蕪湖市三山區(qū)森林植被爛皮病后的三維視覺傳達(dá)恢復(fù)研究

夏蕓

摘 要 全球性氣候異常使蕪湖市三山區(qū)暖冬現(xiàn)象頻發(fā)，森林植被落葉時間延后，含水量降低，同時該地區(qū)早春環(huán)境潮濕使得產(chǎn)生森林病害的病菌大量繁殖，導(dǎo)致爛皮病在該區(qū)域大面積爆發(fā)流行，病后植被大量枯死，植被恢復(fù)較為困難。本文提出一種基于三維視覺傳達(dá)的植被病后恢復(fù)方法，首先調(diào)研了蕪湖市三山區(qū)森林植被爛皮病后的實際情況，在植被恢復(fù)過程中的農(nóng)藥噴灑及環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)引入了三維視覺傳達(dá)技術(shù)，并對恢復(fù)效果進行了分析。結(jié)果表明采用三維視覺傳達(dá)技術(shù)可以有效改善森林植被的病后恢復(fù)效果，提高其恢復(fù)效率，為森林植被的病后恢復(fù)提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞 爛皮病 森林植被恢復(fù) 三維視覺傳達(dá)

中圖分類號：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.07.066

Three Dimensional Visual Transmission Restoration after the Rotten

Vegetation Disease of Forest Vegetation in Sanshan District of Wuhu

XIA Yun

（Anhui Institute of Information Technology， Wuhu， Anhui 241000）

Abstract The global climate anomalies that Wuhu City Sanshan District of warm winter phenomenon frequently， forest vegetation leaves the time delay， the water content decreased， while the area of wet spring environment makes the forest disease germs multiply， causing skin disease outbreaks in the region of large area， after a large number of dead vegetation， vegetation restoration is difficult. This paper proposes a restoration method for visual communication based on three-dimensional vegetation disease after the first investigation of the forest vegetation in Wuhu City Sanshan District rotten skin disease after the actual situation， in the process of vegetation restoration of pesticide spraying and environmental monitoring system introduces 3D visual communication technology， and the recovery effect is analyzed. The results showed that the use of three-dimensional visual transmission technology can effectively improve the recovery of forest vegetation after disease and improve the recovery efficiency， which provides a basis for the recovery of forest vegetation after disease.

Keywords rotten vegetation disease； forest vegetation restoration； three dimensional visual transmission

0 引言

近年來全球氣候異?；找婕又?，森林植被爛皮病發(fā)病率日漸上升，該病多發(fā)于楊柳植物的枝干上，導(dǎo)致樹皮腐壞破裂，爛斑呈現(xiàn)褐色，為水浸狀，同時流出深褐色膿液，并伴有濃烈的酒糟氣味，后期會有黑點聚集于腐爛斑痕之上，當(dāng)病灶完全環(huán)繞枝干時，位于其上部的枝干會完全枯萎壞死，進而導(dǎo)致整株植物的死亡。[1]這種森林病害的發(fā)病原因主要是由于氣候因素影響，蕪湖市三山區(qū)近年來的暖冬現(xiàn)象較為嚴(yán)重，楊柳植被落葉的時間較以往推遲了30～40天左右，植物的含水量減少但水分蒸騰依然較大，因此樹木對于溫差大、溫度變化劇烈的外界環(huán)境發(fā)生了生理性不適應(yīng)，御寒能力下降，從而使楊柳植被易被病菌侵入；同時由于春季三山區(qū)的降水量大，潮濕的環(huán)境有利于病菌的滋生。綜合上述原因?qū)е略搮^(qū)域爛皮病的大面積爆發(fā)和流行，經(jīng)濟損失嚴(yán)重，尤其是病后植物大面積的枯死，使植被覆蓋率下降，給植被的恢復(fù)帶來了較大的困難和影響。

目前我國對森林病害的防護和恢復(fù)技術(shù)水平較為落后，整體機械化水平較低，效率不高，在病后恢復(fù)方面多以人工作業(yè)為主，導(dǎo)致植被恢復(fù)耗時較長，恢復(fù)效果不理想。引入三維視覺傳達(dá)技術(shù)可以有效改善這一現(xiàn)象。所謂視覺傳達(dá)是指將圖像信息、文字符號等可視覺元素通過中間媒介傳送給觀察者。[2]隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展，視覺傳遞技術(shù)已逐步發(fā)展為利用計算機獲取景物三維深度信息，將客觀事物進行重新感知識別并進行重現(xiàn)。實現(xiàn)三維視覺傳達(dá)的典型系統(tǒng)包括獲取圖像，校準(zhǔn)相機，提取特征和深度信息以及恢復(fù)三維信息和數(shù)據(jù)處理等部分，[3]其中深度信息提取是三維視覺傳達(dá)得以實現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這一過程可以通過主動測距得到物體的3D信息，也能通過圖像的灰度陰影和紋理信息得以實現(xiàn)。endprint

