一种基于半球影像的植被冠层聚集效应定量评估方法

摘要

本发明涉及一种基于半球影像的植被冠层聚集效应定量评估方法。该方法包括以下步骤：测量样地树木冠层平均高度，采集并统计样地典型树叶冠层基本组分平均大小，设计观测方案并采用半球成像方法收集样地冠顶或冠底半球影像序列，对半球影像二值化，基于冠层平均高度和天顶角参数计算半球影像像素实际大小和有限长度单元长度，从二值化半球影像序列中抽取间隙大小分布及有限长度单元样线，并分别采用间隙大小分布和有限长度平均算法公式计算得到植被冠层聚集指数。本方法可解决传统方法基于半球影像开展植被冠层聚集效应评估时，其像素大小无法转换为实际尺寸的缺陷，从而有效消除冠层基本组分平均大小及有限长度单元尺度等因素给评估带来的误差影响。

主权项

一种基于半球影像的植被冠层聚集效应定量评估方法，其特征在于，当该方法采用间隙大小分布算法进行聚集效应定量评估时，包括以下步骤：步骤A1：测量样地内所有单株树木树高，计算样地冠层平均高度h，采集样地内典型树叶或针叶簇，并统计其冠层基本组分平均大小W_p；步骤A2：采用半球成像观测系统拍摄样地冠顶或冠底半球影像；步骤A3：对步骤A2获得的半球影像进行二值化处理，二值化后的半球影像仅有“黑”、“白”两种像素，分别代表冠层基本组分及天空；步骤A4：依次从步骤A3获得的二值化半球影像序列中抽取环形样线，其样线宽度为1个像素，环形样线在半球影像上对应的天顶角与植被冠层聚集指数测量的天顶角一致，将从样地各观测点半球影像序列上抽取的样线合并为一条完整的样线，统计单个半球影像上环形样线像素总数N_pixel；步骤A5：将步骤A1获得的冠层平均高度h代入式(1)计算半球影像像素实际尺寸大小D_pixel：D_pixel＝2π(h·tanθ)/N_pixel            (1)式中θ为环形样线所在天顶角，N_pixel为环形样线像素总数，h为冠层平均高度；步骤A6：将步骤A4抽取的以像素个数为单位的间隙大小分布乘以步骤A5获得的像素实际尺寸大小D_pixel，统计各间隙大小类型累积间隙率，并按间隙大小升序排列，形成第一测量间隙大小分布曲线F_m1；步骤A7：计算所述第一测量间隙大小分布曲线F_m1对应的冠层要素随机分布条件下的第一间隙大小随机分布曲线F_r1；步骤A8：当所述第一测量间隙大小分布曲线F_m1的间隙大小类型数量小于等于第一默认参数，或第一测量间隙大小分布曲线F_m1部分位于第一间隙大小随机分布曲线F_r1之下时，间隙大小移除步骤结束，所述第一测量间隙大小分布曲线F_m1即为最终的曲线F_mr并转至步骤A12；步骤A9：移除所述第一测量间隙大小分布曲线F_m1中最大的一个间隙大小类型，形成第二测量间隙大小分布曲线F_m2，并计算所述第二测量间隙大小分布曲线F_m2对应的冠层要素随机分布条件下的第二间隙大小随机分布曲线F_r2；当所述第二测量间隙大小分布曲线F_m2的间隙大小类型数量小于等于第一默认参数，或由第二测量间隙大小分布曲线F_m2计算得到的‑ln[F_m2(0)]与由第一测量间隙大小分布曲线F_m1计算得到的‑ln[F_m1(0)]之差的绝对值小于等于第二默认参数，或第二测量间隙大小分布曲线F_m2部分位于第二间隙大小随机分布曲线F_r2之下时，间隙大小移除步骤结束，所述第二测量间隙大小分布曲线F_m2即为最终的曲线F_mr并转至步骤A12，F_m1(0)为间隙大小为0时所述第一测量间隙大小分布曲线F_m1的纵坐标值；步骤A10：进行间隙大小移除循环：移除所述第二测量间隙大小分布曲线F_m2中最大的一个间隙大小类型，形成第三测量间隙大小分布曲线F_m3，并计算所述第三测量间隙大小分布曲线F_m3对应的冠层要素随机分布条件下的第三间隙大小随机分布曲线F_r3；步骤A11：当所述第三测量间隙大小分布曲线F_m3的间隙大小类型数量大于第一默认参数，且由第二测量间隙大小分布曲线F_m2计算得到的‑ln[F_m2(0)]与由第三测量间隙大小分布曲线F_m3计算得到的‑ln[F_m3(0)]之差的绝对值大于第二默认参数，且第三测量间隙大小分布曲线F_m3全部位于第三间隙大小随机分布曲线F_r3之上时，将所述第二测量间隙大小分布曲线F_m2数值清空，并将所述第三测量间隙大小分布曲线F_m3的值赋给所述第二测量间隙大小分布曲线F_m2，同时返回步骤A10继续循环，否则循环终止，所述第三测量间隙大小分布曲线F_m3即为最终的曲线F_mr；步骤A12：以步骤A6得到的第一间测量隙大小分布曲线F_m1，以及步骤A8或步骤A9或步骤A10、A11得到的曲线F_mr之一为基础，基于间隙大小分布算法公式计算得到植被冠层聚集指数。