第
卷第 期
测 绘 工 程
，
年 月
，
ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＳｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄＭａｐｐｉｎｇ
Ａｐｒ．２０１５
基于ＥＮＶＩ的高分辨率遥感影像城市
绿地信息提取研究
陈 阳，赵俊三，陈应跃
（昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 ６５００３３）
摘 要：近年来众多高分辨率遥感卫星的发射为城市绿地信息提取提供了高效的手段 ，如何充分利用高分辨率遥感 影像对现代城市进行规划和生态环境评价具有重要意义。文中介绍一个完整的遥感工程在 ＥＮＶＩ下的实现过程， 包含高分辨率数据的处理、高分辨率信息提取流程的合理安排、ＦＸ模块面向对象信息提取等内容，可全面快速掌握 城市绿地总量与分布现状，为绿地系统规划与日常管理决策提供参考，对生态城市建设具有重要意义。 关键词：城市绿地；ＷｏｒｌｄＶｉｅｗ；信息提取；ＥＮＶＩ
中图分类号：ＴＰ７５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００６－７９４９（２０１５）
０４－００３３－０４
ＥＮＶＩ ｂａｓｅｄ ｕｒｂａｎ ｇｒｅｅｎ ｓｐａｃｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｗｉ
ｔｈ ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｄａｔａ
，
，
ＣＨＥＮＹａｎ ＺＨＡＯＪｕｎ
－ｓａｎＣＨＥＮＹｉｎｇ－ｙｕｅ （
Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｌａｎｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００３３，
Ｃｈｉｎａ
）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：
Ｔｈｅ ｌａｕｎｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｓａｔｅｌｉｔｅ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｗａｙ ｆｏｒ ｕｒｂａｎ ｇｒｅｅｎ
ｓｐａｃｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ．Ｔｏ ｇｅｔ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｏｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｒｅｍｏｔｅ
ｓｅｎｓｉｎｇ ｄａｔａ ｓｅｅｍｓ ｔｏ ｂｅ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎ ｍｏｄｅｒｎ ｕｒｂａｎ ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ．
Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ａ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅ ｉｎ ＥＮＶＩ，
ｉｔ ｇｉｖｅｓ ｔｈｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｂｏｕｔ ｈｉｇｈ
，
ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎ ｄａｔａｍａｎａｅｍｅｎｔｒｅａｓｏｎａｂｌｅａｒｒａｎｅｍｅｎｔｓｏｆｅｘｔｒａｃｔ ｒｏｃｅｄｕｒｅｗｉｔｈｈｉｈ
ｇ ， ， ， ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎ ｄａｔａｏｂｅｃｔ
ｇ
ｑｕａｎｔｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｕｒｂａｎ ｇｒｅｅｎ ｓｐａｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃａｎ ｂｅ ｍａｄｅ ｉｎ ａｎ ａｌ－ｒｏｕｎｄ
，
，
ａｎｄ ｆａｓｔ ｗａｙａｎｄ ｉｔ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ａｂｏｕｔ ｇｒｅｅｎ ｓｐａｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｄａｉｌｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｉｔｙ． Ｋｅｗｏｒｄｓ
：
； ； ；
ｙ
城市绿地作为城市中唯一有生命的基础设施， 在改善城市生态环境和人居环境方面起着积极的 作用［１］，
它是城市的氧源，更是电磁辐射、噪音及有 害气体的良
好吸收体
［２－４］
，在城市生态平衡中扮演着 重要的角
色，准确掌握其分布结构及变化规律，预
测其发展走向，对于维护区域生态平衡，保护城市
［ ］
。
生态环境具有不可忽视的作用
５－６
城市绿地的规 划须
先立足于对城市绿地现状的了解，传统的绿地 调查采取实地测量与统计相结合的方法，它效率低
收稿日期：
２０１４－１１－０９
基金项目：国家自然科学基金资助项目（４１１６１０６２）
作者简介：陈 阳（１９８９－），男，硕士研究生．
下而且统计结果受人为影响。随着遥感技术的发展，近年来众多高分辨率遥感卫星的发射为城市绿地信息提取提供了高效的手段，如何充分利用高分辨率遥感影像对进行现代城市规划和生态环境评
［］。
价具有重要意义７－８
高分辨率遥感技术为城市生态环境的监测方法和评价指标的改进提供了有力的支持。获得的城市绿地覆盖信息与其他资料结合可以进行城市绿地空间分布分析评价，为合理进行城市绿地规划
［］。
提供决策支持９高分辨率遥感技术具有很多特点：多传感器提供高分辨率全色波段及多光谱数据，通过图像融合方法，可以得到色彩信息丰富的
·３４·
测 绘 工 程 第２４卷
高分辨率光谱数据；卫星控制技术，可使重访周期 控制在数天以内；使地物内部组成要素更丰富，能
更好反映空间信息、地物尺寸形状、地物之间的关
系。
ＷｏｒｌｄＶｉｅｗ－ＩＩ 卫 星 是 Ｄｉｇｉｔａｌｇｌｏｂｅ 公 司 于 ２００９年１０月６日发射升空，运行在７７０ｋｍ 高的太 阳同步轨道上的高分辨率商业遥感卫星，它能够为 世界各地的商业用户提供满足其需要的高性能图
像产品。
在空间分辨率（
），多
ＷｏｒｌｄＶｉｅｗ－ＩＩ
０．５ｍ
光谱成像（ 个全色通道、
个多光谱通道）、侧摆速
１
８
度、扫描宽度等方面具有显著的优势，能够满足更 广领域的遥感用户，为其提供更好的遥感信息源服 务，在数字城市建设、自然资源的管理和监控、自然 灾害的评估及精细农业等领域中具有应用潜力
［１０］
。
本文介绍了使用ＥＮＶＩ遥感图像处理软件，采 用
ＷｏｒｌｄＶｉｅｗ－２高分辨率遥感影像，对城市绿地信
息提取的方法，其技术路线如图１所示。
行融合处理，使融合后的影像既保留多光谱特征又 拥有较高的空间分辨率，如图２所示。ＥＮＶＩ中的 融合方法有 变换、 变换、乘积运算、
ＨＩＳ Ｂｒｏｖｅｙ ＰＣＡ
变换和Ｇｒａｍ－Ｓｃｈｍｉｄｔ，融合方法的选用十分重要， 不同方法有不同的适用范围，同样的融合方法应用 在不同影像中所得结果也往往不一样。本文选择 适于最新高空间分辨率影像的 Ｇｒａｍ－Ｓｃｈｍｉｄｔ方 法，改进了ＰＣＡ 中信息过分集中的问题，而且不受 波段限制，可以较好地保持影像的纹理和光谱信息。
图１ 技术路线
１ 实验数据
本文选择成像时间为夏季，植被长势较好的
ＷｏｒｌｄＶｉｅｗ－２含 ＲＰＣ信息的 ＬＶ２Ａ级
数据，该数
据包括０．５ｍ 分辨率的全色影像和１．８ｍ 分辨率 的多光谱影像。其中多光谱影像包含８个波段，除 含有蓝、绿、红、近红４个业内标准波段外，还含有海 岸、黄、红边、近红４个彩色波段，增加的波段信息为 用户提供进行精确变化检测和制图的能力，其中非 可见光近红外波段，波长较长，受大气影响较小。 因红和近红外波段是对绿地敏感的波段，为了提高 工作效率，故本文在图像分类时仅选择４个业内标 准波段参与
图像分割。
２ 数据预处理
２．１ 图像融合
