孫晶宇

摘 要：現(xiàn)代森林調(diào)查中，判讀是由航空像片上取得信息的重要手段。提高森林調(diào)查質(zhì)量的重要途徑之一，就是充分挖掘航空像片的潛力，最大限度地利用像片，從像片上準(zhǔn)確地提取林分調(diào)查因子，以減少野外的工作量。在森林調(diào)査中必須掌握像片判讀基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：森林 調(diào)査 像片 判讀 原理

第一次世界大戰(zhàn)后，航空像片直接開(kāi)始在實(shí)踐中應(yīng)用。在歐洲的幾個(gè)國(guó)家中，航空像片用于繪制林業(yè)用圖和編制詳細(xì)地況、林況明細(xì)表。從50年代以后，在歐洲的大部分國(guó)家中，航空像片正式用于編制近代森林圖，并作為林業(yè)企業(yè)內(nèi)一種信息來(lái)源和森林調(diào)查的存貯系統(tǒng)。

判讀是隨著攝影測(cè)量學(xué)、光學(xué)和電子學(xué)等學(xué)科發(fā)展起來(lái)的。第一張航空像片是1892年達(dá)格雷和尼普斯用銀板照相拍攝的。隨后，出現(xiàn)了攝影測(cè)量學(xué)。當(dāng)時(shí)法國(guó)地質(zhì)學(xué)家阿拉戈把銀板照相的攝影測(cè)量意義作為景觀(guān)精確地透視（投影）表示，并根據(jù)透視幾何的原理預(yù)測(cè)到在繪制地形圖中的應(yīng)用。1897年9月10日在《柏林日?qǐng)?bào)》上發(fā)表了森林判讀的第一個(gè)實(shí)例。德國(guó)的一個(gè)林業(yè)工作者用拴放氣球取得像片，根據(jù)它進(jìn)行了繪制森林類(lèi)型圖的試驗(yàn)。該試驗(yàn)是在秋季闊葉樹(shù)變色時(shí)進(jìn)行的。當(dāng)時(shí)在德國(guó)，像片量測(cè)的問(wèn)題解決了。早在1923年，就用攝影測(cè)量法進(jìn)行林分量測(cè)的試驗(yàn)。由于像片比例尺非常小和攝影設(shè)備的成本問(wèn)題，沒(méi)有多少實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值。

森林的影像是由森林反射和發(fā)射的電磁輻射能量構(gòu)成的。不同樹(shù)種組成的林分的物理、化學(xué)性質(zhì)和森林生物學(xué)特征不同，它們反射和發(fā)射的光譜特性不同，表現(xiàn)在像片上的影像則具有不同色調(diào)的、結(jié)構(gòu)、形狀和大小等。這些信息叫做判讀因子。在航空^片上判讀林分或地物，雖然其種類(lèi)不同，但判讀基本因子為影^大小、形狀、色調(diào)、陰影、結(jié)構(gòu)和地物之間的相互關(guān)系。

一、森林判讀的原理

（一）影像形狀

在垂直攝影的航空像片上，地物或林分顯現(xiàn)它 們頂部特有的形狀，其變化規(guī)律符合中心投影規(guī)律。平坦地區(qū)的地物影像形狀陽(yáng)地物形狀相似，仍保持其原來(lái)的幾何形狀，如矩形采伐跡地其彭像仍為矩形；成一定角度的交叉道，其影像也呈現(xiàn)同樣角度。例如，鐵路的影像彎曲度很小，呈平滑的細(xì)線(xiàn)狀，并有明顯的路基、鐵路用地；公路的影像彎曲度較大，呈平滑的粗線(xiàn)狀。樹(shù)木或林分的判讀需在立體影像中仔細(xì)地觀(guān)察冠形，根據(jù)不同樹(shù)種具有的特定冠形和大小識(shí)別樹(shù)種。

（二）影像大小

影像大小是識(shí)別地物的重要線(xiàn)索之一。影像大小乘以像片比例尺分母，就可以確定該地物大小。根據(jù)已知地物大小及其影像長(zhǎng)度，在像片上可用下式確定未知地物大小。形狀相同的地物可以根據(jù)相對(duì)大小來(lái)區(qū)別，如山楊和紅松成熟林冠形均為平頂形，但紅松林的樹(shù)高和冠幅均比山楊大，再配合色調(diào)等判讀因子可把它們區(qū)別開(kāi)。

（三）色調(diào)和顏色

色調(diào)指的是地物反射光的亮度。像片色調(diào)反差是指影像與其背景間的亮度差。在彩色攝影中，彩色反差是影像與其背景間的各種彩色值與彩色差的結(jié)果。地物之間沒(méi)有色調(diào)差別，地物影像形狀顯然不能識(shí)別。色＼調(diào)是判讀地物最好的一個(gè)線(xiàn)索，有時(shí)它是識(shí)別地物的唯一線(xiàn)索。例如，水濕地和干旱地根據(jù)像片的色調(diào)差別就可以把它們區(qū)別開(kāi)。紅外片影像的色調(diào)取決于地面上地物反射和發(fā)射的紅外光量；雷達(dá)影像的色調(diào)取決于地面上地物返回傳感器的雷達(dá)能量。

當(dāng)物體反射某波段光線(xiàn)大于其余波段時(shí)，則該物體顯示反射率最大波段的顏色。標(biāo)準(zhǔn)彩色片的影像可反映地物的天然本色，在森林調(diào)査中應(yīng)用它很方便。在夏季攝影的標(biāo)準(zhǔn)彩色片上區(qū)別樹(shù)種或植物類(lèi)仍感困難。

