CN107945171A - 树木生长史观测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及树木生长史观测方法，适用于林业科研工作者，可以为林业科研工作者提供树木及林分完整生长过程的精准数据。该方法包括以下三个部分：标准木选取，数字切片图像获取，生长史数据信息提取。其有益效果是，改进的木工机床增加了纵向滑轨，可以很好的控制木材的切削厚度与精度；可以获取到毫米级的全树树木生长史数据，可以对树木的生长过程掌握的更加详细；将每一个剖面用图像进行存储，可以利用计算机软件提取树木的各种测量因子信息，图像数据可以多次重复研究，而原树只能进行一次研究，不具有重复研究的可能性。

Description

树木生长史观测方法

技术领域

本发明涉及树木生长史观测方法，适用于林业科研工作者，可以为林业科研工作者提供树木及林分完整生长过程的精准数据。

背景技术

林业科研工作者通常通过研究树木在不同的生长时期的树高、胸径（地径）、冠幅、枝长等因子来构建树木生长模型，以更好的研究树木的生长规律，进而指导森林经营，达到森林经营的目的。

树木生长过程的测定是林业科研工作者研究单株树木以及所在林分的林木生长过程的重要方法及手段。科研工作者通过对树木生长过程的研究可以了解树木及该林分的生长过程，为林分的经营提供理论数据支持。由于树木的生长周期很长（通常可以达到上百年，红松可以生长三、四百年，红豆杉等可以存活几千年），因此，正常观测情况下，人们是不可能完成对树木生长过程的观测、记录的。国外的林业经营发达国家，经过长期的固定样地观测，有的观测数据已经长达二百年左右；而国内由于战争等原因，尚未见有连续观测达百年的数据记录。而且由于树种不同，立地条件不同，不同区域的不同树种间都存在着差异；另外，由于观测持续时间很长，随着科学研究的不断革新，会有许多新的测量因子加入其中，而以前的数据并不可能包含新增加的测量因子数据，因此，这种方法也存在一些问题，而且不适宜大范围采用。

当前，比较通用的方法，一种是以空间换时间的方法，即在同一个区域内，寻找相同树种，不同生长阶段的林分进行观测，以获取某一树种整个生长史的数据；另一种方法是采用解析木的方法，即根据测树学理论，将林分中的目标树伐倒，根据测树学理论，计算出树木获取年轮盘的位置，然后将树木切断，获得树木不同部位的年轮盘，然后对树木的年轮盘进行量测，获得树木生长数据，来推断该林分的生长状况。上述的这两种方法虽然能够获得到相当数量的数据，可以为森林经营提供理论指导；但是，随着人们对森林认识的逐步加深，林业科研工作者对数据要求的精度越来越高，所以测定的因子也越来越多，当前的数据获取方法已经不能够满足林业科研工作者的需要。

树木的生长是通过树皮下的形成层不断的进行细胞分裂逐渐长高长粗的。其生长是一个漫长、缓慢的过程，在生长过程中，随着树木的长高长粗，树木的生长过程都被记录在了树干的木质部内，包括每年的树高生长量，年轮宽度生长量，树枝的生长、死亡，以及气候、降水等因素对树木生长的影响，都会被树木完整的记录。因此，若想要对树木生长过程有一个完整的了解，我们就需要通过对树干进行全面的解析，才能够获取到足够详细的、准确的、全面的树木生长数据。

发明内容

1、要解决的问题

由于树木的生长是一个连续的缓慢过程，而且生长周期特别长，树木以及林分的生长数据获取非常困难，而树木及林分的生长数据对于科研工作者，以林业经营者来说还是非常重要的。传统的方法主要包括：长期观测法、以空间换时间方法、解析木年轮盘分析方法。其中长期观测法当前被大多数科学家所推崇，但是其测量周期太长，一般需要几代人的努力才可以获得到，当前可以使用的数据太少，在国内来说这种数据更是几乎无法找到。以空间换时间的方法可以一定程度上替代无长期观测数据的尴尬境地，但是，由于不同空间，不同时期的气候条件、立地条件以及极端天气等因素都存在着差异，因此，这种数据也是存在很多的问题的。解析木年轮盘分析方法是一种比较好的数据获取方法，但是由于技术条件所限，以及研究目的的不同，该数据精度已经不能够满足林业科研的需要，而且基于该种数据的研究范围也受到限制。

随着数字图像处理技术的不断发展，数字图像处理技术及方法已经普遍的应用到各个行业当中。高精度木材加工工具也在各行业中有了普遍的应用。这两种技术的发展使得我们对获取树木整个生长史数据成为了可能。

因此，本发明团队在前人工作的基础上，研究出了一套新的树木生长史数据观测方法，以获取树木完整的生活史数据（包括树木的年高生长量、不同高度年轮生长量、树木节子的出现及死亡时间、节子的生长规律、休眠芽的生长等），而且，获得的树木生长史数据以数字文件形式存储，可以重复使用，而且还可以根据研究需要，继续进行数据挖掘。该方法可以为科研工作者研究提供准确、详实、充足的数据。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案。