将高空间分辨率的全色影像与多光谱数据进
图２ 融合后图像与多光谱图像对比
在
ＥＮＶＩ中分别打开 ＷｏｒｌｄＶｉｅｗ－２多光谱图
像
和全色图像，选择
Ｇｒａｍ－Ｓｃｈｍｉｄｔ Ｐａｎ Ｓｈａ
ｒｐｅ－ ｎｉｎｇ，选择适当的空间裁剪及波谱裁剪然后进入融
合参数面板，该面板会自动识别其传感器类型，重
采样方法选择精度最高的三次卷积。 ２．２ 自定义坐标系
为避免坐标来回转换时产生较大误差，应首先 统一控制点和输出正射校正图像的坐标系。本文 因ＤＯＭ 数据为北京５４坐标系，所以统一坐标系为 北京５４坐标系。该步骤在 ＥＮＶＩ Ｃｌａｓｓｉｃ中进行， 从网上获取北京５４坐标系相应投影、基准面、中央 经线长度比等参数，将其添加至软件中并保存。
２．３ 正射校正
在卫星影像和航空影像中会有一些几何误差， 主要由比例尺变化、传感器姿态的变化、传感器的 系统误差引起。对于分辨率较高且具有 ＲＰＣ信息 的图像可以用正射校正的方法完成几何校正以消 除这些误差达到更高的精度要求。在本文中，采取
ＧＣＰ＋ＲＰＣ＋ＤＥＭ 的方法完成正射校正，其中
ＧＣＰ控制点从参考图像ＤＯＭ 中选择。
首先将参考图像 ＤＯＭ 和 ＤＥＭ 数据进行绑
定，这样可以在ＤＯＭ 上获取ｘ， 及该点的高程值。
ｙ
在选控制点时，不能选择建筑物的顶点，因为传感 器若有倾斜角度，建筑物顶点将会偏移，所以确保 选点时选择地面上的控制点。选好同名点（链接
第４期 陈 阳，等：基于ＥＮＶＩ的高分辨率遥感影像城市绿地信息提取研究
·３５·
点）后，在参考图像中右键选择像元位置，可将参数 导出至控制点选择面板并添加点。添加点完成之 后可查询控制点的误差，若太大可进行删点重选。 因图像融合时丢失了ＲＰＣ信息，进行正射校正时需 要选择相应 ＲＰＣ 文件，可以使用全色影像的 ＰＲＣ 信息进行补充。
２．４ 快速大气校正
因提取绿地信息所需精度不用太高，故本文使
用大 气 校 正 扩 展 模 块 中 的 快 速 大 气 校 正 工 具
（
ＱＵｉｃｋ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ
），
可以提高 ＮＤＶＩ
和光谱属性值的精度，还可以消除部分大气影响。 完成大气校正后定位到绿地并分别打开大气校正 前后的光谱曲线，发现校正后的光谱曲线更为真 实，如图３所示。
图３ 快速大气校正前后绿地波谱曲线对比
３ 面向对象绿地信息提取
绿地信息提取使用到特征提取（Ｆｅａｔｕｒｅ Ｅｘ－ ｔｒａ
ｃｔｉｏｎ，
ＦＸ）
这个扩展模块，
ＥＮＶＩ５．１中该模块含 有３个工具：基于样本选择的特征提取、基于规则的 特征提取与分割式特征提取。提取植被选用基于 规则的特征提取（
Ｒｕｌｅ Ｂａｓｅｄ Ｆｅａｔｕｒｅ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）。
归一化植被指数（
Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｄｉｆｆｅｒ
ｅｎｃｅ Ｖｅｇｅ－ ｔａｔｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ，ＮＤＶＩ）
计算可以将多光谱数据变换成 一个单独的图像波段，用于显示植被分布。较高的 ＮＤＶＩ值预示着包含较多的绿色植被。ＥＮＶＩ中的 ＮＤＶＩ使用标准算法
ＮＤＶＩ＝ ＮＩＲ－ＲＥＤ
ＮＩＲ＋ＲＥＤ
（ＮＩＲ：近红外波段，ＲＥＤ：红波
段）． ＮＤＶＩ值的范围为－１～１［１１］
。
３．１ 调整分割尺度与合并尺度
创建发现对象时，分割尺度越大则分割的块越 大，值越小则分割的块越多，勾选预览可实时预览 分割效果图，根据提取地物的大小选择适合的分割 尺度。分割时，发现分割的对象相对零碎，使用合 并尺度对其进行合并，合并的值越大被合并的块越 多。通过预览和经验调整分割尺度值为３５，合并尺 度值为６０时
效果较为理想。
３．２ 建立规则
建立规则时需建立两种规则，一种是把需要的 地物提取出来，一种是把不需要的地物去掉。新打 开一个ＥＮＶＩ工程文件并打开经过处理过的研究 区图像，以 ＲＧＢ标准假彩色显示波段使绿地植被 显示为红色，利于目视解译找绿地植被。使用 ＲＯＩ （感兴趣区域）选择感兴趣区域时，可在研究区域各 个地方，选择一些长势不太好的植被进行标注，注
