一種林帶疏透度測定的新方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及防護林生態(tài)工程學，具體涉及防護林林帶疏透度測定的新方法。
【背景技術】
[0002]防護林帶的防護作用取決于特定結構的林帶對風速、湍流應力以及壓力等空氣動力學特征的影響。在眾多林帶結構因子中，疏透度是其它各項結構因子的綜合表征。因此，在生產及理論研究中，常用疏透度作為區(qū)別林帶結構優(yōu)劣的最主要指標之一。目前疏透度測量主要有目測法、方格景框法、概率估測法以及間接的模型法，但這些方法的粗放性很不適合結構研究與指導生產實踐的需要。為更精確測定林帶的疏透度，國外學者用數(shù)字化掃描方法測定單株樹的疏透度，并發(fā)展形成了利用光學相機獲得林帶影像并結合數(shù)字圖像處理軟件測定林帶疏透度的方法，實現(xiàn)了林帶透光疏透度更精確的定量化測度。但用光學相機獲取相片對于需要大量照片的科研和生產工作來說成本太高，而且將照片掃描入計算機時也會降低分辨率。隨著計算機圖像處理技術的提高及數(shù)碼技術的不斷完善，使數(shù)碼相機與計算機圖形處理方法相結合來準確、快速的定量測定防護林帶的疏透度，進而通過對防護林帶疏透度的研究來指導生產成為可能，例如“一種防護林帶疏透度的測定方法”(專利號為CN101750114A)，其優(yōu)點是對林帶疏透度實現(xiàn)三維測量，缺點是計算過程繁瑣，操作性、實用性和推廣應用還有待進一步加強。
[0003]為此通過數(shù)碼相機與專業(yè)的圖像分析軟件Image-Pro Plus 6.0相結合的林帶疏透度測定方法，通過野外觀測和室內風洞實驗得到驗證，以其快速、準確、操作簡便、實用性強和便于推廣應用，為防護林營造和結構優(yōu)化提供科學的理論依據(jù)。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的在于，提供一種林帶疏透度測定的新方法，該方法是以數(shù)碼相機和專業(yè)圖像分析軟件(Image-Pro Plus 6.0)相結合,通過數(shù)碼照片上林帶枝葉與空隙之間的色差，經圖像分析軟件處理將它們嚴格分割開，由林帶枝葉和空隙所占圖像的像素點即面積來計算疏透度(林帶相片疏透度)，用以估算林帶的實際疏透度。本發(fā)明可用于防護林林帶疏透度的定量化測定。
[0005]本發(fā)明所述的一種林帶疏透度測定的新方法，按下列步驟進行:
a、標尺設定:拍攝前在所攝取林帶的邊緣放置5m長度塔尺，通過塔尺高度為圖像分析設定標尺，以便計算林帶林帶平均高度及枝下高；
b、拍攝時間:選取正午11點到12點，陽光直射林帶此時圖像采集能夠達到最好的采光條件；
C、圖像拍攝:在垂直于林帶20-30m處攝取垂直林帶截面的數(shù)碼照片，照片拍攝高度和中心為林帶平均高度；
d、圖像分析:根據(jù)平均枝下高來界定林冠區(qū)域和林干區(qū)域的范圍，上限以林帶平均高度為準，林冠與林干分界線以平均枝下高為準，利用圖像分析軟件對林冠、林干、林冠區(qū)域和林干區(qū)域著色并分別計算其所占的像素數(shù)即面積；
e、疏透度測定:采用加權平均法得到林帶疏透度值。
[0006]步驟d中通過圖像分析軟件Image-Pro Plus 6.0,根據(jù)平均枝下高來界定林冠區(qū)域和林干區(qū)域的范圍，對林冠和林干以及林冠區(qū)域和林干區(qū)域分別進行著色，在軟件菜單欄選取算法，然后各自統(tǒng)計出林冠和林干以及林冠區(qū)域和林干區(qū)域所占的像素即面積。
[0007]步驟d中林帶林冠、林冠區(qū)域、林干以及林干區(qū)域所占的像素面積導入excel表進行計算。
