基于摄影法的榕树三维绿量测算

李俊　杨仔奇　晏琪

摘要[目的]为植物三维绿量测算提供科学依据。[方法]以华南地区广泛种植的榕树为研究对象，采用摄影技术获取榕树东、南、西、北4个面的纵截面影像图，将纵截面影像图导入AutoCAD，获取纵截面面域的面积及质心（重心），利用纵截面旋转体积公式计算4个面的三维绿量，并对每个面的三维绿量进行对比分析。[结果]南面三维绿量最大，其次是东面，再次是西面，北面三维绿量最小。南北面三维绿量略高于东西面三维绿量。东、南面三维绿量与西、北面三维绿量呈现出显著性差异（P<0.05）。东面与南面，西面与北面，东西面与南北面的三维绿量均未呈現显著性差异（P<0.05）。[结论]在未来树木三维绿量测算中可以采用南北面或东西面进行影像采集工作，从而提高测量效率。

关键词摄影法；三维绿量；冠形；榕树

中图分类号S757.2+1文献标识码A文章编号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

基金项目广东省大学生创新创业训练项目（201710576036）；韶关学院校级科研项目（SY2017KJ02）。

作者简介李俊（1975—），男，江西丰城人，讲师，博士，从事城市林业生态环境研究。

收稿日期2018-01-02

坚持人与自然和谐共生，建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计[1]。人与自然共生的主要区域集中在城市，植物群落是自然系统中的重要组成部分，在城市中发挥着至关重要的作用。植物群落特别是乔木层三维绿量对人类生存环境具有多方面的重要作用。绿量在20世纪80年代由我国学者提出，是指城市绿化覆盖率、绿地率[2]。20世纪90年代初，二维指标发展到三维指标，提出了“三维绿量”，是指所有生长植物的茎叶所占据的空间体积[3]。目前立体体积形式的三维绿量研究主要分成两大类，一类是以航空遥感技术为主的宏观尺度植物群落三维绿量测量研究，另一类是以立体量推算立体量和三维激光扫描技术为主的微观尺度植物个体三维绿量测量研究。第一类由于航空遥感技术发展，宏观尺度植物群落研究发展较快，研究成果较多[4-6]。第二类植物个体三维绿量研究中，立体量推算立体量[7]应用简单，应用范围广，但精准度较低；三维激光扫描方式精准度高，但应用范围非常有限[8-10]。微观尺度植物个体三维绿量研究是宏观尺度植物群落三维绿量研究的基础，因此，植物个体三维绿量研究缓慢前行将阻碍宏观尺度植物群落三维绿量研究的快速发展。为此，该研究将在立体量推算立体量的基础上，以华南地区广泛种植的榕树（Ficus microcarpa）为研究对象，采用摄影法获取榕树不同方位的纵向截面影像，利用AutoCAD进行边界化处理，通过不规则面旋转体积计算出榕树实际三维绿量，弥补该方法精准度较低的不足，完善植物个体三维绿量研究，以期为植物个体三维绿量及植物群落三维绿量研究奠定基础。

1研究区概况

1.1研究区概况

调查区域位于韶关市韶关学院大塘校区英东楼前，地理位置为113°39′48.56″ E，24°46′40.89″ N，海拔92～96 m。8棵榕树种植的中心大圆盘面积为2 500 m2左右，8棵榕树种植相对独立，无冠幅重叠（图1）。

1.2研究方法

调查时间为2016年9月，采用全站仪对该区域进行测绘，对每棵榕树几个制高点进行测量。采用数码相机对每个树东西面、南北面进行摄影取像，每个方位进行3次以上取像，選取最佳影像照片。利用AutoCAD对每棵树东西面和南北面影像冠幅边界进行绘制成图，采用面域测算每个面的截面面积和质心（重心），计算公式[11]为V=2παs，式中，V为体积，α为质心（重心），s为截面面积。利用Excel、Origin和SPSS软件整理和分析相关数据。

2结果与分析

2.1榕树东、南、西、北4个方向三维绿量对比

利用摄影法测算出8棵独立种植的榕树东、南、西、北等4个方向的三维绿量，根据结果可以看出（图2），1号树三维绿量最大，其次是4号、6号、8号、7号树，三维绿量最小的是3号树。榕树三维绿量的空间分布特点为东南面绿量较大，西北面绿量较小。8棵榕树中6棵树南面三维绿量最大，2棵树东面三维绿量最大。

据统计，整体而言榕树不同方向三维绿量中南面最大（82.83±19.04）m3，其次是东面（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。南面三维绿量与东面三维绿量存在一定差距，差距率为8.82%，无显著性差异。南面三维绿量明显大于西面和北面三维绿量，差距率分别为23.79%和24.02%，呈现出显著性差异。东面三维绿量明显大于西面和北面，差距率分别为13.76%和13.97%，也存在显著性差异；西面和北面差距极小，无显著性差异。植物生长主要依靠光合作用，因此，榕树三维绿量空间分布特点与光照强度及光照时长具有较密切的关系，东面和南面光照强度大光照时间长，而西面和北面光照强度弱光照时间也较短，最终导致东面和南面枝叶生长旺盛，而西面和北面枝叶生长萎缩的特点。

2.2榕树东西面和南北面三维绿量比较

摄影法推算树木三维绿量中的2个主要指标为冠幅和冠长（冠长=树高-第一枝下高）。冠长测量取决于第一枝下高的判断，冠幅测量从理论角度分析，冠幅有各个方向的，冠幅是所有方向冠幅的平均值，但现实应用中常以东西面或南北面进行简化替代。在冠形法（立体量推算立体量）中人工测量中多采用南北面进行替代。

从图3可以看出，8棵榕树中，南北面三维绿量较大的有4棵，东西面三维绿量较大的也是4棵。东西面较大的4棵中差距较小，而南北面大的4棵中差距均较大。从平均值上分析，南北面三维绿量较大，东西面三维绿量较小，平均值差距约为13 m3，平均值差距率为4.6%，整体差异较小。根据统计学分析，南北面三维绿量[（299.22±69.75）m3]与东西面[（286.07±70.85）m3]三维无显著性差异（P>0.05）。因此，采用摄影法推算榕树三维绿量时，可以根据实际情况获取南北面或东西面纵截面影像图进行榕树三维绿量测算，而不必一定使用南北面纵截面影像图。

3结论与讨论

该研究结果表明，榕树东南西北4个方向三维绿量整体呈现出南面、东面较大，西面、北面较小的趋势，平均值从大到小依次为南面、东面、西面、北面。榕树东南西北4个方向三维绿量的空间差异主要取决于光照时间和光照强度，南面的光照时间最长、光照强度最大，其次是东面、西面和北面光照时间最短、光照强度最小。南面和东面三维绿量明显大于西面和北面三维绿量，并呈现出显著性差异（P<0.05），南面和东面三维绿量存在一定差距，但并未呈现出显著性差异；西面和北面三维绿量较接近，无显著性差异。

榕树东西面和南北面三维绿量整体上存在一定差距，但差距较小，未呈现出显著性差异。因此，采用摄影法计算榕树三维绿量时，可以采用东西面或南北面中任何一个面摄影取纵截面方式进行，可以减少工作量，提高测算效率。

摄影法相比冠形法具有精度高的优势，但测算更加复杂费时。因此，可以采用摄影法建立单个树种或相近种群的单因子（冠幅）测算模型或双因子（冠幅-冠长）测算模型，从而达到测算速度比冠形法更加快速，精度也比冠形法更高的目标。

参考文献

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