森林调査的像片判读原理

孙晶宇

摘 要：现代森林调查中，判读是由航空像片上取得信息的重要手段。提高森林调查质量的重要途径之一，就是充分挖掘航空像片的潜力，最大限度地利用像片，从像片上准确地提取林分调查因子，以减少野外的工作量。在森林调査中必须掌握像片判读基础。

关键词：森林 调査 像片 判读 原理

第一次世界大战后，航空像片直接开始在实践中应用。在欧洲的几个国家中，航空像片用于绘制林业用图和编制详细地况、林况明细表。从50年代以后，在欧洲的大部分国家中，航空像片正式用于编制近代森林图，并作为林业企业内一种信息来源和森林调查的存贮系统。

判读是随着摄影测量学、光学和电子学等学科发展起来的。第一张航空像片是1892年达格雷和尼普斯用银板照相拍摄的。随后，出现了摄影测量学。当时法国地质学家阿拉戈把银板照相的摄影测量意义作为景观精确地透视（投影）表示，并根据透视几何的原理预测到在绘制地形图中的应用。1897年9月10日在《柏林日报》上发表了森林判读的第一个实例。德国的一个林业工作者用拴放气球取得像片，根据它进行了绘制森林类型图的试验。该试验是在秋季阔叶树变色时进行的。当时在德国，像片量测的问题解决了。早在1923年，就用摄影测量法进行林分量测的试验。由于像片比例尺非常小和摄影设备的成本问题，没有多少实际应用的价值。

森林的影像是由森林反射和发射的电磁辐射能量构成的。不同树种组成的林分的物理、化学性质和森林生物学特征不同，它们反射和发射的光谱特性不同，表现在像片上的影像则具有不同色调的、结构、形状和大小等。这些信息叫做判读因子。在航空^片上判读林分或地物，虽然其种类不同，但判读基本因子为影^大小、形状、色调、阴影、结构和地物之间的相互关系。

一、森林判读的原理

（一）影像形状

在垂直摄影的航空像片上，地物或林分显现它 们顶部特有的形状，其变化规律符合中心投影规律。平坦地区的地物影像形状阳地物形状相似，仍保持其原来的几何形状，如矩形采伐迹地其彭像仍为矩形；成一定角度的交叉道，其影像也呈现同样角度。例如，铁路的影像弯曲度很小，呈平滑的细线状，并有明显的路基、铁路用地；公路的影像弯曲度较大，呈平滑的粗线状。树木或林分的判读需在立体影像中仔细地观察冠形，根据不同树种具有的特定冠形和大小识别树种。

（二）影像大小

影像大小是识别地物的重要线索之一。影像大小乘以像片比例尺分母，就可以确定该地物大小。根据已知地物大小及其影像长度，在像片上可用下式确定未知地物大小。形状相同的地物可以根据相对大小来区别，如山杨和红松成熟林冠形均为平顶形，但红松林的树高和冠幅均比山杨大，再配合色调等判读因子可把它们区别开。

（三）色调和颜色

色调指的是地物反射光的亮度。像片色调反差是指影像与其背景间的亮度差。在彩色摄影中，彩色反差是影像与其背景间的各种彩色值与彩色差的结果。地物之间没有色调差别，地物影像形状显然不能识别。色＼调是判读地物最好的一个线索，有时它是识别地物的唯一线索。例如，水湿地和干旱地根据像片的色调差别就可以把它们区别开。红外片影像的色调取决于地面上地物反射和发射的红外光量；雷达影像的色调取决于地面上地物返回传感器的雷达能量。

当物体反射某波段光线大于其余波段时，则该物体显示反射率最大波段的颜色。标准彩色片的影像可反映地物的天然本色，在森林调査中应用它很方便。在夏季摄影的标准彩色片上区别树种或植物类仍感困难。

（四）阴影

阴影有两种，即本身投影和投落阴影。前者是地物本身背光形成的阴影，在垂直摄影像片上就'是地物背光面影像，它与受光面色调有明显差别。其特点表现在由受光面向背光面的过渡及坷者所占比例的关系上，利用这种特点可以判读冠形。圆形或平页形树冠影像由受光面向背光面逐渐过渡；尖锥形树冠过渡明显。殳落陰影是投落在地面上的阴影。它的特点是可以显现地物纵断形状，在平坦地区投落阴影不变形。利用这种特点可以判读树形状和大小，区别树种和地物。根据阴影长度可以确定树高。

阴影长度依太阳高度角和地形起伏不同而变化。被阴影遮盖沟林木，反射的光线很少，使得像片影像很暗，甚至反映不出来。3此，在判读有阴影的地物吋，要进行立体观察。

（五）结构和形态

像片影像的结构是指色调或色调变化的频率。它是由于细小也物不能单个明显地区别出来的那些细小地物色调或色调变化引发的结果。在大比例尺像片上单株术可以分辨开，它们的叶子不拒分辨；树冠或林冠的影像结构是由树叶的反射光构成的。有些小地物在像片上不能显现，如河流切刈情况，在小比例尺像片上仅能从影像结构上判断。在黑白像片上影像结构可分为四级：光滑、细致、粗槌和极粗糙。

形态指的是地物特殊的排列，它是天然或人工形成的。地面二岩石裸露形态经常指示地质构造；水系形态与岩性、构造及土？结构有密切相关；森林植物形态与其群落类型有密切关系。根据这些持征可在像片上识别它们。

同一形态地物影像的大小和色调可能不同，但其形式则有一定特征，如稻田有大小一致的区别，果园有整齐的株行与疏开之间距，人工林和天然林具有显然不同的林相。

二、森林判读的主要根据

森林生物学特征、森林光谱反射特性和树木及地类间的相互关系可作为森林判读的主要根据。

1.森林或树种的生物学特征：不同树种的冠形、大小、树叶色和分布位置均不相同，所以不同树种或林分在像片上形成了同的影像结构、特征。它们主要表现在树冠影像的形状、大小、调和林木影像的高度差别等，可根据这些差别在像片上判读树或林分。

2，树种和地类间的相互关系：由于不同树种的森林生物学特不同，树种或林分的分布有一定的规律性。掌握这些规律性再合其他判读因子，就可以正确地识别树种或林分。

3.森林光谱特性：森林遥感成像主要是利用树冠的反射和发能量。林分类型不同，光谱特性和规律有差异。这和树种本身的生物学和生态学特征有关，尤其是树木的生长、发育及其光学特性，对树木的光谱反射特性影响更大。例如，樟子松树冠稀疏，透光量大，针叶颜色浅，叶绿素含量少，故在樟、红、落三个林分中其反射率最高。绿色植物吸收红、橙和蓝光进行光合作用，不能吸收红外光波，只起增温作用。植物的反射、透射和吸收的光量之和为100%。在可见光波段，绿色植物吸收了辐射能的大部分，而反射和透射则较少，红外光波段反射量大，故在可见光波段反射率低，红外光波段反射率高。

利用不同林分类型之间光谱反射率差异大小的特点，可以选定最佳波段进行航空摄影。夏季森林航空摄影采用红外片比全色片效果好。在像片定性、定量判读中，应用红外片比全色片划分林分类型容易。不同波段的光谱数据及其特点和规律是森林自动判读和分类的根据。

航空像片的重要价值之一就是从航空像片上能识别和判断出地物的质和量，从而形成航空像片的判读理论和方法，这一理论和方法是提高森林调查质量的基础。

参考文献：

[1] 徐淑艳.森林资源管理及调查措施初探[J].陕西林业，2010（2）：28.

[2] 孟建林.论森林资源调查管理[J].中南林业调查规划，2010（2）：7-10.