CN104330057A - 一种利用半球摄影法测定叶面积指数的校正方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用半球摄影法测定叶面积指数的校正方法，它涉及一种利用半球摄影法测定叶面积指数的方法。本发明的目的是为了解决现有半球摄影法存在局限性，测定叶面积指数精度低的问题。根据公式进行校正，式中，L为校正后的LAI数值，Le为校正前的LAI数值，公式中α、ΩE和γE为校正系数，其中α为木质指数占总LAI的比例，人工红松林和阔叶林α的值分别为0.03和0.05，ΩE为集聚指数，人工红松林和阔叶林ΩE的值分别为0.95和0.88，γE为针簇比。本发明的方法使叶面积指数的精度得到了显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种叶面积指数的校正方法，具体涉及一种利用半球摄影法测定叶面积指数的校正方法，属于森林生态学领域。
背景技术
叶面积指数(Leaf Area Index，LAI)是描述森林冠层结构特性最重要的参数之一，控制着森林生态系统中的光合，呼吸，截留降雨等许多生理生态进程。LAI对于模拟森林生态系统中碳，水及能量循环过程，以及预测净初级生产力至关重要。因此，如何准确地测定森林生态系统的LAI是近几年来的研究热点，也是众多学者面临的挑战。目前，LAI的测定方法主要分为直接法和间接法。直接法主要包括破坏性取样法，异速生长方程法和凋落物法；间接法主要指通过光学仪器根据辐射传输定理反演得到LAI。直接法测定准确，技术成熟，常用于校验间接法测定值，但直接法费时费力，适于测定农田生态系统或草原生态系统的LAI，而对于具有复杂高大林冠结构的森林生态系统实施难度过大，尤其前两种方法还具有破坏性。相对而言，光学仪器法操作简便，易于实施，不具有破坏性，是目前监测森林生态系统LAI最常用的方法。随着高分辨率数码相机的快速发展，获取的图像能够快速高效的处理，半球摄影法得到广泛应用。然而，半球摄影法也存在一定局限性，如不能有效区分木质部和叶片，忽略了林冠中的集聚效应，而且在采集数据过程中受曝光设置的影响，因此，利用半球摄影法测定森林生态系统LAI的精度有待提高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有半球摄影法存在局限性，测定叶面积指数精度低的问题。
本发明的技术方案是：一种利用半球摄影法测定叶面积指数的校正方法，利用半球摄影法测定叶面积指数得到LAI值，然后根据公式得出校正后的LAI数值，式中，L为校正后的LAI数值，Le为校正前的LAI数值，公式中α、ΩE和γE为校正系数，其中α为木质指数占总LAI的比例，人工红松林和阔叶林的α的值分别为0.03和0.05，ΩE为集聚指数，人工红松林和阔叶林的ΩE值分别为0.95和0.88，γE为针簇比，人工红松林的γE值为1.53，而阔叶林的γE值为1.0。
α值的得出方法为：基于Photoshop软件测定α值，利用DHP软件处理半球摄影图像得到总LAI，所述总LAI包括木质部和叶片，即植被指数，记为LAItotal，利用Photoshop软件中的仿制像章工具，将图像中的绿叶用天空代替，只剩下树干等木质部，然后利用DHP软件再次处理该图像，得到木质指数WAI，根据公式α＝WAI/LAItotal得出α值；
ΩE值得出方法为：利用TRAC仪器采集每个样点的数据，并通过自身配套软件获得人工红松林和阔叶林LAI ΩE值；
γE值得出方法为：通过实地采集样枝法测定人工红松林和阔叶林树种的γE值，每个树种选择三株样树，每株样树按树高分为上，中，下三个高度，然后每个高度选取5-10个样簇，根据各树种的胸高断面积占所有树种总胸高断面积的比例进行加权得到人工红松林和阔叶林的γE。
本发明数据估测时期为叶面积最大时期。
所述叶面积最大时期为地理位置为东经127°至130°，北纬46°至49°处的八月份时间。
