摘要

       受人类活动影响，城市生态环境发生显著变化，揭示生态系统结构、功能和生态过程的变化对于维护城市生态安全具有重要意义。无人机遥感对地观测系统以其宏观、快速、实时的优点在生态环境领域得到广泛的应用，利用遥感影像对典型城市生态系统进行监测和评价，已经是生态环境保护领域的重要组成部分。受中国地质环境监测院委托，北京捷翔天地对衢州市主城区进行了无人机航飞，获取了无人机遥感影像，并利用获取的影像进行了衢州市生态环境评价。

 一、引言

       国家环境保护部以行业标准的形式颁发了《生态环境状况评价技术规范》（2006 年首次发布，2015年第一次修订），推出了综合利用遥感技术的生态环境状况指数EI，旨在对我国县域、省域和生态区的生态环境状况进行综合评价。但《规范》所获得的 EI 指数只能笼统地反映区域生态环境的整体状态，无法反映生态环境状况在该区域内的具体空间分布，尤其是无法对不同时期的生态环境进行空间变化分析。而这些问题对于典型城市区域的生态环境监测来说又极为重要！

       本次采用无人机遥感技术、获取衢州市主城区的高分辨率航飞影像、生成城区正射影像数据，并基于面向对象的方法分类得到衢州市主城区分类图，在分类图的基础上开展研究区生态服务功能重要性评价，为开展衢州市生态环境评价研究提供技术支撑。

二、区域概况

       衢州市位于浙江省西部，钱塘江上游，金（华）衢（州）盆地西端，南接福建南平，西连江西上饶、景德镇，北邻安徽黄山，东与省内金华、丽水、杭州三市相交。地理坐标为位于东经118°01′15″～119°20′20″，北纬28°15′26″～29°30′00″。东西宽127.5千米，南北长140.25千米，总面积8844.6平方千米。衢州地貌类型以山地丘陵为主，境内丘陵山地面积达7560平方千米，占土地总面积的85.44%。境内山地面积4336平方千米，占土地总面积的49%，分布在盆地外侧西北缘和东南缘。其中低山约2400多平方千米，中山约1900多平方千米。其形态较为复杂，流水侵蚀作用显著，加上盆地的分隔，山岭走向复杂多变且延伸短促，坡陡谷陕，岭谷交错，地形破碎。

  图1 衢州市遥感影像假彩色合成图

三、无人机航飞数据获取

       现有的城市生态环境变化遥感研究往往存在较大差异，难以有效反映生态环境变化和响应特征，加之生态本底和人类干扰活动的复杂性，城市生态环境变化遥感研究仍面临诸多挑战。

 测区范围为浙江衢州市城区。测区地势以平原为主，平均海拔70米，最高点79米，最低点58米。测区范围图如图2所示：本次利用低空无人机，获取衢州市主城区10cm航飞影像，摄区面积共约65平方公里。本次采用手抛式电动固定翼飞机（图3，飞机相关参数见表1），Sony RX1RM II相机（像素分辨率7952×5304，图4，相机相关参数见表2）。

图2 航摄范围图

图3手抛式无人机
 

图4 索尼RX1RMII相机

       收集摄区准确行政区划矢量，以及摄区范围SRTM地形资料，进行飞行航线设计（图5）。摄区航线采用南北方向敷设，根据摄区拐点坐标确定航线，本摄区共敷设30条航线。为保证飞行精度，单架次飞行时间不超过90分钟。本项目于2018年8月开始执行，本摄区共计飞行5个架次，全部为有效架次。

图5航线布设

       航飞完成后，经过生产人员质检，此次航摄资料的飞行质量和摄影质量等各项指标均符合航摄规范的要求。航向重叠度80%左右，旁向重叠度 50%左右，航线飞行平直，航线弯曲度在3%以内，符合规范要求。各分区旋偏角都在规范要求范围内，小于25°，倾斜角：≤3°。获取的原始数据信息丰富，色彩、反差适中，纹理清晰，清晰度较好。影像中无出现云、云影、烟和镜头遮挡的情况。基准面分辨率0.1米，符合设计要求，该摄区质量评级为：优。

       本次像控点外业采用先航拍，后布控的方案。这些点位的分布如图6所示：像控点的选择首选白色、黄色斑马线、停车线的端点及拐点处，其次路边方形井盖端点处，不同颜色地砖分界处等（图7），采用千寻CORS直接进行像控点测量，得出像控点的精确坐标。

图6 像片控制点分布图

图7 像控点实地测量

      四、生态环境重要性评价

1、DOM生产

       根据外业测定的像片控制点成果，采用自动空三软件进行区域网整体平差，得到加密点成果，根据立体模型，通过影像密集匹配生产地表模型点点云，生成DSM成果；在DSM的基础上，采用数据滤波方法，自动过滤人工建筑物、植被等非地面点的高程信息，并经人工检核，剔除错误点等编辑操作后，得到DEM数据，运用软件对影像进行匀色、数字微分纠正、接边检查、镶嵌和后期处理得到衢州市DOM影像（图8）。

图8衢州市正射影像图

2、土地覆盖分类

       利用衢州市重点区域的DOM影像，本次完成了衢州主城区10厘米正射影像的土地覆盖解译工作，分为林地、园地、草地、耕地、道路、房屋建筑、构筑物、水体、人工堆砌地、裸地等十个类别。分类结果如图9所示.

图9  DOM影像数据分类结果

3、生态服务重要性评价

       依据不同地表覆盖类型，基于生态系统服务价值评估体系，结合中国陆地生态系统服务价值当量因子，开展生态服务功能重要性评价，最终评价结果如图10所示。总体来看，凭借研究区丰富的林地资源，很多区域有着很高的生态服务重要性。但是衢州的城市区域基本上处于生态服务重要性较低的区域，城市区域的开发对整个衢州市的整体生态服务功能影响不大，说明衢州市的城市规划较为合理，在建设的同时对当地生态系统有一定的保护意识。

图10  2018年生态服务重要性

五、总结‍

       本次利用无人机获取了高分辨率航摄影像，在机器学习算法辅助下，对影像进行解译，得到了精度较高的土地覆盖分类产品。结合中国陆地生态系统服务价值当量因子和生态系统服务价值评估体系，依据不同地表覆盖类型，评价了衢州市主城区生态服务功能重要性。本次从遥感与信息技术出发，为整体的生态环境承载力评价提供了生态服务价值重要性关键指标，为总体的生态环境承载力评价示范研究做了重要支撑。