应用hemiview 冠层分析系统估测人工复层林郁闭度
摘要: 本文介绍了应用鱼眼镜头和拍摄全天空照片, 然后利用 hemiview 冠层分析系统对照片进行分析, 从而估测出林分郁闭度。
郁闭度是指森林中乔木树冠遮蔽地面的程度, 它是反映林分密度的指标。它是以林地树冠垂直投影面积与林地面积之比, 以十分数表示, 完全覆 盖 地 面 为 1, 依 次 为0.9, 0.8, 0.7, …, 0.3 等。在实际中郁闭度的测定比较困难, 一般情况下, 大多采用样点法测定, 即在标准地内对角线上, 按一定水平间距系统布设样点, 在每个样点仰望树冠层, 最后将所有树冠遮蔽的样点数除以总样点数, 得标准地的林分郁闭度。近 年 来 , 又出现了一些新的测定方法,如孙雪文等,利 用arcview 中的分类模块对林冠照片进行处理, 估测林冠孔隙度等等[1]诸多方法, 但由于操作者本人的测定水平等因子限制, 测定结果往往是精度各异。在以往研究的基础上, 介绍一种比较简单易行且精确度较高的林分郁闭度的测定方法。即利用鱼眼镜头拍摄全天空照片, 通过 hemiview 冠层分析系统分析全天空照片确定林分内一定高度的林分郁闭度的方法与步骤。
1 研究地区及研究方法
1.1 研究地区概况
研究地位于承德市围场县河北省木兰围场国营林场管理局的孟滦林场, 选择落叶松及落叶松、云杉人工林作为全天光照片拍摄对象, 人工林标准地面积设计为45m×50m。同时选择人工落叶松单层林作为对照样地,样地面积为30m×30m。
本地气候属温带大陆性气候区, 冬季漫长, 寒冷而干燥, 夏季短促, 温暖而多雨, 早春少雨而干燥, 秋季降温迅速, 常有冻害发生。植被属温带草原地带高原东部森林草原区与燕山山地落叶阔叶林温性针叶林区的交接带; 林相以人工林为主, 面积 7900hm2, 仅有少量的天然次生林。 人工林以华北落叶松、油松、樟子松为主的针叶纯林。林场施业区总经营面积 22667hm2, 林业用地面积14667hm2, 森林总蓄积745000m3。
1.2 研究方法
运用带有鱼眼镜头变换器的相机从林分内一定高度摄取林 分 照 片 ( 全 天 空 照 片) ; 通 过 hemiview 冠 层 分 析 系统计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。
鱼眼镜头是一种焦距约在 6~16mm 之间的短焦距超广角摄影镜头,“鱼眼镜头”是它的俗称。 这种摄影镜头的前镜片直径呈抛物状向镜头前部凸出, 与鱼的眼睛颇为相似, 因此而得名。它最大的特点是视角范围大, 视角一般可达到 220 度或 230 度, 可以拍摄大范围景物, 为很好拍摄林冠提供了条件。又由于鱼眼镜头是一种具有大量桶形畸变的反摄远型光学系统, 所拍摄的相片是在球体表面上的中心投影。 因此, 我们可以通过分析这种中心投影的相片来分析林分的郁闭度。 所以, 它是一种比较好的林分郁闭度测定工具。
英国开发的 HemiView 冠层分析系统, 功能强大。 可以通过处理影像数据文件来获取与冠层结构有关的信息,例 如 叶 面 积 指 数 、透 光 孔 隙 度 ( 郁 闭 度) 以 及 间 隙 分 布 状况。 通过对鱼眼镜头所拍出全天光照片进行分析, 可以很好的估测出林分的郁闭度。
2. 数据分析
hemiview 冠层分析系统处理原理 拍摄 全 天 空 照片为圆形, 其边缘的天顶角为 90 度, 中心天顶角为 0 度。在将全天空照片的圆形部分全部选择后, hemiview 冠层分析系统将所选定的范围按天顶角从 2.5 度 开 始 每 隔 5 度将全天光照片 18 等分, 形成 18 个面积不同的环形。同时,它又按照照片中的方位角, 每 45 度划分一个区域将整个圆形分为 8 个区域, 这样, 一张全天光照片就被分成了144 个面域 , 按照每个面域分别计算孔隙面积, 从而计算出整个全天光照片的孔隙度。
3. 计算分析
在进行完对照片一系列的处理后, 便可对全天光照片进行分类计算。即将照片中的天空与林冠的像素进行极值化处理, 然后计算各分区面积。全天空照片需要林冠与天空的反差强烈一些, 分析系统能够正确辨识天空与林冠的投影。通过对5块样地共计150张照片的计算得到人工复层林以及单层林的郁闭度、 透光孔隙度以及叶面积指数。
4 结论
本文在以往研究的基础上, 详细介绍了应用全天空照片与 hemiview 冠层分析系统估计林分郁闭度 ( 透光孔隙度的互补值) 的方法与步骤;
本方法在测定林地郁闭度的速度和精度上, 均较以往目测方法有很大提高, 尤其为各类项目研究提供了科学的依据, 从数据上保证了测定精度,
提高了工作效率。
作者：陈继东, 纪晓林, 屈柏林, 周长虹
文章编号: 1002- 3356 ( 2007) 04- 0005- 03
