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摘要: 本文介紹了應用魚眼鏡頭和拍攝全天空照片, 然后利用 hemiview 冠層分析系統(tǒng)對照片進行分析, 從而估測出林分郁閉度。
郁閉度是指森林中喬木樹冠遮蔽地面的程度, 它是反映林分密度的指標。它是以林地樹冠垂直投影面積與林地面積之比, 以十分數(shù)表示, 完全覆 蓋 地 面 為 1, 依 次 為0.9, 0.8, 0.7, , 0.3 等。在實際中郁閉度的測定比較困難, 一般情況下, 大多采用樣點法測定, 即在標準地內(nèi)對角線上, 按一定水平間距系統(tǒng)布設樣點, 在每個樣點仰望樹冠層, 最后將所有樹冠遮蔽的樣點數(shù)除以總樣點數(shù), 得標準地的林分郁閉度。近 年 來 , 又出現(xiàn)了一些新的測定方法,如孫雪文等,利 用arcview 中的分類模塊對林冠照片進行處理, 估測林冠孔隙度等等[1]諸多方法, 但由于操作者本人的測定水平等因子限制, 測定結(jié)果往往是精度各異。在以往研究的基礎上, 介紹一種比較簡單易行且精確度較高的林分郁閉度的測定方法。即利用魚眼鏡頭拍攝全天空照片, 通過 hemiview 冠層分析系統(tǒng)分析全天空照片確定林分內(nèi)一定高度的林分郁閉度的方法與步驟。
1 研究地區(qū)及研究方法
1.1 研究地區(qū)概況
研究地位于承德市圍場縣河北省木蘭圍場國營林場管理局的孟灤林場, 選擇落葉松及落葉松、云杉人工林作為全天光照片拍攝對象, 人工林標準地面積設計為45m 50m。同時選擇人工落葉松單層林作為對照樣地,樣地面積為30m 30m。
本地氣候?qū)贉貛Т箨懶詺夂騾^(qū), 冬季漫長, 寒冷而干燥, 夏季短促, 溫暖而多雨, 早春少雨而干燥, 秋季降溫迅速, 常有凍害發(fā)生。植被屬溫帶草原地帶高原東部森林草原區(qū)與燕山山地落葉闊葉林溫性針葉林區(qū)的交接帶; 林相以人工林為主, 面積 7900hm2, 僅有少量的天然次生林。 人工林以華北落葉松、油松、樟子松為主的針葉純林。林場施業(yè)區(qū)總經(jīng)營面積 22667hm2, 林業(yè)用地面積14667hm2, 森林總蓄積745000m3。
1.2 研究方法
運用帶有魚眼鏡頭變換器的相機從林分內(nèi)一定高度攝取林 分 照 片 ( 全 天 空 照 片) ; 通 過 hemiview 冠 層 分 析 系統(tǒng)計算全天空照片上的空隙比例, 可以得到林分某一高度的透光孔隙度。
魚眼鏡頭是一種焦距約在 6~16mm 之間的短焦距超廣角攝影鏡頭, 魚眼鏡頭 是它的俗稱。 這種攝影鏡頭的前鏡片直徑呈拋物狀向鏡頭前部凸出, 與魚的眼睛頗為相似, 因此而得名。它最大的特點是視角范圍大, 視角一般可達到 220 度或 230 度, 可以拍攝大范圍景物, 為很好拍攝林冠提供了條件。又由于魚眼鏡頭是一種具有大量桶形畸變的反攝遠型光學系統(tǒng), 所拍攝的相片是在球體表面上的中心投影。 因此, 我們可以通過分析這種中心投影的相片來分析林分的郁閉度。 所以, 它是一種比較好的林分郁閉度測定工具。
英國開發(fā)的 HemiView 冠層分析系統(tǒng), 功能強大。 可以通過處理影像數(shù)據(jù)文件來獲取與冠層結(jié)構(gòu)有關的信息,例 如 葉 面 積 指 數(shù) 、透 光 孔 隙 度 ( 郁 閉 度) 以 及 間 隙 分 布 狀況。 通過對魚眼鏡頭所拍出全天光照片進行分析, 可以很好的估測出林分的郁閉度。