（四）陰影

陰影有兩種，即本身投影和投落陰影。前者是地物本身背光形成的陰影，在垂直攝影像片上就'是地物背光面影像，它與受光面色調(diào)有明顯差別。其特點(diǎn)表現(xiàn)在由受光面向背光面的過(guò)渡及坷者所占比例的關(guān)系上，利用這種特點(diǎn)可以判讀冠形。圓形或平頁(yè)形樹(shù)冠影像由受光面向背光面逐漸過(guò)渡；尖錐形樹(shù)冠過(guò)渡明顯。殳落陰影是投落在地面上的陰影。它的特點(diǎn)是可以顯現(xiàn)地物縱斷形狀，在平坦地區(qū)投落陰影不變形。利用這種特點(diǎn)可以判讀樹(shù)形狀和大小，區(qū)別樹(shù)種和地物。根據(jù)陰影長(zhǎng)度可以確定樹(shù)高。

陰影長(zhǎng)度依太陽(yáng)高度角和地形起伏不同而變化。被陰影遮蓋溝林木，反射的光線(xiàn)很少，使得像片影像很暗，甚至反映不出來(lái)。3此，在判讀有陰影的地物吋，要進(jìn)行立體觀(guān)察。

（五）結(jié)構(gòu)和形態(tài)

像片影像的結(jié)構(gòu)是指色調(diào)或色調(diào)變化的頻率。它是由于細(xì)小也物不能單個(gè)明顯地區(qū)別出來(lái)的那些細(xì)小地物色調(diào)或色調(diào)變化引發(fā)的結(jié)果。在大比例尺像片上單株術(shù)可以分辨開(kāi)，它們的葉子不拒分辨；樹(shù)冠或林冠的影像結(jié)構(gòu)是由樹(shù)葉的反射光構(gòu)成的。有些小地物在像片上不能顯現(xiàn)，如河流切刈情況，在小比例尺像片上僅能從影像結(jié)構(gòu)上判斷。在黑白像片上影像結(jié)構(gòu)可分為四級(jí)：光滑、細(xì)致、粗槌和極粗糙。

形態(tài)指的是地物特殊的排列，它是天然或人工形成的。地面二巖石裸露形態(tài)經(jīng)常指示地質(zhì)構(gòu)造；水系形態(tài)與巖性、構(gòu)造及土？結(jié)構(gòu)有密切相關(guān)；森林植物形態(tài)與其群落類(lèi)型有密切關(guān)系。根據(jù)這些持征可在像片上識(shí)別它們。

同一形態(tài)地物影像的大小和色調(diào)可能不同，但其形式則有一定特征，如稻田有大小一致的區(qū)別，果園有整齊的株行與疏開(kāi)之間距，人工林和天然林具有顯然不同的林相。

二、森林判讀的主要根據(jù)

森林生物學(xué)特征、森林光譜反射特性和樹(shù)木及地類(lèi)間的相互關(guān)系可作為森林判讀的主要根據(jù)。

1.森林或樹(shù)種的生物學(xué)特征：不同樹(shù)種的冠形、大小、樹(shù)葉色和分布位置均不相同，所以不同樹(shù)種或林分在像片上形成了同的影像結(jié)構(gòu)、特征。它們主要表現(xiàn)在樹(shù)冠影像的形狀、大小、調(diào)和林木影像的高度差別等，可根據(jù)這些差別在像片上判讀樹(shù)或林分。

2，樹(shù)種和地類(lèi)間的相互關(guān)系：由于不同樹(shù)種的森林生物學(xué)特不同，樹(shù)種或林分的分布有一定的規(guī)律性。掌握這些規(guī)律性再合其他判讀因子，就可以正確地識(shí)別樹(shù)種或林分。

3.森林光譜特性：森林遙感成像主要是利用樹(shù)冠的反射和發(fā)能量。林分類(lèi)型不同，光譜特性和規(guī)律有差異。這和樹(shù)種本身的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特征有關(guān)，尤其是樹(shù)木的生長(zhǎng)、發(fā)育及其光學(xué)特性，對(duì)樹(shù)木的光譜反射特性影響更大。例如，樟子松樹(shù)冠稀疏，透光量大，針葉顏色淺，葉綠素含量少，故在樟、紅、落三個(gè)林分中其反射率最高。綠色植物吸收紅、橙和藍(lán)光進(jìn)行光合作用，不能吸收紅外光波，只起增溫作用。植物的反射、透射和吸收的光量之和為100%。在可見(jiàn)光波段，綠色植物吸收了輻射能的大部分，而反射和透射則較少，紅外光波段反射量大，故在可見(jiàn)光波段反射率低，紅外光波段反射率高。

利用不同林分類(lèi)型之間光譜反射率差異大小的特點(diǎn)，可以選定最佳波段進(jìn)行航空攝影。夏季森林航空攝影采用紅外片比全色片效果好。在像片定性、定量判讀中，應(yīng)用紅外片比全色片劃分林分類(lèi)型容易。不同波段的光譜數(shù)據(jù)及其特點(diǎn)和規(guī)律是森林自動(dòng)判讀和分類(lèi)的根據(jù)。

航空像片的重要價(jià)值之一就是從航空像片上能識(shí)別和判斷出地物的質(zhì)和量，從而形成航空像片的判讀理論和方法，這一理論和方法是提高森林調(diào)查質(zhì)量的基礎(chǔ)。

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