[0008]本發(fā)明所述的一種林帶疏透度測定的新方法，該方法原理是應用專業(yè)圖像分析軟件，根據(jù)所拍攝林帶枝葉與其空隙之間的灰度差異，經過圖像分析軟件將它們嚴格分割開，由各自所占圖像的像素點即面積來計算林帶疏透度(林帶相片疏透度)，用以估算林帶的實際疏透度。標尺設定:拍攝前在所攝取林帶的邊緣放置5m長度塔尺，通過塔尺高度為圖像分析設定標尺，以便計算林帶林帶平均高度及枝下高；拍攝時間:拍攝時間多選取正午11點到12點，陽光直射林帶此時圖像采集能夠達到最好的采光條件；圖像拍攝:在垂直于林帶20-30m處攝取垂直林帶截面的數(shù)碼照片，照片拍攝高度和中心為林帶平均高度；圖像分析:根據(jù)平均枝下高來界定林冠區(qū)域和林干區(qū)域的范圍，上限以林帶平均高度為準，林冠與林干分界線以平均枝下高為準，利用圖像分析軟件對林冠、林干、林冠區(qū)域和林干區(qū)域著色并分別計算其所占的像素數(shù)即面積；疏透度測定:采用加權平均法β = ( β ΑΑβ 2h2)/H，其中β為疏透度，P1為林冠疏透度，β2為林干疏透度，H為林帶平均高，匕為林冠平均高，112為林干平均高。其中β I的計算式為林冠的填充像素數(shù)/林冠所在區(qū)域的總像素數(shù)，β2的計算式為林干的填充像素數(shù)/林干所在區(qū)域的總像素數(shù)。
[0009]本發(fā)明所述的一種林帶疏透度測定的新方法的優(yōu)點是:
本發(fā)明采用數(shù)碼照相技術和專業(yè)圖像分析處理軟件(Image-Pro Plus 6.0)相結合的方法來測定林帶疏透度，是對林帶疏透度的數(shù)字化測定方法的一種改進。
[0010]本發(fā)明相比以往目測法、方格景框法、概率估測法以及間接的模型測度方法，具有快速、準確、操作簡便、實用性強和便于推廣應用等優(yōu)點。
[0011]本發(fā)明采用相機像素為1220萬，可以有效的降低防護林疏透度計算的誤差范圍，達到更好的測量精度。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明林帶拍攝前標尺設定；
圖2為本發(fā)明對林帶影像測定范圍的裁定；
圖3為本發(fā)明對林冠、林干、林冠區(qū)域和林干區(qū)域著色圖；
圖4為本發(fā)明對林冠所占像素面積的計算；
圖5為本發(fā)明林帶影處理前(左)后(右)對比圖。
【具體實施方式】
[0013]實施例:
數(shù)碼相機:Canon EOS 450D 圖像分析軟件Image-Pro Plus 6.0 選擇和田地區(qū)綠洲農田防護林(楊樹)，正午11點到12點左右，在垂直于南北走向林帶20-30m處利用Canon EOS 450D數(shù)碼照相機攝取林帶截面的照片，拍攝前在所攝取林帶的邊緣放置5m高塔尺，通過塔尺高度為圖像分析設定標尺，照片拍攝高度和中心一般為林帶平均高度(圖1);
將拍攝的林帶照片導入圖像分析軟件Image-Pro Plus 6.0,在菜單欄中依次選Measure — Calibrat1n — Spatial 打開 Spatial Calibrat1n 窗口，點擊 New 按鈕新建一個標尺在Name和Unit欄中分別輸入標尺名和單位(m),同時點擊Image按鈕,此時所攝取的林帶圖像上會出現(xiàn)標尺圖標，拖動圖標，同時使其兩端與圖像上5m高度的塔尺對齊，然后在Scaling窗口輸入標尺圖標所代表的長度(m),點擊OK返回后再點擊Close完成標尺設定；
用Image-Pro Plus 6.0打開待分析的林帶圖像，在菜單欄中依次選擇Measure — Calibrat1n — Select Spatial選擇與本圖像對應的標尺，點擊OK完成標尺的選擇；
