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基于Mapinfo 的树木叶面积测定方法

来源: 本站  类别:技术文章  更新时间:2013-09-18 10:42:23  阅读

基于Mapinfo 的树木叶面积测定方法
叶是树木进行光合作用制造有机物质的主要器官———“绿色加工厂”、蒸腾作用的最佳平台。叶面积的大小对树木的生长发育等众多生命活动影响深远, 尤其对树木生物量的积累密切相关。如何科学地测定树木叶面积, 日渐引起林业工作者的密切关注和浓厚兴趣。
目前测定叶面积方法很多, 常见的有方格法、求积仪法、称重法、叶面积仪法、图像处理法(photoshop 方法) 、CAD 图形法、回归方程法等多种, 它们各有优缺点。Mapinfo 是美国Mapinfo 公司推出的桌面地理信息系统软件, 其最大特点是易学易用, 它提供的屏幕矢量化功能更加受到人们的推崇, 在众多领域应用广泛。最近笔者尝试利用Mapinfo 进行树木叶片面积的测定, 结果证明其准确、可靠。
1  材料和方法
1.1  试验材料与常用测定方法
  选择不同形状、不同大小(丁香、红瑞木、花曲柳、白桦、火炬树、文冠果、色木戚、京桃) 完整的8 个树木叶片。采用方格法、称重法、photo2shop 法分别测定其面积。
(1) 方格法: 将上述树木叶片平铺在最小方格为1mm2 的标准计算纸上, 然后使用削尖细铅笔将其轮廓描绘在此标准计算纸上, 统计叶轮廓所占的小方格数, 得到叶面积。
(2) 称重法: 将方格法测定叶面积时描绘在标准计算纸上的叶形, 沿轮廓线剪下, 得到纸模, 在电子天平( FA1604 , 1/ 10000g) 上称得纸模质量,将此质量乘以标准计算纸单位质量的面积(10310831cm2·g - 1) , 得到叶面积。
(3) photoshop 法。
通过以上方法测定的树木叶面积结果见表1。
(4)叶面积仪法:通过叶面积仪直接测定,如可以使用这几款仪器:植物叶面积仪叶面积检测仪
1.2  Mapinfo 法
1.2.1  叶片的扫描
首先将待测树木叶片平铺在扫描仪面板上, 并在其上覆盖标准计算纸(与方格法相同) 。纸张大小必须覆盖全部叶片(计算纸的工作面接触叶片) 。扫描分辨率设定为300pdi , 图像存储为JPG或TFF格式, 见图1。
1.2.2  叶片图像调入与配准
启动Mapinfo510 , 选择文件菜单中的打开表命令, 在出现的对话框中的文件类型中选择栅格图像, 再选择叶片图像文件, 打开, 此时出现另一对话框, 用鼠标点击配准, 出现图像配准对话框。
1.2.3  选择投影
选择非地图投影, 即用鼠标点击对话框中的投影, 出现图2 所示选择投影对话框, 在类别中选择Non - Earth (非地球), 类别项中选择Non - Earth(centimeters) 后, 鼠标点击确定。
1.2.4  选择控制点
在叶片图像范围内选择4 个以上控制点(本次测定选择5 个控制点) , 要求控制点必须均匀分布在整个图像区域, 控制点的坐标大小, 可以在标准计算纸上直接读取, 然后输入到相应的框中(注意屏幕坐标原点在屏幕左上角, 水平方向自左向右为X坐标、从上到下为Y坐标) 。当选定的控制点全部配准完成后, 各配准点误差项必须达到全部为0 , 否则必须修改直到合乎要求。用鼠标点击确定,完成叶片图像配准(见图3) 。
1.2.5  屏幕跟踪矢量化
选择工具条上的多边形工具, 沿着树木叶片边缘描绘其轮廓, 当接近起点时敲击“S”键, 此时鼠标在起点附近变成闪动的大十字, 点击鼠标, 形成叶片轮廓矢量图形, 即完成该叶片扫描矢量化。
1.2.6  查询面积
鼠标双击叶片轮廓矢量图, 立即出现区域对象对话框, 框中显示出该叶片轮廓的面积、周长等信息。
2  Mapinfo 法与常规方法比较分析
对表1 中各种方法测定叶面积数据进行单因素方差分析, 以比较Mapinfo 方法与其它几种方法的差异显著性, 结果见表2。 F < F0105 , 可以认为Mapinfo 方法同其它几种叶面积测定方法之间没有显著差异。表明Mapinfo方法完全可以用于树木叶面积的测定。
3  方法评价
(1) 方格法测定结果相对准确, 但工作量大、效率低, 且对于形状不规则尤其带有锯齿重锯齿的叶片测定结果精度大大降低, 受测定人员工作认真程度影响颇大。

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