2. 數(shù)據(jù)分析
hemiview 冠層分析系統(tǒng)處理原理 拍攝 全 天 空 照片為圓形, 其邊緣的天頂角為 90 度, 中心天頂角為 0 度。在將全天空照片的圓形部分全部選擇后, hemiview 冠層分析系統(tǒng)將所選定的范圍按天頂角從 2.5 度 開 始 每 隔 5 度將全天光照片 18 等分, 形成 18 個面積不同的環(huán)形。同時,
它又按照照片中的方位角, 每 45 度劃分一個區(qū)域?qū)⒄麄€圓形分為 8 個區(qū)域, 這樣, 一張全天光照片就被分成了144 個面域 , 按照每個面域分別計算孔隙面積, 從而計算出整個全天光照片的孔隙度。
3. 計算分析
在進行完對照片一系列的處理后, 便可對全天光照片進行分類計算。即將照片中的天空與林冠的
像素進行極值化處理, 然后計算各分區(qū)面積。全天空照片需要林冠與天空的反差強烈一些, 分析系統(tǒng)能夠正確辨識天空與林冠的投影。通過對5塊樣地共計150張照片的計算得到人工復層林以及單層林的郁閉度、 透光孔隙度以及葉面積指數(shù)。
4 結(jié)論
本文在以往研究的基礎上, 詳細介紹了應用全天空照片與 hemiview 冠層分析系統(tǒng)估計林分郁閉度 ( 透光孔隙度的互補值) 的方法與步驟; 本方法在測定林地郁閉度的速度和精度上, 均較以往目測方法有很大提高, 尤其為各類項目研究提供了科學的依據(jù), 從數(shù)據(jù)上保證了測定精度, 提高了工作效率。
作者：陳繼東, 紀曉林, 屈柏林, 周長虹
文章編號: 1002- 3356 ( 2007) 04- 0005- 03
郁閉度是指森林中喬木樹冠遮蔽地面的程度, 它是反映林分密度的指標。它是以林地樹冠垂直投影面積與林地面積之比, 以十分數(shù)表示, 完全覆 蓋 地 面 為 1, 依 次 為0.9, 0.8, 0.7, , 0.3 等。在實際中郁閉度的測定比較困難, 一般情況下, 大多采用樣點法測定, 即在標準地內(nèi)對角線上, 按一定水平間距系統(tǒng)布設樣點, 在每個樣點仰望樹冠層, 最后將所有樹冠遮蔽的樣點數(shù)除以總樣點數(shù), 得標準地的林分郁閉度。近 年 來 , 又出現(xiàn)了一些新的測定方法,如孫雪文等,利 用arcview 中的分類模塊對林冠照片進行處理, 估測林冠孔隙度等等[1]諸多方法, 但由于操作者本人的測定水平等因子限制, 測定結(jié)果往往是精度各異。在以往研究的基礎上, 介紹一種比較簡單易行且精確度較高的林分郁閉度的測定方法。即利用魚眼鏡頭拍攝全天空照片, 通過 hemiview 冠層分析系統(tǒng)分析全天空照片確定林分內(nèi)一定高度的林分郁閉度的方法與步驟。
1 研究地區(qū)及研究方法
1.1 研究地區(qū)概況
研究地位于承德市圍場縣河北省木蘭圍場國營林場管理局的孟灤林場, 選擇落葉松及落葉松、云杉人工林作為全天光照片拍攝對象, 人工林標準地面積設計為45m 50m。同時選擇人工落葉松單層林作為對照樣地,樣地面積為30m 30m。
