基于攝影法的榕樹三維綠量測算

李俊　楊仔奇　晏琪

摘要[目的]為植物三維綠量測算提供科學(xué)依據(jù)。[方法]以華南地區(qū)廣泛種植的榕樹為研究對(duì)象，采用攝影技術(shù)獲取榕樹東、南、西、北4個(gè)面的縱截面影像圖，將縱截面影像圖導(dǎo)入AutoCAD，獲取縱截面面域的面積及質(zhì)心（重心），利用縱截面旋轉(zhuǎn)體積公式計(jì)算4個(gè)面的三維綠量，并對(duì)每個(gè)面的三維綠量進(jìn)行對(duì)比分析。[結(jié)果]南面三維綠量最大，其次是東面，再次是西面，北面三維綠量最小。南北面三維綠量略高于東西面三維綠量。東、南面三維綠量與西、北面三維綠量呈現(xiàn)出顯著性差異（P<0.05）。東面與南面，西面與北面，東西面與南北面的三維綠量均未呈現(xiàn)顯著性差異（P<0.05）。[結(jié)論]在未來樹木三維綠量測算中可以采用南北面或東西面進(jìn)行影像采集工作，從而提高測量效率。

關(guān)鍵詞攝影法；三維綠量；冠形；榕樹

中圖分類號(hào)S757.2+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2018）08-0121-02

Estimation of 3D Green Quantity of Ficus microcarpa Based on Photography Method

LI Jun， YANG Zaiqi， YAN Qi et al

（Yingdong Agriculture Science and Engineering College， Shaoguan University， Shaoguan， Guangdong 512005）

Abstract[Objective] To provide scientific basis for the calculation of plant's three dimensional green quantity. [Method]Ficus microcarpa widely planted in southern China was the research object. The image of the longitudinal section of the east， south， west and north of Ficus microcarpa was obtained by photography method. By introducing the longitudinal section image map into AutoCAD， the area and center of mass center of the longitudinal section area were obtained. The 3D green quantity of 4 faces was calculated by the rotation volume formula of the longitudinal section， and the 3D green quantity of 4 faces was compared and analyzed. [Result]The results showed that the 3D green quantity of the south was the biggest， that of the east was the second largest， that of the west was the third largest， that of the north was the minimum. The 3D green quantity of southnorth side was slightly higher than that of the eastwest. There were significant differences in the east， south and the west， north of 3D green quantity （P<0. 05）. There were no significant differences between the east and the south， the west and the north， the eastwest and the southnorth of 3D green quantity （P<0. 05）. [Conclusion]It is possible to use the southnorth or the eastwest image to collect the image to improve the efficiency of the measurement.

Key wordsPhotography method；3D green quantity；Crown；Ficus microcarpa

基金項(xiàng)目廣東省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（201710576036）；韶關(guān)學(xué)院校級(jí)科研項(xiàng)目（SY2017KJ02）。

作者簡介李?。?975—），男，江西豐城人，講師，博士，從事城市林業(yè)生態(tài)環(huán)境研究。

收稿日期2018-01-02

堅(jiān)持人與自然和諧共生，建設(shè)生態(tài)文明是中華民族永續(xù)發(fā)展的千年大計(jì)[1]。人與自然共生的主要區(qū)域集中在城市，植物群落是自然系統(tǒng)中的重要組成部分，在城市中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。植物群落特別是喬木層三維綠量對(duì)人類生存環(huán)境具有多方面的重要作用。綠量在20世紀(jì)80年代由我國學(xué)者提出，是指城市綠化覆蓋率、綠地率[2]。20世紀(jì)90年代初，二維指標(biāo)發(fā)展到三維指標(biāo)，提出了“三維綠量”，是指所有生長植物的莖葉所占據(jù)的空間體積[3]。目前立體體積形式的三維綠量研究主要分成兩大類，一類是以航空遙感技術(shù)為主的宏觀尺度植物群落三維綠量測量研究，另一類是以立體量推算立體量和三維激光掃描技術(shù)為主的微觀尺度植物個(gè)體三維綠量測量研究。第一類由于航空遙感技術(shù)發(fā)展，宏觀尺度植物群落研究發(fā)展較快，研究成果較多[4-6]。第二類植物個(gè)體三維綠量研究中，立體量推算立體量[7]應(yīng)用簡單，應(yīng)用范圍廣，但精準(zhǔn)度較低；三維激光掃描方式精準(zhǔn)度高，但應(yīng)用范圍非常有限[8-10]。微觀尺度植物個(gè)體三維綠量研究是宏觀尺度植物群落三維綠量研究的基礎(chǔ)，因此，植物個(gè)體三維綠量研究緩慢前行將阻礙宏觀尺度植物群落三維綠量研究的快速發(fā)展。為此，該研究將在立體量推算立體量的基礎(chǔ)上，以華南地區(qū)廣泛種植的榕樹（Ficus microcarpa）為研究對(duì)象，采用攝影法獲取榕樹不同方位的縱向截面影像，利用AutoCAD進(jìn)行邊界化處理，通過不規(guī)則面旋轉(zhuǎn)體積計(jì)算出榕樹實(shí)際三維綠量，彌補(bǔ)該方法精準(zhǔn)度較低的不足，完善植物個(gè)體三維綠量研究，以期為植物個(gè)體三維綠量及植物群落三維綠量研究奠定基礎(chǔ)。

