圖像處理法在古樹名木樹齡鑒定中的應用

摘要：利用樹木的生長特性，結合ＣＡＤ圖像處理軟件，對案例中的雀舌黃楊（Ｂｕｘｕｓ ｂｏｄｉｎｉｅｒｉ Ｌéｖｌ．）樹齡進行鑒定，得出其樹齡約為２７６年，９５％置信區間為［２４８，３１２］，即樹齡大致范圍為248年到312年。該方法極好地解決了古樹名木樹齡鑒定的難題，值得進一步推廣應用。

關鍵詞：圖像處理法；古樹名木；樹齡鑒定

中圖分類號：Ｓ７５８．５６ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０11）20－4289-03

Application of Image Processing Technology for Identifying the Age of Old Tree

ＸＩＥ Ｃｈｕｎ－ｐｉｎｇ１，ＨＵＡＮＧ Ｑｕｎ１，ＦＡＮＧ Ｙａｎ１，ＸＵ Ｒｏｎｇ－ｘｕｅ２

（１． Ｗｉｌｄｌｉｆｅ ａｎｄ Ｂｏｔａｎｙ Ｆｏｒｅｎｓｉｃ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｆｏｒｅｓｔ Ｐｏｌｉｃｅ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００４６， Ｃｈｉｎａ；

２． Ｙａｎｔａｉ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｙａｎｔａｉ ２６４６７０，Ｓｈａｎｇｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｕｃｉａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｉｎ ｆｏｒｅｓｔｒｙ ｃｒｉｍｉｎａｌ ｃａｓｅｓ， ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ ｔｈｅ ａｇｅ ｏｆ ｏｌｄ ｔｒｅｅ ｆａｓｔ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｃｔｌｙ ｗａｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｓｓｕｅ ｆｏｒ ｆｏｒｅｓｔ ｐｏｌｉｃｅ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ． Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｂｙ ＣＡＤ ｓｏｆｔｗａｒｅ， ｔｈｅ ａｇｅ ｃａｓｅ ｏｆ Ｂｕｘｕｓ ｂｏｄｉｎｉｅｒｉ Ｌéｖｌ． ｗａｓ ｓｏｌｖｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｇｅ ｏｆ Ｂ． ｂｏｄｉｎｉｅｒｉ ｗａｓ ２７６ ａ， ｏｆ ｗｈｉｃｈ ９５％ ｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅ ｌｅｖｅｌ ｗａｓ ［２４８，３１２］ ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈａｔ ＣＡＤ ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｗｏｒｔｈ ｐｏｐｕｌａｒｉｚｉｎｇ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ； ａｇｅ ｏｆ ｏｌｄ ｔｒｅｅ； ｆｏｒｅｎｓｉｃ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ

古樹是指樹齡在１００年以上的樹木，對古樹名木樹齡上的認定能夠為林業刑事案件的定性及判決提供可靠的法庭科學證據。目前古樹名木的鑒定主要有以下幾種方法：第一種，年輪讀取法。年輪是早期樹木生長時受季節的影響而產生的，年輪在亞熱帶、溫帶地區的樹木中普遍出現，所以，依據年輪的數目，可以推測出這些地區樹木的年齡［１，２］。該方法是根據被伐樹木的樹干橫截面上的年輪直接進行讀取。通常，在林業生產上，與該方法接近的是利用生長錐通過十字交叉法，在樹干１．３ ｍ處獲取４根樹芯，然后讀取年輪，求平均值。第二種，古籍文獻及走訪法。該方法是利用當地的史志等文獻或老人口述傳說等進行確認。第三種，儀器設備法。該方法主要是利用Ｃ１４、ＣＴ掃描［３］、阻抗儀等，但均存在設備昂貴、技術復雜等現實問題。上述是目前較為流行的三種方法，但均或多或少存在不足之處。除此之外，古樹樹齡估測受到古樹生長的影響，樹干非正圓形，古樹髓心位置、半徑長度無法正確測量，另外生長錐無法取部分樣，髓心位置及樹輪寬度長度隨時間變化，ｄｉ值也無法得知，這兩個變量影響古樹木樹齡估測的準確性，同時影響非破壞性檢測技術——生長錐技術方法之準確性［４］。

２０１０年某市森林公安局為查明一宗非法采伐、毀壞植物案，聘請南京森林警察學院野生動植物刑事物證鑒定中心對涉案的雀舌黃楊（Ｂｕｘｕｓ ｂｏｄｉｎｉｅｒｉ Ｌéｖｌ．）樹齡進行鑒定。受理該案件后，分析該案存在幾個難點：①樣本取樣難，由于黃楊屬植物的木材堅硬，而且材質十分細密，即使用常規的生長錐獲得試樣后，對年輪的分辨亦十分困難；②不可破壞性，從雀舌黃楊大多數生長的規律來看，樹徑達到２５ ｃｍ的，其生長年齡一定過百年，屬于受保護的古樹名木，因此不能對樹木的主干有破壞。從鑒定過程來看，此類案例與常規的樹齡鑒定相比有著很多不同，如試樣的惟一性、規格的不可選擇性、鑒定時間的緊迫性、鑒定程序的嚴謹性、鑒定結果的準確性等都有著特殊的要求。因此對利用圖像快速處理鑒定樹齡的方法及過程加以總結整理，不僅是對森林經理樹木樹齡測定方法的有益補充，而且對今后森林公安在處理類似問題方面也有極其重要的指導意義。

