森林航空攝影測量

森林航空攝影測量是一種科學的測量方法。是利用空中拍攝的林區像片確定地物形狀、大小和位置的方法。

森林航空攝影測量

正文

利用空中拍攝的林區像片確定地物形狀、大小和位置的方法。簡稱森林航測。主要用於林業測量、森林資源調查、 林區土地利用區劃、 規劃設計和經營管理等,是航空攝影測量的一個分支。用它可以大量減少外業工作,改善工作條件,提高測圖的速度和精度。由於森林資源隨時間變化而消長,宜定期進行;已開發國家攝影間隔期一般為5年。
概況 第一次世界大戰後,歐洲一些國家開始用航空像片繪製森林地圖和進行森林調查。30年代已能利用航空像片反映林分結構的特點, 藉以區分林分的樹種、密度和年齡,準確地繪出林分界線,從而提高了森林分類和製圖的精度。到40年代由於可通過在像片上直接量測樹木的影像,而獲得樹冠直徑、樹高、林分鬱閉度、單位面積株數等因子的測定值,編制航空像片材積表,大大減輕了野外的測樹工作。50~60年代,航空像片配合抽樣技術(見森林抽樣調查)廣泛用於森林調查。此後隨著非攝影感測器如多光譜掃描、側視雷達和人造地球衛星的出現,森林資源調查技術又進入新階段,並形成新的學科“遙感”。森林航測在新的學科中隸屬於攝影遙感探測系統。80年代起結合電子計算機資料庫的建立形成現代林業資源信息系統,其中,森林航測是一個有效的信息採集手段。中國森林航測工作起步較晚。20世紀30年代曾在秦嶺利用航空拍攝像片進行教學和科研活動。1952年10月建立了森林航測隊,開始了大規模的森林航測和調查。至今大部分林區已完成第 3次航空攝影任務,航空像片廣泛用於林業調查。森林航測程式主要包括森林航空攝影、像片判讀和分類、像片調繪調查和編制林業用圖等。
航空攝影 套用安裝在飛機上的攝影機收集林區信息的工作。為使獲得的圖像便於成圖和包含完善的信息,森林航空攝影主要採用攝影機光軸垂直於地面的攝影方式,按測圖規範,以地形圖的圖幅範圍作為攝區進行攝影。所用比例尺取決於判讀和成圖要求。通常 1:500~1:12000的像片稱為大比例尺像片,用於量測林分調查因子;1:12000~1:30000的稱中比例尺像片,用於森林區劃調查;小於以上限度的為小比例尺像片,多用於定期監測森林資源的變化,林業中常用中比例尺。為減少地面工作,某些地段用直升飛機進行森林調查時可用1:500的大比例尺,這種比例尺攝影稱為抽樣攝影或點狀攝影。為迅速獲得大面積林區的信息,特別是地類變化的信息,降低航空攝影成本,則往往採用 1:60000以上的超小比例尺高空攝影。膠片有全色片、天然彩色片、紅外片和紅外彩色片。針葉樹和闊葉樹在紅外部分反射率差別較大,因此在兩種感紅外的膠片上易於識別。在標準紅外彩色片上,植被呈紅色,其中闊葉樹種為品紅到紅色,針葉樹種則出現褐紅色或紫紅色。如受病蟲為害的林木生長衰退,葉色枯黃,紅外線反射能力銳減,在紅外彩色片上表現為青色。由於植被能指示基岩和土壤的性質,這種感光片還能估計林地質量。這兩種紅外片的共同缺點是:分辨力低,陰影過深,成本較高。高空拍攝的紅外彩色片上,林區區劃精度與較大比例尺的黑白像片相同。常規的全色片和天然彩色片則有較強的分辨力,量測精度高。