1研究區(qū)概況

1.1研究區(qū)概況

調(diào)查區(qū)域位于韶關(guān)市韶關(guān)學(xué)院大塘校區(qū)英東樓前，地理位置為113°39′48.56″ E，24°46′40.89″ N，海拔92～96 m。8棵榕樹種植的中心大圓盤面積為2 500 m2左右，8棵榕樹種植相對(duì)獨(dú)立，無冠幅重疊（圖1）。

1.2研究方法

調(diào)查時(shí)間為2016年9月，采用全站儀對(duì)該區(qū)域進(jìn)行測繪，對(duì)每棵榕樹幾個(gè)制高點(diǎn)進(jìn)行測量。采用數(shù)碼相機(jī)對(duì)每個(gè)樹東西面、南北面進(jìn)行攝影取像，每個(gè)方位進(jìn)行3次以上取像，選取最佳影像照片。利用AutoCAD對(duì)每棵樹東西面和南北面影像冠幅邊界進(jìn)行繪制成圖，采用面域測算每個(gè)面的截面面積和質(zhì)心（重心），計(jì)算公式[11]為V=2παs，式中，V為體積，α為質(zhì)心（重心），s為截面面積。利用Excel、Origin和SPSS軟件整理和分析相關(guān)數(shù)據(jù)。

2結(jié)果與分析

2.1榕樹東、南、西、北4個(gè)方向三維綠量對(duì)比

利用攝影法測算出8棵獨(dú)立種植的榕樹東、南、西、北等4個(gè)方向的三維綠量，根據(jù)結(jié)果可以看出（圖2），1號(hào)樹三維綠量最大，其次是4號(hào)、6號(hào)、8號(hào)、7號(hào)樹，三維綠量最小的是3號(hào)樹。榕樹三維綠量的空間分布特點(diǎn)為東南面綠量較大，西北面綠量較小。8棵榕樹中6棵樹南面三維綠量最大，2棵樹東面三維綠量最大。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，整體而言榕樹不同方向三維綠量中南面最大（82.83±19.04）m3，其次是東面（76.12±18.05）m3，再次是西面（66.91±17.50）m3，北面的最小（66.79±16.11）m3。南面三維綠量與東面三維綠量存在一定差距，差距率為8.82%，無顯著性差異。南面三維綠量明顯大于西面和北面三維綠量，差距率分別為23.79%和24.02%，呈現(xiàn)出顯著性差異。東面三維綠量明顯大于西面和北面，差距率分別為13.76%和13.97%，也存在顯著性差異；西面和北面差距極小，無顯著性差異。植物生長主要依靠光合作用，因此，榕樹三維綠量空間分布特點(diǎn)與光照強(qiáng)度及光照時(shí)長具有較密切的關(guān)系，東面和南面光照強(qiáng)度大光照時(shí)間長，而西面和北面光照強(qiáng)度弱光照時(shí)間也較短，最終導(dǎo)致東面和南面枝葉生長旺盛，而西面和北面枝葉生長萎縮的特點(diǎn)。

2.2榕樹東西面和南北面三維綠量比較

攝影法推算樹木三維綠量中的2個(gè)主要指標(biāo)為冠幅和冠長（冠長=樹高-第一枝下高）。冠長測量取決于第一枝下高的判斷，冠幅測量從理論角度分析，冠幅有各個(gè)方向的，冠幅是所有方向冠幅的平均值，但現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中常以東西面或南北面進(jìn)行簡化替代。在冠形法（立體量推算立體量）中人工測量中多采用南北面進(jìn)行替代。

從圖3可以看出，8棵榕樹中，南北面三維綠量較大的有4棵，東西面三維綠量較大的也是4棵。東西面較大的4棵中差距較小，而南北面大的4棵中差距均較大。從平均值上分析，南北面三維綠量較大，東西面三維綠量較小，平均值差距約為13 m3，平均值差距率為4.6%，整體差異較小。根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，南北面三維綠量[（299.22±69.75）m3]與東西面[（286.07±70.85）m3]三維無顯著性差異（P>0.05）。因此，采用攝影法推算榕樹三維綠量時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況獲取南北面或東西面縱截面影像圖進(jìn)行榕樹三維綠量測算，而不必一定使用南北面縱截面影像圖。

3結(jié)論與討論

該研究結(jié)果表明，榕樹東南西北4個(gè)方向三維綠量整體呈現(xiàn)出南面、東面較大，西面、北面較小的趨勢，平均值從大到小依次為南面、東面、西面、北面。榕樹東南西北4個(gè)方向三維綠量的空間差異主要取決于光照時(shí)間和光照強(qiáng)度，南面的光照時(shí)間最長、光照強(qiáng)度最大，其次是東面、西面和北面光照時(shí)間最短、光照強(qiáng)度最小。南面和東面三維綠量明顯大于西面和北面三維綠量，并呈現(xiàn)出顯著性差異（P<0.05），南面和東面三維綠量存在一定差距，但并未呈現(xiàn)出顯著性差異；西面和北面三維綠量較接近，無顯著性差異。

榕樹東西面和南北面三維綠量整體上存在一定差距，但差距較小，未呈現(xiàn)出顯著性差異。因此，采用攝影法計(jì)算榕樹三維綠量時(shí)，可以采用東西面或南北面中任何一個(gè)面攝影取縱截面方式進(jìn)行，可以減少工作量，提高測算效率。

攝影法相比冠形法具有精度高的優(yōu)勢，但測算更加復(fù)雜費(fèi)時(shí)。因此，可以采用攝影法建立單個(gè)樹種或相近種群的單因子（冠幅）測算模型或雙因子（冠幅-冠長）測算模型，從而達(dá)到測算速度比冠形法更加快速，精度也比冠形法更高的目標(biāo)。

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