本文對蕪湖市三山區(qū)森林植被爛皮病后的實際狀況進行了調(diào)研，將三維視覺傳達(dá)技術(shù)應(yīng)用于植被恢復(fù)中，通過對結(jié)果的分析可以看出基于三維視覺傳達(dá)技術(shù)的植被恢復(fù)效果良好，為森林植被的病后恢復(fù)方法提供了依據(jù)。

1 三維視覺傳達(dá)在森林植被恢復(fù)過程中的應(yīng)用

1.1 農(nóng)藥噴灑過程中應(yīng)用三維視覺傳達(dá)技術(shù)

在現(xiàn)有的植被病后恢復(fù)過程中，常用的手段是對林區(qū)進行農(nóng)藥噴灑。常規(guī)施藥方法主要通過人工完成，噴灑器材噴出的藥劑能起到滅菌除害作用的劑量尚不足1%，其余大部分流失，浪費嚴(yán)重，[4]因此所需的農(nóng)藥劑量較大，效率較低。同時常規(guī)的農(nóng)藥噴灑由于使用劑量的不精確和藥物種類的模糊性，會導(dǎo)致農(nóng)藥殘留于植物上，使致病菌群產(chǎn)生抗藥性，植被恢復(fù)效果不理想。在噴藥過程中引入三維視覺傳達(dá)技術(shù)，通過計算機對目標(biāo)植物的三維深度信息進行采集和特征提取，可以獲得農(nóng)藥噴灑的精確用量及用藥種類，避免噴灑過程中的盲目性；同時可以得出具體的噴藥方向，減少農(nóng)藥噴灑面積，降低農(nóng)藥的使用劑量。以三維視覺傳達(dá)指導(dǎo)施藥過程不僅可以節(jié)約農(nóng)藥用量，同時可以提高病株的恢復(fù)效率，避免恢復(fù)過程中產(chǎn)生的二次環(huán)境污染。目前發(fā)達(dá)國家采用的智能農(nóng)藥噴霧機就采取了這一技術(shù)，噴頭根據(jù)視覺傳達(dá)系統(tǒng)提取的病株特征改變噴灑速率和藥劑配方，達(dá)到高效治愈和病后植被恢復(fù)的目的。

1.2 基于三維視覺傳達(dá)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

從爛皮病發(fā)病原因角度出發(fā)，這種森林病害是由于氣候異常所引起的，三山區(qū)幾年來暖冬現(xiàn)象頻發(fā)，樹木落葉時間推后，造成水分蒸騰量加大，同時環(huán)境溫度變化劇烈，由于這些外部因素使植物自身抵抗病菌入侵的能力大幅降低，因此環(huán)境因素是導(dǎo)致爛皮病爆發(fā)和流行的主要因素，對溫度、濕度及光照強度和植被水分蒸騰的監(jiān)測直接關(guān)系到病后植被恢復(fù)效果的高低。對于環(huán)境變化，植物自身會產(chǎn)生反饋，如氣孔狀態(tài)直接反應(yīng)空氣中CO2的濃度變化，樹葉的顏色變化直接與環(huán)境的溫度和濕度狀況有關(guān)，通過三維視覺傳達(dá)技術(shù)對植被這些反饋環(huán)境變化的因素進行圖像采集和數(shù)據(jù)處理，能夠完整精確地再現(xiàn)林區(qū)內(nèi)各區(qū)域的植被生長狀況，通過分析可以掌握各區(qū)域的實時環(huán)境狀況。針對不同的溫度、濕度和日照強度，實施具有針對性的植被恢復(fù)策略，可以使恢復(fù)過程更具高效性。傳統(tǒng)的森林植被病后恢復(fù)方法往往忽略了環(huán)境變化監(jiān)測這一環(huán)節(jié)，無法根據(jù)具體的環(huán)境狀況及時調(diào)整恢復(fù)策略，導(dǎo)致植被恢復(fù)效果不理想?；谌S視覺傳達(dá)技術(shù)可以建立起有效的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，彌補了常規(guī)方法在這一方面的缺失。

