...四人赴江苏进行森林植被调查 -浙江天童森林生态系统国家野外科学...
夏芸
摘 要 全球性气候异常使芜湖市三山区暖冬现象频发，森林植被落叶时间延后，含水量降低，同时该地区早春环境潮湿使得产生森林病害的病菌大量繁殖，导致烂皮病在该区域大面积爆发流行，病后植被大量枯死，植被恢复较为困难。本文提出一种基于三维视觉传达的植被病后恢复方法，首先调研了芜湖市三山区森林植被烂皮病后的实际情况，在植被恢复过程中的农药喷洒及环境监测系统引入了三维视觉传达技术，并对恢复效果进行了分析。结果表明采用三维视觉传达技术可以有效改善森林植被的病后恢复效果，提高其恢复效率，为森林植被的病后恢复提供了依据。
关键词 烂皮病 森林植被恢复 三维视觉传达
中图分类号：TP274 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.07.066
Three Dimensional Visual Transmission Restoration after the Rotten
Vegetation Disease of Forest Vegetation in Sanshan District of Wuhu
XIA Yun
（Anhui Institute of Information Technology， Wuhu， Anhui 241000）
Abstract The global climate anomalies that Wuhu City Sanshan District of warm winter phenomenon frequently， forest vegetation leaves the time delay， the water content decreased， while the area of wet spring environment makes the forest disease germs multiply， causing skin disease outbreaks in the region of large area， after a large number of dead vegetation， vegetation restoration is difficult. This paper proposes a restoration method for visual communication based on three-dimensional vegetation disease after the first investigation of the forest vegetation in Wuhu City Sanshan District rotten skin disease after the actual situation， in the process of vegetation restoration of pesticide spraying and environmental monitoring system introduces 3D visual communication technology， and the recovery effect is analyzed. The results showed that the use of three-dimensional visual transmission technology can effectively improve the recovery of forest vegetation after disease and improve the recovery efficiency， which provides a basis for the recovery of forest vegetation after disease.
Keywords rotten vegetation disease； forest vegetation restoration； three dimensional visual transmission
0 引言
近年來全球气候异常化日益加重，森林植被烂皮病发病率日渐上升，该病多发于杨柳植物的枝干上，导致树皮腐坏破裂，烂斑呈现褐色，为水浸状，同时流出深褐色脓液，并伴有浓烈的酒糟气味，后期会有黑点聚集于腐烂斑痕之上，当病灶完全环绕枝干时，位于其上部的枝干会完全枯萎坏死，进而导致整株植物的死亡。[1]这种森林病害的发病原因主要是由于气候因素影响，芜湖市三山区近年来的暖冬现象较为严重，杨柳植被落叶的时间较以往推迟了30～40天左右，植物的含水量减少但水分蒸腾依然较大，因此树木对于温差大、温度变化剧烈的外界环境发生了生理性不适应，御寒能力下降，从而使杨柳植被易被病菌侵入；同时由于春季三山区的降水量大，潮湿的环境有利于病菌的滋生。综合上述原因导致该区域烂皮病的大面积爆发和流行，经济损失严重，尤其是病后植物大面积的枯死，使植被覆盖率下降，给植被的恢复带来了较大的困难和影响。
目前我国对森林病害的防护和恢复技术水平较为落后，整体机械化水平较低，效率不高，在病后恢复方面多以人工作业为主，导致植被恢复耗时较长，恢复效果不理想。引入三维视觉传达技术可以有效改善这一现象。所谓视觉传达是指将图像信息、文字符号等可视觉元素通过中间媒介传送给观察者。[2]随着现代计算机技术的发展，视觉传递技术已逐步发展为利用计算机获取景物三维深度信息，将客观事物进行重新感知识别并进行重现。实现三维视觉传达的典型系统包括获取图像，校准相机，提取特征和深度信息以及恢复三维信息和数据处理等部分，[3]其中深度信息提取是三维视觉传达得以实现的关键环节，这一过程可以通过主动测距得到物体的3D信息，也能通过图像的灰度阴影和纹理信息得以实现。endprint