本发明涉及树木生长史观测方法，该方法包括以下三个部分：标准木选取，数字切片图像获取，生长史数据信息提取。

优选的，标准木选取，根据测树学与森林经理学相关理论与方法进行选取，选择林分当中的可以代表当前林分生长状态的树木作为标准木。

优选的，数字切片图像获取，采用改进的高精度木材加工机床对木材进行切削加工，改进的高精度木材加工机床切削齿的运动速度可以达到70米/秒以上的速度，且速度可以调节，可以满足不同材质的木材的切削，可以一次性获取整齐、光滑的木材切面，不需要进行二次修改，可以保证木材切削的精确厚度，从而使木材切片厚度可以控制在毫米级，获得更精确的树木生长史数据；然后采用高清晰图像获取设备获取木材切面的数字图像。改进的高精度木材加工机床增加了横向、纵向滑轨，横向滑轨控制木材切削的整齐性，纵向滑轨通过高精度直线滑台控制，可以精确控制机床切削的厚度，木材固定在纵向滑轨上，防止木材滚动。

优选的，数字切片图像获取，选用了高清晰图像获取设备，其采用固定位置，固定光圈，固定焦距的方法，使图像获取设备与木材剖面相对位置固定，这样可以保证每次获取到的图像大小、位置，清晰度一致，在后期图像叠加处理过程中会节约大量的图像校准时间，同时也可以提高图像叠加处理精度。

优选的，生长史数据信息提取，应用专业计算机图形处理软件（如ENVI、MATLAB、Arcgis、超图等）对获取到的图像进行处理，可以手动或者自动从图像中提取所需要的树木各种测量因子信息，并可以进行空间位置解算。或者根据测定的信息构建某一种或几种测量因子的三维空间模型，从而从三维空间角度对数据进行分析。

优选的，该发明通过获取树干完整的数字图像的方法来进行树木生长史观测，一方面可以获取完整的树木图像数据，获取到当前所需要的树木生长史信息；另一方面，获取到的图像数据可以长久保存，毕竟，随着科学研究水平的不断提高，我们的研究一定会更加深入，保留图像数据远比保存实物要更加容易，而且可以代表该时间段内该区域的树木生长状况。图像数据可以为将来的深入研究提供完善的原始数据资料。

3、有益效果

本发明提出的树木生长史观测方法，其有益效果是：

（1）改进的木工机床增加了纵向滑轨，可以很好的控制木材的切削厚度与精度。

（2）可以获取到毫米级的全树树木生长史数据，可以对树木的生长过程掌握的更加详细，对树木内部结构有一个更加清晰的认识。

（3）将每一个剖面用图像进行存储，可以在计算机软件中重构树干，重构的树干可以多次重复研究，而原树只能进行一次研究，不具有重复研究的可能性。

具体实施方式

下面对本发明的实施方案进行详细的说明。

本发明需要经过以下几个步骤进行：

标准木获取；数字切片图像获取；生长史数据信息提取。

第一步，标准木获取：

首先，在林分中选取标准木，测量冠幅、相临木距离、方位等信息，在树干上标示好方向，将其沿根部伐倒；然后，测量树干的树高，第一死枝高，第一活枝高等数据，第三，将树枝锯掉，不要伤害到树干，将树干截成四米段，将连接点及方位标示清楚，运至实验室备用。注意，标准木获取到应尽快进行木材切片处理，否则树木死亡后会迅速失水，使木材发生变形，影响数据的准确性。

第二步，数字切片图像获取：

首先，将树干固定在木材加工机床的纵向滑轨上，调整好角度，确保整个树干的方位一致，每段树干之间连接准确；然后启动机床，利用机床上的横向滑轨的移动切削树干，用纵向滑轨控制树干每次的切削厚度；然后利用设置好的图像获取设备对树干剖面进行图像采集，并编号保存。

第三步，生长史数据信息提取：

将获取到的树干图像存储到计算机中，然后利用专业计算机图形处理软件（如ENVI、MATLAB、Arcgis、超图等）对图像进行处理分析，提取所需要的各种树木测量因子信息，也可以对某一种或几种测量因子构建三维空间模型从空间角度对树木的生长史进行研究。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.树木生长史观测方法，由标准木选取，数字切片图像获取，生长史数据信息提取三个部分组成；其特征是，标准木选取选择可以代表林分平均状态的树木；数字切片图像获取采用改进的木材加工机床进行高精度切削，用高清晰图像获取设备采集光滑的剖面数据；生长史数据信息提取，利用专业计算机图形处理软件对图像进行分析处理，提取树木测量因子信息，也可以构建三维空间模型，从空间角度对树木结构进行研究。

2.根据权利要求1所述的树木生长史观测方法，其特征是木材加工机床切削齿的速度可以调节，机床增加了横向、纵向滑轨，纵向滑轨通过高精度直线滑台控制木材切削的厚度。