意在建筑物阴影中的植被（在图像上显示为近黑色 但确定为植被）不要标注，若选择会使结果数值很 小，失去研究意义，统计可得绿地对应的 ＮＤＶＩ的
最小值为０．１４９ ５１０
。
回到ＦＸ模块预览窗口设置该值发现有部分显 示为紫色屋顶的地物被划分进绿地里面，故再次建 立一个 ＡＮＤ的规则以去除紫色屋顶。新建感兴趣 类型，放大窗口可参考之前预览时被错分的地物目 视选择出一些覆盖人造涂料的地物作为样本，统计 得出在绿地区域Ｂａｎｄ１的最大值与紫色屋顶的最 小值基本接近，为１ ２８１～１ ３８１，如图４所示。故使 用＜１ ３８１作为剔除紫色屋顶的阈值。再次预览发 现紫色屋顶被剔除。由此获得比较理想的面向对 象分类规则
［１２］
如下：
Ｓｅｇｍｅｎｔ Ｓｃａｌｅ Ｌｅｖｅｌ：
３５．０ Ｍ
ｅｒｇｅ Ｌｅｖｅｌ
：
６０．０
·３６·
测 绘 工 程 第２４
卷 ：
（
（ ）： ＿ ＿ ＲｅｆｉｎｅＮｏＴｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ
ＱＵＡＣ Ｏｒｔｈｏｒｅｃｔｉｆｉｅｄ Ｂａｎｄ５ ＷＶ２ ＧＳ
：
＿
）（ ）
ＡｔｔｒｉｂｕｔｅｓＣｏｍｐｕｔｅｄ
ＯＲＱＵＡＣ．ｄａｔ ８３２．５０００
：
Ｓｐｅｃｔｒａｌ
ＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎＲｕｌｅ－Ｂａｓｅｄ
Ｂａｎｄ Ｒａｔｉｏ
Ｒｕｌｅ Ｓｅｔ
：
（
（ ）：
＿ ＿
ＱＵＡＣ
Ｏｒｔｈｏｒｅｃｔｉｆｉｅｄ Ｂａｎｄ４ ＷＶ２ ＧＳ
ｂａｎｄｒａｔｉｏ＞０．１４９５
＿
）（
）
＿
ＯＲＱＵＡＣ．ｄａｔ ６５８．８０００
ａｖｇｂａｎｄ１＜１３８１．００００
图４ 绿地样本与非绿地样本的统计结果
４ 结束语
像道路提取［］测绘工程，
， （）：
Ｊ．２０１４２３３４２－４５．
陈利，林辉，孙华 基于
影 像城市绿地信
［］
５．ＷｏｒｌｄＶｉｅｗ－２本文介绍了一个完整的遥感工程在 ＥＮＶＩ
下
息提取研究［］ 西北林学院学报， ， （）：
Ｊ．２０１４２９１１５５－
的实现过程，包含高分辨率数据的处理、高分辨率 １６０．
宋仁波，李文慧，王细元，等 基于双张影像的城市建筑
信息提取流程的合理安排、
模块面向对象 ［］ ６．
物高度提取方法［］测绘工程， ， （）：
ＥＮＶＩＦＸ
信息提取等内容。提取出绿地信息后，能以Ｓｈａｐｅ－
Ｊ．２０１４２３９６６－６９．
黄颖 基于遥感的城市绿地提取研究［］西部探矿工
［］ｆｉｌｅ格式输出至ＡｒｃＭＡＰ中进行矢量结果检查与编
７．Ｊ．
程，
（）：
２００８３６４－６６．辑、矢量数据拼接与裁剪及属性赋值等操作，从而
［］ 王野 基于资源三号卫星影像的城市绿地信息提取方
８．全面快速地掌握城市绿地总量与分布现状，为绿地
法探讨［］测绘工程，
， （）：
Ｊ．２０１４２３７６５－６７．系统规划与日常管理决策提供参考，对生态城市建 ［］ 赖志斌，夏曙东，承继成 高分辨率遥感卫星数据在城
９．设具有重要意义。
市生态环境评价中的应用模型研究［］ 地理科学进
Ｊ．
展，
， （）：
２０００１９４３５９－３６５．参考文献：
［ ］ 杨宝龙，夏斌，冯里涛，等
影像在城市绿
１０．ＱＵＩＣＫＢＩＲＤ
地提取中的应用：以石家庄市为例［］安徽农业科学，
郑光，田庆久，李明诗 基于 遥感影像的南京市 Ｊ．［］
１（）：
２００９３ １２２０－１２２２．
城市绿地的动态监测［］遥感信息， （）：
［ ］邓书斌
遥感图像处理方法［ ］北京：科学出版
２００５５２２－２４．１１．ＥＮＶＩＭ．［］
车生泉，王洪轮 城市绿地研究综述［］上海交通大学
社，
２．Ｊ．：
２０１０１１８－１１９．
学报， ， （）：
［ ］
中国 专题：利用高分辨率图像提取城市绿
１２ＥＮＶＩ－ＩＤＬ．［］ 杨莎莎，李永强，李框宇，等 基于车载
数据的
地信息［ ／
］
：／／
／／ ＿
３．ＬｉＤＡＲＥＢＯＬ．ｈｔｔｐｂｌｏｇ．ｓｉｎａ．ｃｏｍ．ｃｎｓｂｌｏｇ 单株树提取［］测绘工程， ， （）：
，
Ｊ．２０１４２３８２３－２７．７６４ｂ１ｅ９ｄ０１０１０５ｎｙ．ｈｔｍｌ２０１２－０５－３１．
［］
向晶，周绍光，陈超 基于改进高斯混合模型的遥感影
［责任编辑：刘文霞］
４．