本发明与现有技术相比具有以下效果：由表1得到，人工红松林内，半球摄影法测定的有效LAI比真实LAI平均低估64％，即精度为36％，经过本方案的校正后精度得到明显提高，达到84％。由表2得到，阔叶林内，半球摄影法测定的有效LAI比真实LAI平均低估50％，即精度为50％，经过本方案的校正后精度得到明显提高，达到80％，该方法大幅度提高了叶面积指数的测量精度，并且该方法容易实现，省时省力，完全适用于复杂高大林冠结构的森林生态系统，而且不会对森林生态造成负担和破坏，将集聚效应产生的影响和曝光设置的影响均在考虑范围之内，考虑范围全面，所得数据真实可靠。
具体实施方式
具体实施方式一：一种利用半球摄影法测定叶面积指数的校正方法，包括：
利用半球摄影法测定得到有效的LAI值，记为Le；
获取校正系数，所述校正系数包括α、ΩE和γE，其中α为木质指数占总LAI的比例，所述总LAI包括木质部和叶片，即植被指数，记为LAItotal，ΩE为集聚指数，用于量化冠层水平上的集聚效应，γE为针簇比，用于量化簇内水平上的集聚效应；
根据公式得出校正后的LAI数值，记为L。
α值测量方法：基于Photoshop软件测定α值，利用DHP软件处理半球摄影图像得到LAItotal；利用Photoshop软件中的仿制像章工具，将图像中的绿叶用天空代替，只剩下树干等木质部，然后利用DHP软件再次处理该图像，得到木质指数WAI；根据公式α＝WAI/LAItotal得出α值，经测定，人工红松林和阔叶林8月初α的平均值分别为0.03和0.05；
利用TRAC仪器采集每个样点的数据，并通过自身配套软件获得人工红松林和阔叶林LAI最大时期ΩE的平均值，分别为0.95和0.88；
通过实地采集样枝法测定常绿针叶树种的γE，每个常绿针叶树种选择三株样树，每株样树按树高分为上，中，下三个高度，然后每个高度选取5-10个样簇，根据各树种的胸高断面积占所有树种总胸高断面积的比例进行加权得到人工红松林的平均γE；小兴安岭地区常绿针叶树种的γE范围为1.04-1.90，得到人工红松林的平均γE为1.53，而阔叶林的平均γE为1.0。
本发明数据测定时期为叶面积最大时期。
本方法用于人工红松林和阔叶林的地理位置为东经127°至130°，北纬46°至49°，测试时间为该地理位置处的八月份时间。
利用凋落物法测定人工红松林和阔叶林的LAI主要包括两部分：对于落叶阔叶树种，通过累加落叶季节的凋落叶产生的LAI得到的LAI；对于常绿针叶树种，先测定一年内针叶树种的凋落叶产生的LAI，然后乘以针叶的平均存活周期得到针叶树种的总LAI，综合落叶和常绿树种的LAI可得到整个林分的真实的LAI。
利用半球摄影法测定得到有效的LAI值，取自动曝光的平均校正系数为1.5；采用Winscanopy 2006冠层分析仪采集半球图像，包括数码相机和180°鱼眼镜头，数码相机利用三脚架固定在离地面1.3m处，每次图像采集在阴天或日出和日落前后进行，采集时相机保持水平，相机设置如下：光圈设置为F5.3；自动曝光；像素为2272×1704；图像保存为JPEG格式；
采用DHP软件处理所述半球图像用以测定Le，其步骤为：1.设置天顶角范围，天顶角范围采用0°-60°之间，分为6环，每环覆盖10°；2.设置采集图像所用相机的型号，本方案相机型号为Coolpix 4500；3.设置GAMMA＝2.2；4.根据图像直方图设置每环的阈值；5.运行程序计算LAI。
根据公式X1＝(Lreal-Le)/Lreal′100％，X2＝(Lreal-L)/Lreal′100％计算LAI的差异率，其中X1为真实LAI值Lreal和有效的LAI值Le之间的差异率，X2为真实LAI值Lreal和校正后的LAI数值L之间的差异率，有效的LAI值Le的精度记为Y1，校正后的LAI数值L的精度记为Y2，Y1＝1-X1，Y2＝1-X2。
具体实施方式二：对于针叶林和阔叶林，木质指数占总LAI的比例α值可以通过直接法测定。
具体实施方式三：对于阔叶林，获取校正指数α可以利用以下方法，其步骤为1、利用DHP软件处理半球摄影图像得到包括木质部和叶片的总LAI，即植被指数，记为LAItotal；2、利用Photoshop软件中的仿制像章工具，将图像中的树干用其附近的非树干代替，然后利用DHP软件再次处理该图像，得到绿叶产生的LAI，记为LAIgreen；3、根据下式可得到α＝(LAItotal-LAIgreen)/LAItotal。
