基于GIS的樹(shù)冠投影法研究

劉 菊

（山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030002）

基于GIS的樹(shù)冠投影法研究

劉 菊

（山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030002）

為探究一種精度高、成本低的郁閉度測(cè)量方法，提出了基于GIS的樹(shù)冠投影法，探討了林冠選擇方式、不同測(cè)量高度對(duì)郁閉度測(cè)量結(jié)果的影響。結(jié)果表明：將GIS與樹(shù)冠投影郁閉度測(cè)量方法相結(jié)合，既保證了測(cè)量的精度，也提高的工作效率。

樹(shù)冠投影法；郁閉度；GIS

郁閉度是描述森林系統(tǒng)狀態(tài)與環(huán)境指標(biāo)的重要特征之一，指森林中喬木樹(shù)冠彼此相接，遮蔽地面的程度，即單位面積上立木樹(shù)冠投影面積之和與該林地面積之比。其常作為控制擇伐﹑漸伐強(qiáng)度和富裕采伐強(qiáng)度的因子，也是區(qū)分有林地﹑疏林地﹑未成林造林地的主要指標(biāo)。隨著應(yīng)用研究的深入，郁閉度的測(cè)定方法與測(cè)量?jī)x器不斷完善和發(fā)展。李永寧等綜述了14種郁閉度測(cè)量方法。趙彤堂等對(duì)樹(shù)冠投影法﹑樣點(diǎn)抬頭觀測(cè)法與郁閉度測(cè)定器法進(jìn)行了比較研究，結(jié)果表明：郁閉度測(cè)定器法最優(yōu)，相對(duì)誤差在-3%～ 3%之間。在諸多方法中，樹(shù)冠投影法是一種調(diào)查郁閉度最為準(zhǔn)確的方法。先將林木定位，然后從幾個(gè)方位測(cè)量樹(shù)冠邊緣到樹(shù)干的水平距離（即冠幅），按照一定比例將樹(shù)冠投影標(biāo)繪在圖紙上，最后從圖紙上計(jì)算樹(shù)冠投影總面積，其與整塊林地面積的比值即為郁閉度。

近年來(lái)，3S技術(shù)在森林郁閉度測(cè)定中得到很好的應(yīng)用和發(fā)展。筆者在實(shí)際工作中，將GIS的空間分析模塊與實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)相結(jié)合，使傳統(tǒng)的樹(shù)冠投影法得到改進(jìn)，很好地實(shí)現(xiàn)了森林郁閉度的測(cè)算。

1 方法

在野外標(biāo)地內(nèi)先將林木定位，然后從幾個(gè)方位測(cè)量其樹(shù)冠邊緣到樹(shù)干的水平距離（本研究中選擇東西﹑南北四個(gè)方位的水平距離）；將標(biāo)地內(nèi)每木位置和冠幅數(shù)據(jù)導(dǎo)入GIS10.0，利用ARCMAP圖形面積自動(dòng)計(jì)算功能換算出標(biāo)地林冠層面積與整個(gè)標(biāo)地中有效區(qū)面積之比，即得該林地的準(zhǔn)確郁閉度。

2 操作流程

首先，將每木相對(duì)于原點(diǎn)的位置及東西﹑南北四個(gè)方位的水平距離輸入到excel，且計(jì)算平均冠幅。然后將excel表格導(dǎo)入GIS，保存點(diǎn)文件，生成每木位置圖。第三，ARCMAP空間分析模塊下，以每木位置為圓心，平均冠幅為半徑做緩沖，計(jì)算緩沖區(qū)面積B。第四，標(biāo)地面積A減去緩沖區(qū)面積B，即為樹(shù)冠投影以外的面積C。第五，利用ARCMAP圖形面積自動(dòng)計(jì)算功能，以平均冠幅為半徑計(jì)算圓面積，面積和記為D。C加D減A即為重疊樹(shù)冠投影的面積，記為E。所以（D—E）/A即為標(biāo)地的郁閉度。

3 結(jié)果與分析

用此方法測(cè)定郁閉度，首先要確定林木的位置。但不論是用羅盤(pán)儀測(cè)出每株樹(shù)的方位和到儀器的距離，還是其他方法測(cè)定的方位和距離，林木定位的誤差都將積累存在。將林木定位后，繼而測(cè)量其樹(shù)冠投影范圍。但由于自然生長(zhǎng)的樹(shù)冠通常是不規(guī)則的幾何形狀，而測(cè)量時(shí)一般只測(cè)量其四個(gè)方位到樹(shù)干的距離，故其樹(shù)冠投影圖很難與其實(shí)際樹(shù)冠形狀一致。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

基于GIS的樹(shù)冠投影法，是一種改進(jìn)的方法，在測(cè)定林地郁閉度的速度和精度上，均較以往方法有很大提高和改進(jìn)。但仍需進(jìn)行深入的研究探討，例如如何減少林分密度和林木高度等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響。

4.2 討論

由于樹(shù)冠是在一定高度的空中，冠幅大小也是依靠人眼來(lái)主觀判斷，且在有些林分中存在著樹(shù)冠重疊，使其冠幅大小難以判斷，同時(shí)也忽略了樹(shù)冠內(nèi)的空隙影響。可見(jiàn)，這種所謂最準(zhǔn)確的方法也只是相對(duì)的準(zhǔn)確。故而，需要注意的是，在野外采集林地冠幅數(shù)據(jù)時(shí)，要保持視線垂直向上，同時(shí)要選擇合適的觀察位置，必要時(shí)可多次采集不同典型位置的冠幅值。

本方法也可應(yīng)用到蓋度的測(cè)定和林下植物研究中的植物葉片面積的精確測(cè)定。

[1]LOEFFLER A E , GORDON A M , GILLESPIE T J． Optical porosity and wind speed reduction by coniferous windbreaks in southern Ontario[J]．Agrofor Sys, 1992, 17：119-133 ．

[2]李永寧,張賓蘭,秦淑英等． 郁閉度及其測(cè)定方法研究與應(yīng)用[J]．世界林業(yè)研究, 2008,21（1）：40-46．

[3]趙彤堂,李鳳鳴,劉清玉等． 幾種測(cè)定郁閉度方法的比較[J]．中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃, 1995,14（2）：42-44．

[4]李崇貴,石強(qiáng),趙憲文等． 用嶺估計(jì)研究以RS和GIS為基礎(chǔ)的森林郁閉度估測(cè)[J]． 林業(yè)科學(xué), 2001, 37（5）：24-30．

[5]雪文,高德武,李日新等． ArcView GIS 支持下的林地郁閉度的快速精確測(cè)定方法[ J] ．黑龍江水專學(xué)報(bào),2005,32（3）： 89-90．

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