于基于像元的最大似然法的72.73％?？傮w分

5、類精度從基于像元的最大似然法的精度76.53％提高到88.56％，Kappa系數(shù)從0.7117提高到0.8623?；诿嫦?qū)ο蟮腃ART決策樹分類法不僅在很多方面優(yōu)于傳統(tǒng)基于像元的方法，而且比其他采用面向?qū)ο蠓椒ǖ难芯空吒`活地運(yùn)用光譜、形狀和紋理特征，大幅度的提高了效率和分類精度。
　　(3)將研究區(qū)域的喬木劃分為高建筑密度區(qū)、城郊混合建設(shè)區(qū)、山林區(qū)，樣地劃分三個區(qū)域分別擬合建模估算生物量;灌木不分區(qū)域統(tǒng)一根據(jù)樣地數(shù)據(jù)回歸建模估

6、算生物量;草地根據(jù)單位面積生物量估算。其高建筑密度區(qū)、城郊混合建設(shè)區(qū)、山林區(qū)、灌木的建模擬合精度分別為77.54％、74.38％、81.29％、84.51％，預(yù)測精度分別為71.32％、68.59％、76.08％、80.80％。因此回歸建模精度可以滿足后續(xù)生物量估算。
　　(4)杭州西湖區(qū)城市綠地植被總生物量為151.8146×104Mg，生物量密度主要分布在15-170Mg/hm2的范圍，平均生物量密度為49.36Mg/hm2。

7、西湖區(qū)的各分區(qū)的綠地植被生物量密度排序為山林區(qū)＞高建筑密度區(qū)＞城郊混合建設(shè)區(qū)。不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道平均生物量密度從大到小順序依次西湖街道＞靈隱街道＞留下街道＞北山街道＞轉(zhuǎn)塘街道＞雙浦鎮(zhèn)＞古蕩街道＞蔣村街道＞三墩鎮(zhèn)＞西溪街道＞文新街道＞翠苑街道。西湖區(qū)剖面線生物量分析，東西向的生物量密度水平最高，南北向西湖區(qū)街道平均生物量密度水平較高，其它位置處于城市區(qū)、城郊混合建設(shè)區(qū)的農(nóng)用地平均生物量密度呈現(xiàn)較低水平;西南-東北方向雙浦鎮(zhèn)、西湖街道平均生物量密