表1、人工红松林叶面积指数测定结果。
| 样点 | 真实LAI | 有效LAI | 差异(％) | 校正后LAI | 差异(％) |
| 1 | 5.94 | 2.43 | 59 | 5.68 | 4 |
| 2 | 9.23 | 2.79 | 70 | 6.54 | 29 |
| 3 | 6.97 | 2.34 | 66 | 5.49 | 21 |
| 4 | 6.52 | 2.56 | 61 | 6.00 | 8 |
| 5 | 8.49 | 2.75 | 68 | 6.45 | 24 |
| 6 | 7.20 | 2.61 | 64 | 6.11 | 15 |
| 7 | 6.62 | 2.60 | 61 | 6.09 | 8 |
| 8 | 7.07 | 2.26 | 68 | 5.29 | 25 |
| 9 | 5.29 | 2.09 | 61 | 4.89 | 8 |
| 10 | 6.32 | 2.24 | 65 | 5.24 | 17 |
| 11 | 7.86 | 2.38 | 70 | 5.57 | 29 |
| 12 | 7.58 | 2.49 | 67 | 5.82 | 23 |
| 13 | 5.82 | 2.25 | 61 | 5.28 | 9 |
| 14 | 7.22 | 2.74 | 62 | 6.43 | 11 |
| 15 | 7.99 | 2.81 | 65 | 6.58 | 18 |
| 16 | 8.10 | 3.04 | 62 | 7.12 | 12 |
| 17 | 6.44 | 2.54 | 61 | 5.94 | 8 |
| 18 | 7.18 | 2.56 | 64 | 6.00 | 16 |
| 均值 | 7.10 | 2.53 | 64 | 5.92 | 16 |
| 标差 | 1.00 | 0.24 | 3 | 0.57 | 8 |
表2、阔叶林叶面积指数测定结果。
| 样点 | 真实LAI | 有效LAI | 差异(％) | 校正后LAI | 差异(％) |
| 1 | 5.52 | 2.58 | 53 | 4.17 | 24 |
| 2 | 6.94 | 2.57 | 63 | 4.16 | 40 |
| 3 | 7.01 | 2.51 | 64 | 4.06 | 42 |
| 4 | 4.67 | 2.27 | 51 | 3.67 | 21 |
| 5 | 5.97 | 2.49 | 58 | 4.03 | 32 |
| 6 | 4.84 | 2.70 | 44 | 4.37 | 10 |
| 7 | 3.91 | 2.12 | 46 | 3.44 | 12 |
| 8 | 5.49 | 2.34 | 57 | 3.79 | 31 |
| 9 | 4.35 | 2.70 | 38 | 4.37 | -1 |
| 10 | 4.93 | 2.00 | 59 | 3.24 | 34 |
| 11 | 5.78 | 3.15 | 46 | 5.09 | 12 |
| 12 | 5.80 | 2.90 | 50 | 4.69 | 19 |
| 13 | 5.88 | 3.13 | 47 | 5.07 | 14 |
| 14 | 6.43 | 2.79 | 57 | 4.52 | 30 |
| 15 | 5.52 | 3.14 | 43 | 5.09 | 8 |
| 16 | 5.06 | 3.37 | 33 | 5.46 | -8 |
| 17 | 5.86 | 2.78 | 53 | 4.50 | 23 |
| 18 | 5.64 | 2.80 | 50 | 4.54 | 20 |
| 19 | 5.78 | 3.13 | 46 | 5.07 | 12 |
| 20 | 5.24 | 2.64 | 50 | 4.27 | 18 |