本文对芜湖市三山区森林植被烂皮病后的实际状况进行了调研，将三维视觉传达技术应用于植被恢复中，通过对结果的分析可以看出基于三维视觉传达技术的植被恢复效果良好，为森林植被的病后恢复方法提供了依据。
1 三维视觉传达在森林植被恢复过程中的应用
1.1 农药喷洒过程中应用三维视觉传达技术
在现有的植被病后恢复过程中，常用的手段是对林区进行农药喷洒。常规施药方法主要通过人工完成，喷洒器材喷出的药剂能起到灭菌除害作用的剂量尚不足1%，其余大部分流失，浪费严重，[4]因此所需的农药剂量较大，效率较低。同时常规的农药喷洒由于使用剂量的不精确和药物种类的模糊性，会导致农药残留于植物上，使致病菌群产生抗药性，植被恢复效果不理想。在喷药过程中引入三维视觉传达技术，通过计算机对目标植物的三维深度信息进行采集和特征提取，可以获得农药喷洒的精确用量及用药种类，避免喷洒过程中的盲目性；同时可以得出具体的喷药方向，减少农药喷洒面积，降低农药的使用剂量。以三维视觉传达指导施药过程不仅可以节约农药用量，同时可以提高病株的恢复效率，避免恢复过程中产生的二次环境污染。目前发达国家采用的智能农药喷雾机就采取了这一技术，喷头根据视觉传达系统提取的病株特征改变喷洒速率和药剂配方，达到高效治愈和病后植被恢复的目的。
1.2 基于三维视觉传达的环境监测系统
从烂皮病发病原因角度出发，这种森林病害是由于气候异常所引起的，三山区几年来暖冬现象频发，树木落叶时间推后，造成水分蒸腾量加大，同时环境温度变化剧烈，由于这些外部因素使植物自身抵抗病菌入侵的能力大幅降低，因此环境因素是导致烂皮病爆发和流行的主要因素，对温度、湿度及光照强度和植被水分蒸腾的监测直接关系到病后植被恢复效果的高低。对于环境变化，植物自身会产生反馈，如气孔状态直接反应空气中CO2的浓度变化，树叶的颜色变化直接与环境的温度和湿度状况有关，通过三维视觉传达技术对植被这些反馈环境变化的因素进行图像采集和数据处理，能够完整精确地再现林区内各区域的植被生长状况，通过分析可以掌握各区域的实时环境状况。针对不同的温度、湿度和日照强度，实施具有针对性的植被恢复策略，可以使恢复过程更具高效性。传统的森林植被病后恢复方法往往忽略了环境变化监测这一环节，无法根据具体的环境状况及时调整恢复策略，导致植被恢复效果不理想。基于三维视觉传达技术可以建立起有效的环境监测系统，弥补了常规方法在这一方面的缺失。
2 结果分析
图1和图2分别为采用三维视觉传达技术恢复前后的杨树树干，从图1可以看出该杨树已处于烂皮病后期，病斑处生满金色絮状的分生态孢子角，采用基于三维视觉传达技术的植被恢复方法后，絮状物完全消失，恢复健康的树干状态。
通过调研发现芜湖市三山区杨树中约有40%患有不同程度的烂皮病，根据病情严重状况将患病杨树划分为四个等级：Ⅰ级病患程度较轻，无明显病斑和絮状体，Ⅱ级腐烂斑已经呈现，树皮塌陷，树干三分之一已有斑痕，Ⅲ级病情进一步加重，病斑已扩展至树干三分之二处，Ⅳ级患病程度最重，斑痕已占树干周长的三分之二以上并长满黄色丝状物质（如图1），其中Ⅲ级和Ⅳ级病株长势衰弱甚至濒临死亡。对应于不同病级分别选取20株样品，將其分为两组，每组10株，分别采用常规喷药恢复法和基于三维视觉传达的植被恢复方法进行治疗，一段时间后统计恢复效果，统计结果列于表1：
从表1可以看出采用三维视觉传达恢复方法对于各级病况的恢复效果均优于常规方法。对于Ⅰ级病况，常规方法和基于三维视觉传达的植被恢复法的恢复效果较好，分别为80%和100%；对于Ⅱ级病株前者的恢复效果仅为50%，而后者可全部治愈；当病患等级上升为Ⅲ级时，前者仅能恢复30%的病株，而后者的恢复效果依然在50%以上；对于患病程度最严重的Ⅳ级，采用常规喷药法已无法达到植被恢复效果，而三维视觉传达法尚有一株杨树得到治愈。可以看出在植被恢复过程中引入三维视觉传达技术可以有效的提高烂皮病治愈效率，有利于森林植被的病后恢复。
3 结束语
综上所述，气候变化是引起芜湖市三山区森林植被烂皮病大面积爆发和流行的主要原因，常规的农药喷洒手段对植被的恢复效果较差。在植被恢复过程中的农药喷洒和环境监控环节引入三维视觉传达技术可以有效提高植被恢复效果，对于Ⅰ级和Ⅱ级患病程度的杨树病株其恢复效果可以达到100%，对于染病程度较高的Ⅲ级和Ⅳ级病株，也能达到部分治愈的效果。三维视觉传达技术是一种新型高效的恢复方法，可以广泛的应用于其他森林病患后植被的恢复过程当中。随着视觉传达技术的快速发展和完善，其对我国林业技术的进步会产生更为深远的影响。
参考文献
[1] 郑加强.基于计算机视觉的雾滴尺寸测量技术[J].南京林业大学学报，2000.24（6）：47-50.
[2] Scholdt D L，Li P，Abbott A L.Machine vision using artificial neural networks with local 3D neighborhoods[J].Computers and electronics in Agriculture，1997.16（3）：255-271.
[3] 尚晓明.信息时代背景下视觉传达设计的新语境[J].包装工程，2009.11：241-242.
[4] 葛玉峰，周宏平，郑加强.计算机视觉技术在林业生产中的应用分析[J].林业机械与木工设备，2003.31（1）：7-10.endprint
