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绿地资源调查是城市园林主管部门的一项基础工作,是实施绿地资源保护和开展绿地精细化管理的前提。随着森林城市和生态园林城市建设的推进,绿地资源变动频繁,五年一次的城市绿地资源普查已不能满足实际业务管理的需要,为了建立资源动态监测机制,为园林主管部门提供更加精细的“一本账、一张图”,很多地方已将绿地资源调查作为常态化工作按需开展。
传统的绿地资源普查有标准的操作技术细则,需投入大量的人力物力,执行周期动辄半年,不太适用于常态化开展的绿地资源调查的敏捷性需要,应充分利用最新技术成果,改进调查方式,丰富调查手段,提高工作效率,以满足实际业务需要。民生智库经过多年研究,梳理介绍了可用于绿地资源调查的设备,并对绿地资源调查中的技术应用进行了思考与展望。
一、相关技术及应用概览
绿地资源调查中采集的信息主要包括位置信息(四至坐标)、空间信息(面积、蓄积量、覆盖率等)、植物信息(植物品种、树高、胸径、冠幅等)、管理信息(权属单位、养护状况、资金来源等)。其中位置信息、空间信息和部分植物信息已有相关技术,如导航技术、定位技术、激光雷达技术、遥感影像技术、三维成像技术、点云数据分析等,可代替人力实现信息精准采集、多维数据分析,相关技术应用如下表所示:
导航技术 | 定位技术 | 激光雷达技术 | 点云数据分析 | 遥感影像技术 | 三维成像技术 | |
绿地坐标 | √ | √ | √ | |||
绿地面积 | √ | √ | √ | √ | ||
蓄积量 | √ | √ | √ | √ | ||
郁闭度 | √ | √ | √ | |||
覆盖率 | √ | √ | √ | |||
树高 | √ | √ | ||||
胸径 | √ | |||||
冠幅 | √ | √ |
二、可用于绿地资源调查的主要设备
可支撑绿地资源调查的现代化设备一般集成了多种新技术,如用于测量位置和面积的设备有多种,如无人机、RTK、测亩仪等,均集成了导航技术和定位技术,但精度有所差异,RTK还可集成遥感影像技术,无人机除了集成上述几种,还可集成三维成像技术,生成三维拟真图像;用于测量绿地空间信息的激光雷达扫描系统集成了激光雷达技术、点云数据分析技术和三维成像技术。
可测指标 | 应用场景 | 精度 | 缺点 | |
测亩仪 | 面积 | 较大地块的面积测量 | 中 | 精度较低 |
RTK | 四至坐标、面积 | 可接收卫星信号即可测量 | 高 | 耗时长,有建筑物遮挡时获取信号慢 |
无人机 | 四至坐标、面积、高程信息 | 非禁飞区的地块测量 | 高 | 无法获得绿地细部信息 |
激光雷达扫描系统 | 林木蓄积量、郁闭度;乔木树高、胸径、冠幅 | 植物类别较复杂的地块测量 | 高 | 后期数据处理复杂 |
各种设备详细介绍如下:
1、测亩仪
测亩仪又名土地面积测量仪,集成了高精度的定位系统(北斗/GPS/GLONASS)、精确的面积计算方法和智能化的掌上电脑系统,能实现不规则面积的实时测试、动态图形显示和数据智能化处理和储存。一次测量可同时获得测量面积、周长、距离、坡度等数据。可随时调用测量的面积图形和所有测量数据,便于档案保存。
一般有手持式、车载式等型号,地块面积越大,精度越高,对于不规则地块,具有使用便捷、经济实惠的优势,可以手持设备边走边出图形,将地的形状直接显示在屏幕上,直接计算出面积。但对于小面积地块误差较大。
2、RTK设备
RTK(Real - time kinematic)实时差分定位是一种能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法,是测绘行业的常用技术,目前也广泛应用于绿地资源调查中。目前使用的RTK设备一般可接收多种卫星信号,大大提高了定位速度和精度,使用RTK设备进行现地打点,获取精准坐标后,可叠加至高清遥感影像地图进行图斑勾绘,并加载至Arcgis软件内进行数据处理,最终生成图库互查的资源调查成果。
RTK设备获取的坐标精度高,但在对不规则地块进行核测时,需要对每个折点进行打点,采集坐标,对圆形地块需至少采集三个点以上,因此在实际调查中耗时较长。
3、无人机航测
近年来无人机测量技术的应用范围越来越广,其技术优势也逐渐体现出来,不仅提升了作业效率,而且保证了作业的精度,因此具有非常大的发展空间。无人机搭载多镜头相机和RTK芯片,即可实施绿地资源高精度调查,通过专业的技术软件对采集的影像数据进行处理,可搭建优于5厘米的3D地表模型。
与传统绿地资源调查手段相比,无人机凭借其机动灵活等特点,可快速获取高分辨率航空影像,提供准确的绿地纹理和植物信息,可应用于绿地规划分析、植物类型识别、森林火灾监测、森林覆盖率测算等,可以针对特定绿地林地,确定载植面积、生长状况等。
无人机摄影测量成果可生成DLG数据、基础地理信息数据、DOM/DEM/DSM数据、三维模型数据、空间地理信息及地物数据等测绘需求成果数据,可无缝衔接后期图斑处理工作。
采用无人机进行绿地资源调查具有快速、精准、高质的优点,但受限于城市地区飞行器禁飞限制,仍无法大规模广泛应用。
4、激光雷达扫描系统
激光雷达扫描系统是结合激光雷达和同步定位与地图构建(SLAM)算法实现室内外一体化测量的工具,此工具无需GNSS信号即可实时获取周围环境的高精度三维点云数据,实现厘米级数据精度,可实时显示高精度点云数据、支持在线闭环以及闭环优化,扫描完成即可导出采集点云数据和运动轨迹。
在绿地及林木调查时,一般携带背包式设备,按照一定的规划路径行走,进行数据采集,设备采取自下而上的扫描方式,获取树干/枝叶详细的结构信息,并使用激光雷达数据软件进行单木进行识别,获取树木位置、株数、树高、胸径和枝下高等信息。
激光雷达扫描系统在密闭林地的植物调查中,较传统的以胸径尺、轮尺等接触式测量的人工测量方式,具有无可比拟的优势。
三、技术应用展望
科学的本质在于创新,创新是一个国家、一个民族兴旺发达的不竭源泉。同样,园林绿化事业的蓬勃发展,也必须坚持走科技创新之路。城市绿地作为城市最重要的资产之一,主管部门必须保护好、利用好、使其成为构建“生态文明”和“宜居城市”重要基石。
现代科技的发展可为城市绿地资源调查和监管充分赋能,充分利用新技术和新设备,可大大提高调查覆盖范围和调查精细度,可获得的信息也更加多元,不再局限于平面信息和定性信息,空间信息、立体信息等全息信息的获取也成为现实。
在新技术和新设备的加持下,未来城市绿地资源的调查可打破五年一次的频率,做到按需调查、随时调查,真正做到资源监管动态化和常态化。在技术应用上,可构建“空、天、陆”立体监测体系,将卫星遥感、激光雷达、地面测绘等多种手段融为一体,使绿地台账的信息更加丰满,打造成集遥感影像、热成像点云数据、精准坐标位置、养护现状照片、权属单位、养护责任人等信息为一体的全息资料库,为城市绿地管理决策提供更全面、更精细、更科学的支撑依据。