１材料與方法

１．１材料

在雀舌黃楊（Ｂｕｘｕｓ ｂｏｄｉｎｉｅｒｉ Ｌéｖｌ．）樹木主干上攫取一段由定芽長成的粗狀枝條（直徑１２．５７ ｃｍ），然后進行打磨加工，直至能夠辨別出清晰的年輪界線。

１．２圖像處理法過程

用圖像快速處理鑒定樹齡的流程見圖１。

１．３樹齡誤差判斷

由于年輪的寬度是利用十字交叉法從年輪的四個方向隨機讀取，因此已經考慮了由于年份生長差異所引起的誤差，這部分誤差會隨著取點增多而減少并逐漸逼近真實值，故樹齡判斷的誤差除了樹木生物學特性方面的原因外，與數據讀取誤差也有關。利用Ｅｘｃｅｌ程序對所讀取的數據進行統計學置信度分析，置信度設置為９５％。

２結果與分析

２．１圖像獲得與處理

１）雖然同一株樹木在不同部位的生長具有一定的差異性，但這種差異對于整體植株而言是在誤差許可范圍內的，可以忽略不計。因此，利用樹木主干定芽長成的枝條［５］，截取其橫截面；在橫截面上放上標尺，拍成數碼照片（圖２）。

２）打開ＣＡＤ軟件，插入→圖像管理器→附著→選中拍好的數碼照片→確定，此時數碼照片已經導入ＣＡＤ軟件中。此時注意一點，數碼照片在拍照過程中，圖像是存在一定變形的，因此不建議從標尺上量取一段標尺寬度，轉換成比例后直接讀取年輪寬度，而是應該量取多個點，取平均值然后轉換。

３）在ＣＡＤ軟件中，標注→對齊或線性，量取若干段。一般而言，在標尺上量取的點不少于１０段；而木材橫截面上量取的數量不少于３０段寬度，從各個方向進行隨機選擇，量取的數量越多，對于后續的樹齡的計算越接近真實值。

２．２數據處理與分析

根據上述的步驟，獲得標尺及樹木年輪寬度在ＣＡＤ軟件中的比例大小值，在標尺上量取了２０段，標尺１ｍｍ在ＣＡＤ軟件中顯示的比例值分別為１２．９８、１２．９６、１２．９１、１３．０８、１２．８３、１３．１９、１３．０９、１２．８７、１３．０９、１３．１６、１２．８３、１３．１０、１３．００、１２．９０、１３．０３、１３．１１、１２．８９、１２．９５、１３．１２、１３．１４，比例平均值為１３．０１。木材橫截面上量取了４０段，一個年輪寬度在ＣＡＤ軟件中顯示的比例值分別為９．８７、６．３６、５．２１、２．５０、６．８４、 ６．０５、 ６．１６、 ７．３４、 ６．５９、 ３．９０、 ２．４２、 ３．３１、 ６．３５、６．６２、 ７．７６、７．６０、 ８．４２、 ３．９８、 ５．１１、 ５．５０、 ６．４１、 ４．４２、５．９３、 ９．１２、 ３．２１、 ３．３５、 ４．６７、 ６．７８、 ３．３５、 ９．２３、 ４．１２、８．６５、 ７．３３、 ９．１２、２．５６、２．３４、５．２４、６．３５、７．１２、８．４３，比例平均值為５．８９。求平均年輪寬度，用比較法獲得最終古樹樹齡。由此，根據１ｍｍ對應１３．０１，求得5.89的４０段橫截面年輪寬度的平均值ｄ＝０．４５３ ｍｍ。由于樹齡Ａ＝Ｒ／ｄ（Ｒ為樹木半徑），之前已經獲得該古樹的直徑為２５ ｃｍ，因此，其樹齡應該約為２７６年。

２．３樹齡取值區間

由于在量取樹木年輪寬度的時候已經是隨機量取的，所以，它消除了樹木在各個方向上生長的差異，這樣的推算勢必帶有一定的誤差。因此，利用２．２中標尺的比例平均值１３．０１對應１ ｍｍ，結合Ｅｘｃｅｌ程序進行置信區間計算，過程如下。

從表１可以知道，平均年輪寬度的置信區間為［５．２１４ ６，６．５６６ ４］，利用比例轉換則其實際平均年輪寬度的置信區間為［０．４００ ８，０．５０４ ７］。根據其已知直徑，得出它的樹齡大致范圍應該為２４８年到３１２年。

３小結

根據以上分析，該株雀舌黃楊的的樹齡大致在２４８年到３１２年之間，與經驗值估計（２７６±２０）年十分接近，因此該樹的樹齡估測值具有較高的可信度。另外，以其他一些地區黃楊木古樹樹齡為參照，直徑為１８～３０ ｃｍ的黃楊樹齡大致在２００年到３３０年之間［６］，雖然不同地區因氣候土壤等因素影響樹木直徑生長，但同一樹種在同一氣候區的生長情況是具有一定參考價值的。換言之，該案黃楊的樹齡結果是可信服的。

隨著國民經濟的發展，園林綠化植物的需求是越來越旺盛，一些珍稀名木古樹成為了許多不法分子偷盜的主要對象，而樹齡的鑒定在整個案件的定性方面是十分重要的環節之一。雖然，目前許多地方對古樹的鑒定都取得了一定的成效［７－１０］，但是都存在鑒定程序復雜、數據龐雜等缺點，因此如何能夠開發出儀器設備去簡單快捷地準確鑒定樹齡，是日后樹齡鑒定研究的重點方向。

參考文獻：

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