2 結(jié)果分析

圖1和圖2分別為采用三維視覺傳達(dá)技術(shù)恢復(fù)前后的楊樹樹干，從圖1可以看出該楊樹已處于爛皮病后期，病斑處生滿金色絮狀的分生態(tài)孢子角，采用基于三維視覺傳達(dá)技術(shù)的植被恢復(fù)方法后，絮狀物完全消失，恢復(fù)健康的樹干狀態(tài)。

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)蕪湖市三山區(qū)楊樹中約有40%患有不同程度的爛皮病，根據(jù)病情嚴(yán)重狀況將患病楊樹劃分為四個等級：Ⅰ級病患程度較輕，無明顯病斑和絮狀體，Ⅱ級腐爛斑已經(jīng)呈現(xiàn)，樹皮塌陷，樹干三分之一已有斑痕，Ⅲ級病情進一步加重，病斑已擴展至樹干三分之二處，Ⅳ級患病程度最重，斑痕已占樹干周長的三分之二以上并長滿黃色絲狀物質(zhì)（如圖1），其中Ⅲ級和Ⅳ級病株長勢衰弱甚至瀕臨死亡。對應(yīng)于不同病級分別選取20株樣品，將其分為兩組，每組10株，分別采用常規(guī)噴藥恢復(fù)法和基于三維視覺傳達(dá)的植被恢復(fù)方法進行治療，一段時間后統(tǒng)計恢復(fù)效果，統(tǒng)計結(jié)果列于表1：

從表1可以看出采用三維視覺傳達(dá)恢復(fù)方法對于各級病況的恢復(fù)效果均優(yōu)于常規(guī)方法。對于Ⅰ級病況，常規(guī)方法和基于三維視覺傳達(dá)的植被恢復(fù)法的恢復(fù)效果較好，分別為80%和100%；對于Ⅱ級病株前者的恢復(fù)效果僅為50%，而后者可全部治愈；當(dāng)病患等級上升為Ⅲ級時，前者僅能恢復(fù)30%的病株，而后者的恢復(fù)效果依然在50%以上；對于患病程度最嚴(yán)重的Ⅳ級，采用常規(guī)噴藥法已無法達(dá)到植被恢復(fù)效果，而三維視覺傳達(dá)法尚有一株楊樹得到治愈?？梢钥闯鲈谥脖换謴?fù)過程中引入三維視覺傳達(dá)技術(shù)可以有效的提高爛皮病治愈效率，有利于森林植被的病后恢復(fù)。

3 結(jié)束語

綜上所述，氣候變化是引起蕪湖市三山區(qū)森林植被爛皮病大面積爆發(fā)和流行的主要原因，常規(guī)的農(nóng)藥噴灑手段對植被的恢復(fù)效果較差。在植被恢復(fù)過程中的農(nóng)藥噴灑和環(huán)境監(jiān)控環(huán)節(jié)引入三維視覺傳達(dá)技術(shù)可以有效提高植被恢復(fù)效果，對于Ⅰ級和Ⅱ級患病程度的楊樹病株其恢復(fù)效果可以達(dá)到100%，對于染病程度較高的Ⅲ級和Ⅳ級病株，也能達(dá)到部分治愈的效果。三維視覺傳達(dá)技術(shù)是一種新型高效的恢復(fù)方法，可以廣泛的應(yīng)用于其他森林病患后植被的恢復(fù)過程當(dāng)中。隨著視覺傳達(dá)技術(shù)的快速發(fā)展和完善，其對我國林業(yè)技術(shù)的進步會產(chǎn)生更為深遠(yuǎn)的影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭加強.基于計算機視覺的霧滴尺寸測量技術(shù)[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000.24（6）：47-50.

[2] Scholdt D L，Li P，Abbott A L.Machine vision using artificial neural networks with local 3D neighborhoods[J].Computers and electronics in Agriculture，1997.16（3）：255-271.

[3] 尚曉明.信息時代背景下視覺傳達(dá)設(shè)計的新語境[J].包裝工程，2009.11：241-242.

[4] 葛玉峰，周宏平，鄭加強.計算機視覺技術(shù)在林業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用分析[J].林業(yè)機械與木工設(shè)備，2003.31（1）：7-10.endprint