[发明专利]一种测量林窗面积和形状的方法

说明书

技术领域

本发明涉及林学与生态学领域中关于林窗特征的测量方法，具体地说是一种测量林窗面积和形状的方法。

背景技术

林窗(或译作“林隙”，gap)指由一株以上林冠层树木死亡而形成的将由新个体占据与更新的空间，这一概念伴随森林循环的研究而产生。林窗干扰是森林群落中经常发生的重要的小尺度干扰，它不仅是自然森林群落演替的驱动要素，也在森林的结构、动态和生物多样性维持中起着重要的作用，已成为当前森林生态学研究最活跃的领域之一。林窗特征的测量是林窗研究的基础，主要包括林窗面积、形状、年龄等。其中林窗面积是林窗最重要的特征，常被用作反映林窗内光环境和其它资源有效性的间接指标，也是计算森林循环速率(forest recycle rate)的依据，前者的准确性直接影响后者的估测结果。因此，快速准确地测量林窗面积是生态学家们关注的焦点。目前测量林窗面积的方法较多，这里介绍4种：(1)椭圆法(Ellipse Method)，将林窗近似成椭圆，测量林窗最长轴和与其垂直方向上的最长轴分别当作椭圆的长、短轴来估测林窗面积；(2)等角多边形法(Siogon Methods，SMs)，将林窗近似成等角多边形，测量从林窗中心点沿多个均分罗盘方向到林窗边缘的距离，然后计算林窗面积；根据罗盘方向的数目可分为等角8边形法(Equiangular Octagon Method，EOM)和等角16边形法(Equiangular Sixteen-gon Method，ESM)；(3)等角椭圆扇形法(Equiangular Elliptic Sectors，EESs)，把从林窗中心沿多个均分罗盘方向到林窗林冠边缘的距离中相邻两者之间的面积看作一个椭圆扇形，以这些椭圆扇形面积之和估测林窗面积。椭圆法最简单，使用较多，但精度差，尤其当林窗形状复杂时，其误差较大。等角16边形法由等角8边形法演变而来，将林窗细化成更多部分，因此，精确度好于前者，但更耗时，使用远不及等角8边形法广泛。等角椭圆扇形法是在等角多边形法的基础上提出的，计算精度更加准确。但以上各方法共同的缺点是受人为因素影响极大，且不同程度的费时费力。

林窗形状也是林窗的一个重要特征。林窗形状对资源在林窗内的分布和有效性起着重要作用。一般来说，林窗形状越复杂，林窗的边缘效应(edgeeffect)越显著，光、温度、土壤水分以及土壤养分等资源将会形成一个从林窗中心点到林窗边缘的变化梯度，从而影响植物的分布格局，并能提高和维持森林的植物种类多样性。目前还没有提出一种测量林窗形状的方法。因此，找到快速、客观、准确测量林窗大小和形状的方法对于林窗研究具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在林窗面积的测量受人为因素影响大、且费时费力的问题，本发明的目的在于提供一种能够客观、精确且易操作的测量林窗面积和形状的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明一种测量林窗面积和形状的方法具有以下步骤：在林窗中某一位置用装配鱼眼镜头的数码相机垂直向上拍摄半球面影像，测量林窗参数；对上述半球面影像进行处理，记录相片中林窗边缘木最高点的坐标；根据鱼眼镜头的投影原理和各坐标点计算林窗的面积和形状。

所述半球面影像的拍摄要求为：在林窗内某一点，将装配有鱼眼镜头的数码相机垂直安置在三角架上；相机光圈调至最小，焦距调至无穷远；选择全阴天、日出前或日落后拍摄；半球面影像的正上方为罗盘正北方向；所述林窗参数包括林窗边缘木平均高度、坡度与坡向；通过图像处理软件对半球面影像进行处理，得到所有林窗边缘木最高点坐标，求得各坐标点到影像中心点的距离；

所述计算林窗面积包括以下步骤：把林窗近似成多边形，通过以下公式计算林窗面积(A)：