摘要: 本文介紹了應(yīng)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(duì)照片進(jìn)行分析, 從而估測(cè)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(biāo)。它是以林地樹冠垂直投影面積與林地面積之比, 以十分?jǐn)?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(shí)際中郁閉度的測(cè)定比較困難, 一般情況下, 大多采用樣點(diǎn)法測(cè)定, 即在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)對(duì)角線上, 按一定水平間距系統(tǒng)布設(shè)樣點(diǎn), 在每個(gè)樣點(diǎn)仰望樹冠層, 最后將所有樹冠遮蔽的樣點(diǎn)數(shù)除以總樣點(diǎn)數(shù), 得標(biāo)準(zhǔn)地的林分郁閉度。近 年 來 , 又出現(xiàn)了一些新的測(cè)定方法,如孫雪文等,利 用arcview 中的分類模塊對(duì)林冠照片進(jìn)行處理, 估測(cè)林冠孔隙度等等[1]諸多方法, 但由于操作者本人的測(cè)定水平等因子限制, 測(cè)定結(jié)果往往是精度各異。在以往研究的基礎(chǔ)上, 介紹一種比較簡(jiǎn)單易行且精確度較高的林分郁閉度的測(cè)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(chǎng)縣河北省木蘭圍場(chǎng)國(guó)營(yíng)林場(chǎng)管理局的孟灤林場(chǎng), 選擇落葉松及落葉松、云杉人工林作為全天光照片拍攝對(duì)象, 人工林標(biāo)準(zhǔn)地面積設(shè)計(jì)為45m×50m。同時(shí)選擇人工落葉松單層林作為對(duì)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(zhǎng), 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(chǎng)施業(yè)區(qū)總經(jīng)營(yíng)面積 22667hm2, 林業(yè)用地面積14667hm2, 森林總蓄積745000m3。
   
1.2 研究方法
運(yùn)用帶有魚眼鏡頭變換器的相機(jī)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(jì)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(diǎn)是視角范圍大, 視角一般可達(dá)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(yuǎn)型光學(xué)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(cè)定工具。
英國(guó)開發(fā)的 HemiView 冠層分析系統(tǒng), 功能強(qiáng)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(guān)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(duì)魚眼鏡頭所拍出全天光照片進(jìn)行分析, 可以很好的估測(cè)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(gè)面積不同的環(huán)形。同時(shí),
它又按照照片中的方位角, 每 45 度劃分一個(gè)區(qū)域?qū)⒄麄�(gè)圓形分為 8 個(gè)區(qū)域, 這樣, 一張全天光照片就被分成了144 個(gè)面域  , 按照每個(gè)面域分別計(jì)算孔隙面積, 從而計(jì)算出整個(gè)全天光照片的孔隙度。

3. 計(jì)算分析
在進(jìn)行完對(duì)照片一系列的處理后, 便可對(duì)全天光照片進(jìn)行分類計(jì)算。即將照片中的天空與林冠的
像素進(jìn)行極值化處理, 然后計(jì)算各分區(qū)面積。全天空照片需要林冠與天空的反差強(qiáng)烈一些, 分析系統(tǒng)能夠正確辨識(shí)天空與林冠的投影。通過對(duì)5塊樣地共計(jì)150張照片的計(jì)算得到人工復(fù)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(chǔ)上, 詳細(xì)介紹了應(yīng)用全天空照片與 hemiview 冠層分析系統(tǒng)估計(jì)林分郁閉度 ( 透光孔隙度的互補(bǔ)值) 的方法與步驟; 本方法在測(cè)定林地郁閉度的速度和精度上, 均較以往目測(cè)方法有很大提高, 尤其為各類項(xiàng)目研究提供了科學(xué)的依據(jù), 從數(shù)據(jù)上保證了測(cè)定精度, 提高了工作效率。

作者：陳繼東, 紀(jì)曉林, 屈柏林, 周長(zhǎng)虹
文章編號(hào): 1002- 3356 ( 2007) 04- 0005- 03