本地氣候?qū)贉貛Т箨懶詺夂騾^(qū), 冬季漫長, 寒冷而干燥, 夏季短促, 溫暖而多雨, 早春少雨而干燥, 秋季降溫迅速, 常有凍害發(fā)生。植被屬溫帶草原地帶高原東部森林草原區(qū)與燕山山地落葉闊葉林溫性針葉林區(qū)的交接帶; 林相以人工林為主, 面積 7900hm2, 僅有少量的天然次生林。 人工林以華北落葉松、油松、樟子松為主的針葉純林。林場施業(yè)區(qū)總經(jīng)營面積 22667hm2, 林業(yè)用地面積14667hm2, 森林總蓄積745000m3。
1.2 研究方法
運用帶有魚眼鏡頭變換器的相機從林分內(nèi)一定高度攝取林 分 照 片 ( 全 天 空 照 片) ; 通 過 hemiview 冠 層 分 析 系統(tǒng)計算全天空照片上的空隙比例, 可以得到林分某一高度的透光孔隙度。
魚眼鏡頭是一種焦距約在 6~16mm 之間的短焦距超廣角攝影鏡頭, 魚眼鏡頭 是它的俗稱。 這種攝影鏡頭的前鏡片直徑呈拋物狀向鏡頭前部凸出, 與魚的眼睛頗為相似, 因此而得名。它最大的特點是視角范圍大, 視角一般可達到 220 度或 230 度, 可以拍攝大范圍景物, 為很好拍攝林冠提供了條件。又由于魚眼鏡頭是一種具有大量桶形畸變的反攝遠型光學系統(tǒng), 所拍攝的相片是在球體表面上的中心投影。 因此, 我們可以通過分析這種中心投影的相片來分析林分的郁閉度。 所以, 它是一種比較好的林分郁閉度測定工具。
英國開發(fā)的 HemiView 冠層分析系統(tǒng), 功能強大。 可以通過處理影像數(shù)據(jù)文件來獲取與冠層結(jié)構(gòu)有關的信息,例 如 葉 面 積 指 數(shù) 、透 光 孔 隙 度 ( 郁 閉 度) 以 及 間 隙 分 布 狀況。 通過對魚眼鏡頭所拍出全天光照片進行分析, 可以很好的估測出林分的郁閉度。
2. 數(shù)據(jù)分析
hemiview 冠層分析系統(tǒng)處理原理 拍攝 全 天 空 照片為圓形, 其邊緣的天頂角為 90 度, 中心天頂角為 0 度。在將全天空照片的圓形部分全部選擇后, hemiview 冠層分析系統(tǒng)將所選定的范圍按天頂角從 2.5 度 開 始 每 隔 5 度將全天光照片 18 等分, 形成 18 個面積不同的環(huán)形。同時,
它又按照照片中的方位角, 每 45 度劃分一個區(qū)域?qū)⒄麄€圓形分為 8 個區(qū)域, 這樣, 一張全天光照片就被分成了144 個面域 , 按照每個面域分別計算孔隙面積, 從而計算出整個全天光照片的孔隙度。
3. 計算分析
在進行完對照片一系列的處理后, 便可對全天光照片進行分類計算。即將照片中的天空與林冠的
像素進行極值化處理, 然后計算各分區(qū)面積。全天空照片需要林冠與天空的反差強烈一些, 分析系統(tǒng)能夠正確辨識天空與林冠的投影。通過對5塊樣地共計150張照片的計算得到人工復層林以及單層林的郁閉度、 透光孔隙度以及葉面積指數(shù)。
4 結(jié)論
本文在以往研究的基礎上, 詳細介紹了應用全天空照片與 hemiview 冠層分析系統(tǒng)估計林分郁閉度 ( 透光孔隙度的互補值) 的方法與步驟; 本方法在測定林地郁閉度的速度和精度上, 均較以往目測方法有很大提高, 尤其為各類項目研究提供了科學的依據(jù), 從數(shù)據(jù)上保證了測定精度, 提高了工作效率。
作者：陳繼東, 紀曉林, 屈柏林, 周長虹
文章編號: 1002- 3356 ( 2007) 04- 0005- 03
