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都市森林植被三维绿量计测及三维表达

花匠小妙招
2024-12-30 08:08

科技成果来源：江苏科技成果库;
地区：江苏
成果名称：都市森林植被三维绿量计测及三维表达
成果类型：基础研究
技术领域：测绘服务
成果完成单位：苏州科技学院;北京林业大学;
成果完成人：张序;王兆华;曹恒;李兆堃;薛彩霞;王颖;韦雪花;徐伟恒;马天;王智超;王海平;刘小丽;
成果简介：项目介绍：“都市森林植被三维绿量计测及三维表达”项目以地理信息系统、全球定位系统、遥感(简称3S)和信息技术为基础，依据抽样理论，运用三维激光扫描仪与三维可视化技术，对都市森林植被三维绿量计测及三维表达。项目通过自主创新和有效集成生态环境领域地面调查监测、评价、预测、决策、空间分析、制图表达等关键技术，实现了基于3S技术的森林资源与生态环境数字化、三维化、精准化的模拟和表达。项目结合北京市各区县社会经济信息，计算人均三维绿量并评价其生态效益，为其生态环境评价和改善提供依据，其研究具有重要的社会效益和经济效益。项目主要工作内容包括以下4个方面：(1)设计出都市不同尺度的三维绿量测定方案。依据抽样理论，运用3S技术及三维激光扫描仪技术，对都市三维绿量在单木、样地、市区、郊区几个尺度上进行调查、定位和自动化测定，建立三维绿量反演模型，实现都市森林植被三维绿量计测与表达。(2)建立三维绿量反演模型，估算都市的三维绿量。基于地面三维激光扫描及样地实测数据建立都市各树种的三维绿量模型及遥感反演模型,估算出都市的三维绿量，单位面积绿量及人均绿量。(3)对都市三维绿量的综合评价。通过研究北京市三维绿量空间分布特点，分析对比各区县的三维绿量指标，根据三维绿量反演结果，获得三维绿量的固碳释氧量、滞尘量，探讨都市三维绿量及其空间分布对城市生态效益的影响。(4)实现都市三维绿量的可视化表达。通过虚拟现实技术、GIS技术，实现对北京市三维绿量的可视化虚拟现实表达，能直观显示北京市三维绿量的分布情况，在不同尺度上展示都市三维绿量的分布，为绿地规划、绿化结构调整等城市绿化工作提供一个辅助工具。该项目由苏州科技学院和北京林业大学合作完成，自立项以来，投入科研人员45人，外业观测4050工天，内业资料、数据处理8100工天，建立样地150多个，三维绿量遥感反演模型5个，发表论文9篇，EI检索2篇，专利发明授权1个，申请专利3个，软件著作权登记7个。科技含量项目主要创新成果：(1)项目设计出都市不同尺度的三维绿量测定方案，该实验设计及研究思路为城市森林植被三维绿量的研究提供一套有参考价值思路和方法，在国内外未见有一套完整系统的三维绿量计测研究理论及方法。(2)项目对地面三维激光扫描测量获得的单株树木树冠的三维点云模型，计算由点云坐标围成的不规则面的面积，按照极小等距形成的若干个圆台和两个圆锥来计算整个树冠的体积，求得树冠冠上部分的三维绿量。这种方法最后得出的结果剔除了模拟规则形状而参与计算的多余空间的三维绿量，结果更加精确，其研究方法具有创新性。(3)对由地面三维激光扫描测量获得的单株树木点云数据，通过Geomagic软件进行冠径、树高、枝高、胸径等测树因子的量测，再对经典的Logistic冠径-冠高方程进行修正，得到北京市市常见的绿化树种的径-高模型，此法对于研究北京市森林植被的径高关系以及单株树木三维绿量模型研究具有实践价值和推广意义。(4)在由单株立木的三维绿量与遥感影像灰度值建模时，该项目采用树冠直径的二分之一为半径，在Arcgis软件模块下建立树冠冠径的缓冲，提取不同缓冲范围在影像各波段中的灰度值并进行统计，建立实测三维绿量与波段值及波段组合值的模型。这种方法对基于像元灰度值与实测三维绿量建立反演模型是一种尝试和探索。项目成果的经济效益和社会效益、以及应用前景：该项目成果的经济效益和社会效益在于：(1)该项目研究提供了一套详细的北京市各区县森林植被三维绿量数据，从单位面积三维绿量和人均三维绿量进行定量分析，为北京市绿化工作考核、绿地规划、绿化格局优化等绿化建设工作提供基础数据。(2)该项目研究对北京市森林植被三维绿量的生态效益进行量化评价，从三维绿量的释氧固碳、吸收二氧化硫、滞尘量几个方面做了定量分析，为都市北京生态功能、环境效益评估提供了大量有参考价值的数据，为中国都市森林植被三维绿量计测方法，提供了一套完整的技术方案和应用实例。(3)该项目研究实现了北京市三维绿量虚拟现实三维表达，该平台在不同尺度上展示北京市三维绿量的分布，可以为绿地规划、绿化结构调整等城市绿化工作提供一个辅助工具，同时，该项目可以在环境保护、土地利用等应用领域进行推广使用。该项目成果的应用前景在于：(1)为改进城市绿化评价指标提供基础数据和评价依据，用单位面积三维绿量、人均三维绿量等三维绿量指标，补充到绿地评价指标体系中，使绿量的评价更科学合理，从而使得城市的绿化建设从数量指标型向数量-质量指标过渡。(2)指导都市森林植被绿化结构调整及绿地规划建设，针对北京市特大都市干旱缺水的特点，提出合理配置不同植物的原则，充分发挥不同植物的各种生态功能，构建出合理的绿地结构，提升都市生态环境效应水平。
成果登记/公布年份：2013年
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