航空攝影宜選擇在秋季落葉之前或早春發葉之後進行。因這兩個時期特別是秋季,各樹種的葉色差別最大,易於在航空像片上區別,以便分類。在乾旱和半乾旱地區,森林多分布在陰坡,因此拍攝時要注意太陽高度,最好選在接近中午時間,以避免過大的陰影。在陡峭山區,更要注意太陽高度。 在高雲層天氣採用長焦距攝影機,可減少地形和陰影的影響。
像片判讀和分類 判讀的目的是提取和分析航空像片上的林業信息。通過判讀進行森林區劃,分類和估測林分調查因子。判讀前要收集有關資料,組織線路調查(貫穿有代表性的森林航測地段)、收集和分析各種森林類型的像片影像特徵,編制立體樣片作判讀參考(見航空像片森林判讀),按經營和調查工作要求,把林場界、林班網和小班輪廓勾繪在像片上,即航空像片的森林區劃。小班的區劃要考慮到像片可能識別的詳細程度,在小比例尺像片上只能識別大的地類、少數幾個樹種和3~4個鬱閉度級。大比例尺像片上可以按樹種、林齡、林分高來分類。套用航空像片代替地面測繪工作進行小班區劃,不僅面積準確,還可以縮小內部的變動,以提高調查精度。為縮小蓄積量的變動而進行的森林判讀區劃稱為分層判讀。航空像片森林區劃和分類的主要方法是目視判讀和計算機分類。目視判讀分類是現階段採用的主要方法。計算機圖像分析又稱自動分類,是具有廣闊前景的方法。
航空像片調繪和調查 根據林業要求,將航空像片上未能顯示出來的信息、現象、地物經過實地測量、調查核實後,描繪和記載到像片上去的工作。林業調繪的主要項目常為攝影后的林區變化、經營區劃和林業設施等。利用像片進行現地調查工作,除要完成調繪外,還要利用像片選設地面樣地,進行林業調查。航空像片是尋找明顯地物、確定調查點位的有效工具。森林調查工作利用航空像片量測林分調查因子,通常在像片上的小斑界內或一定面積的樣地上進行測定。大比例尺像片上直接進行定量判讀的林分調查因子是面積、林分高、樹冠直徑、鬱閉度、株數等。可利用航空像片上進行間接判讀的林分調查因子是胸徑、形級、立地指數、生長量、年齡、林分結構、材積等。林分蓄積量常通過查閱航空蓄積量表或對照有林地地面數據的判讀樣片來估計。
像片判讀結合地面工作估計用材林面積比單純地面樣地方法可提高效率 6~15倍。像片定量判讀結合航空蓄積量表估計森林蓄積可節約60%的地面工作量。套用象片分層和地面結合的雙重抽樣方法,比全部利用地面抽樣方法進行總蓄積量估計約可提高效率1倍。
森林航測成圖 包括將判讀、調繪好的航空像片圖像歸整為統一比例尺的正射林業用圖的過程。有圖解法、立體測圖法和編制照片圖等幾種方法。圖解法編制林業用圖的主要環節是制基圖、 轉繪碎部和清繪幾道工序。林業中常用的基圖是經過輻射三角測量加密了的控制點點陣圖、較大比例尺的地形圖或照片圖。按林業用圖的圖例,將像片上調繪好的森林區劃、各種信息有控制地轉繪到基圖上去的工作稱為轉繪。林業常用目視轉繪、格網轉繪和儀器轉繪。轉繪在林業航測成圖工作中工作量最大,是決定圖面精度的關鍵之一。
森林航空攝影測量的發展方向是研製適合林業的感光片,提高樹種分辨能力和改進航攝系統。如採用衛星圖象或在高空拍攝紅外彩色片的全面覆蓋下,探測出森林資源變化地區,以及針對這些地區組織較大比例尺的森林航空攝影,可以提高航攝效率。近代大面積森林資源調查,往往採用衛星資料,小比例尺航空攝影,中比例尺或大比例尺抽樣攝影的航空像片組成多層次遙感系統,最大限度地發揮各種遙感資料的作用。

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