在菜單欄中選擇Measure — Count /Size,打開Count /Size 窗口，選擇Manual — Select Colors進入Segmentat1n窗口，選擇吸管工具，首先根據(jù)平均枝下高來界定林冠區(qū)域和林干區(qū)域的范圍(圖2)，點擊林冠并著色。此時圖像上的所有的林冠會被吸管工具識別并被著色(圖3)，點擊Close返回Count /Size窗口，在本窗口菜單欄中選擇 Measure — Select Measurements,選擇 area, OK 返回，點擊 Count, Image-Pro Plus
6.0即完成對圖像林冠所占像素面積的計算，用同樣的方法計算林冠所在區(qū)域的總像素面積、林干以及林干所在區(qū)域的像素面積(圖4)；
在Count /Size窗口菜單欄中選擇View — Measurement Data,統(tǒng)計所得數(shù)據(jù)即在本窗口顯示,選擇File — Data to clipboard,數(shù)據(jù)結果即被復制至粘貼板中，在Excel中粘貼，林帶林冠、林冠區(qū)域、林干以及林干區(qū)域所占的像素面積被計算出；
疏透度測定采用加權平均法β= (/H，其中β為疏透度，βι為林冠疏透度，β2為林干疏透度，H為林帶平均高，Ii1為林冠平均高，h2為林干平均高。其中，P1的計算式為林冠的填充像素數(shù)/林冠所在區(qū)域的總像素數(shù)，β2的計算式為林干的填充像素數(shù)/林干所在區(qū)域的總像素數(shù)。
【主權項】
1.一種林帶疏透度測定的新方法，其特征在于按下列步驟進行: a、標尺設定:拍攝前在所攝取林帶的邊緣放置5m長度塔尺，通過塔尺高度為圖像分析設定標尺，以便計算林帶林帶平均高度及枝下高； b、拍攝時間:選取正午11點到12點，陽光直射林帶此時圖像采集能夠達到最好的采光條件； C、圖像拍攝:在垂直于林帶20-30m處攝取垂直林帶截面的數(shù)碼照片，照片拍攝高度和中心為林帶平均高度； d、圖像分析:根據(jù)平均枝下高來界定林冠區(qū)域和林干區(qū)域的范圍，上限以林帶平均高度為準，林冠與林干分界線以平均枝下高為準，利用圖像分析軟件對林冠、林干、林冠區(qū)域和林干區(qū)域著色并分別計算其所占的像素數(shù)即面積； e、疏透度測定:采用加權平均法得到林帶疏透度值。
2.根據(jù)權利要求1所述的林帶疏透度的測定方法，其特征在于步驟d中通過圖像分析軟件Image-Pro Plus 6.0,根據(jù)平均枝下高來界定林冠區(qū)域和林干區(qū)域的范圍,對林冠和林干以及林冠區(qū)域和林干區(qū)域分別進行著色，在軟件菜單欄選取算法，然后各自統(tǒng)計出林冠和林干以及林冠區(qū)域和林干區(qū)域所占的像素即面積。
3.根據(jù)權利要求1所述的林帶疏透度的測定方法，其特征在于步驟d中林帶林冠、林冠區(qū)域、林干以及林干區(qū)域所占的像素面積導入excel表進行計算。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種林帶疏透度測定的新方法，該方法是以數(shù)碼相機和專業(yè)圖像分析軟件（Image-Pro Plus 6.0）相結合，通過數(shù)碼照片上林帶枝葉與空隙之間的色差，經圖像分析軟件處理將它們嚴格分割開，由林帶枝葉和空隙所占圖像的像素點即面積來計算疏透度（林帶相片疏透度），用以估算林帶的實際疏透度，用于防護林林帶疏透度的定量化測定。該方法具有快速、準確、操作簡便、實用性強和便于推廣應用等優(yōu)點。
【IPC分類】G06T7-00, G01B11-00
【公開號】CN104534982
【申請?zhí)枴緾N201410726278
【發(fā)明人】周杰, 雷加強, 穆桂金, 郭京衡, 徐立帥, 孫琳, 薛杰
【申請人】中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月4日