用于评估城市生活质量的激光雷达和VHRS数据——基于三维空间指数的方法
研究背景
人口在城市的集中带来了与环境恶化相关的风险。城市的发展导致植被覆盖的土地减少，这是一个重大威胁。它可能会随着排水问题、局部滑坡或小气候变化（气温上升、湿度下降）而出现。此外，排放源浓度对生活质量也有影响。就这些威胁而言，城市绿地的作用极其重要。绿色有助于增加保水，降低噪音，是天然的污染物过滤器。树木在景观美方面也扮演着重要的角色。因此，它们在城市中的存在是必要的，关于它们的位置和空间属性的准确信息是有价值的。
现代地理信息技术，如机载和地面激光扫描（LiDAR）或卫星图像（VHRS），现在可以成功地用于绘制城市地区的土地覆盖和表征植被垂直结构。这些信息可以用来评估各个城市地区居民的生活条件，或者用来比较城市之间的差异。目前使用的空间指数通常基于土地覆盖类别的面积百分比，不包括垂直尺寸（高度）或体积等三维信息。使用ALS点云可以计算额外的空间属性，例如：高植被或单个建筑物的体积，以定义描述城市特定地区生活质量的新指数。
本研究的目的是提出基于激光雷达获得的3D数据的新的空间指数，这些指数将适用于表征城市地区，特别是评估建成区和绿地之间的关系。
SPRIAL DAY
数据与研究方法
*不负美好春光
数据来源
数据集由ALS点云组成和GeoEye-1 VHRS图像（RGB+NIR）。ALS点云是预处理的主题，以便提供进一步分析步骤所需的光栅层。经过“地面”分类和点云归一化后，生成：点的最大高度、点的最小高度和NoData层。
采用基于目标的图像分析（OBIA）方法提取单一建筑物和均匀的低植被和高植被区域。利用NDVI对植被区进行分类，利用nDSM层存储的几何（垂直）信息将植被区划分为“低”和“高”植被区。建筑足迹主要使用Min层（归一化最小高度）进行分类。
几何（ALS）和辐射（VHRS）信息的整合使分类精度达到很高，并生成具有相似高度和光谱响应的植被片段成为可能。OBIA处理在cognitive Developer 8.7 （Trimble Geospatial）中执行，创建的规则集非常通用，不依赖于任何样本。
OBIA处理的结果存储为矢量层（Shapefile），其中包含：建筑物、低植被多边形和高植被多边形，随后用于批量处理每个段内的ALS点云。通过使用LAStools 和FUSION USDA林务局软件，简化和自动化了该过程。最后，使用R软件编写的脚本（统计包）将ALS点云转换为体素（3D矩阵），并计算计算3D空间指数所需的所有属性。
每座建筑的体积是建筑占地面积和高度的乘积。以立体像素为单位确定各均匀高植被类段的体积。
三维空间指数
三维空间指数的总体思路是表现不同城市区域在植被与建筑关系方面的多样性。提出了两种主要的三维空间指标：植被体积与建筑体积之比（VV2BV）、城市植被指数（UVI）， VV2BV是植被立方体积与建筑体积的比值，只考虑高植被等级。它可以用公式来描述：
式中VHV为高植总立方体积，VB为建筑物总立方体积。该指标也可计算为高植被占已建高植被总积的百分比。在这种情况下，公式稍作修改：
UVI指数不仅反映了高植被等级和建筑面积，而且反映了低植被面积。其计算方法为高植被体积（VHV）与建筑面积（VB）体积比和植被面积与建筑面积比两个比值的加权和。采用高度植被与建筑物的相对面积作为权重（w，公式4）：
其中AV为所有植被表面（低植被和高植被）的总面积，AHV仅为高植被的总面积，AB为建成区的总面积。与以前的指数一样，紫外线指数也可以用相对值计算：
其中AV为所有植被表面（低植被和高植被）的总面积，AHV仅为高植被的总面积，AB为建成区的总面积。
重要图表
重要结论
本文设计了三维空间指数来描述城市绿地与建成区之间的关系。该指数表达了高植被（树木）和建筑（VV2BV）的体积比例，并考虑了草坪等低植被（UVI）的城市区域。作者认为，该指数适合于城市绿化状况（价值）的评价，可用于指出特定类型高植被数量过低的地区。需要强调的是，这些指标包括容积（VV2BV）或容积面积（UVI），而不仅仅是植被或建筑物的面积。使用ALS点云数据作为输入数据，使得在计算中可以使用精确的立方体积，而不仅仅是建筑物或植被类别。
城市居民的生活条件被理解为绿地的数量和邻近程度，在大多数国家都有法律规定，也是科学研究的主题。所提出的三维空间指数可以根据绿地数量来描述城市，不仅可以用来指出绿地数量过低的城市区域，还可以用来比较城市之间的差异。这些指数还可以用于描述城市结构特征，并帮助规划者和开发商做出与新投资相关的决策，特别是在激光雷达技术日益普及的背景下。
小编说
该文题目为“LIDAR AND VHRS DATA FOR ASSESSING LIVING QUALITY IN CITIES - AN APPROACH BASED ON 3D SPATIAL INDICES”，于2012年收录在《International Archives of the Photogrammetry》的会议论文。
本文开发一种方法来表征城市地区的植被数量和植被面积与建筑物之间的关系，这种关系可以用来表征生活质量。提出的两个三维空间指数描述了高植被面积与建筑面积的关系（VV2BV）或植被面积与建成区面积的关系（UVI）。该指标基于三维信息，引入了一种新的城市绿地映射方法，适用于生活条件的表征。
文献声明
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本期文案：刘辰骁
本期编辑：刘辰骁