| 均值 | 5.53 | 2.71 | 50 | 4.38 | 20 |
| 标差 | 0.78 | 0.36 | 8 | 0.59 | 13 |
Claims (6)
1.一种利用半球摄影法测定叶面积指数的校正方法，其特征在于：利用半球摄影法测定叶面积指数得到LAI值，然后根据公式得出校正后的LAI数值，式中，L为校正后的LAI数值，Le为校正前的LAI数值，其特征在于：公式中α、ΩE和γE为校正系数，其中α为木质指数占总LAI的比例，人工红松林和阔叶林的α的值分别为0.03和0.05，ΩE为集聚指数，人工红松林和阔叶林的ΩE值分别为0.95和0.88，γE为针簇比，人工红松林的γE值为1.53，而阔叶林的γE值为1.0。
2.根据权利要求1所述一种利用半球摄影法测定叶面积指数的校正方法，其特征在于：本发明数据测定时期为叶面积最大时期。
3.根据权利要求2所述一种利用半球摄影法测定叶面积指数的校正方法，其特征在于：所述方法用于人工红松林和阔叶林的地理位置为东经127°至130°，北纬46°至49°，所述叶面积最大时期为该地理位置处的八月份时间。
4.根据权利要求1所述一种利用半球摄影法测定叶面积指数的校正方法，其特征在于：α值的得出方法为：基于Photoshop软件测定α值，利用DHP软件处理半球摄影图像得到总LAI，所述总LAI包括木质部和叶片，即植被指数，记为LAItotal，利用Photoshop软件中的仿制像章工具，将图像中的绿叶用天空代替，只剩下树干等木质部，然后利用DHP软件再次处理该图像，得到木质指数WAI，根据公式α＝WAI/LAItotal得出α值。
5.根据权利要求1所述一种利用半球摄影法测定叶面积指数的校正方法，其特征在于：ΩE值得出方法为：利用TRAC仪器采集每个样点的数据，并通过自身配套软件获得人工红松林和阔叶林的ΩE值。
6.根据权利要求1所述一种利用半球摄影法测定叶面积指数的校正方法，其特征在于：γE值得出方法为：通过实地采集样枝法测定人工红松林和阔叶林树种的γE值，每个树种选择三株样树，每株样树按树高分为上，中，下三个高度，然后每个高度选取5-10个样簇，根据各树种的胸高断面积占所有树种总胸高断面积的比例进行加权得到人工红松林和阔叶林的γE。
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Cited By (2)
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| CN106767561A (zh) * | 2016-12-07 | 2017-05-31 | 浙江农林大学 | 一种利用地面光学仪器间接估计冠层叶面积指数的方法 |
| CN111798509A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-10-20 | 电子科技大学 | 一种基于半球图像法测量叶面积指数的方法 |
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 刘志理: "小兴安岭三种林型叶面积指数的估测", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 农工业科技辑》 * |
| 刘志理等: "利用直接法和间接法测定针阔混交林叶面积指数的季节动态", 《植物生态学报》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106767561A (zh) * | 2016-12-07 | 2017-05-31 | 浙江农林大学 | 一种利用地面光学仪器间接估计冠层叶面积指数的方法 |
| CN111798509A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-10-20 | 电子科技大学 | 一种基于半球图像法测量叶面积指数的方法 |
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