林木结构—功能模型研究综述

林木结构—功能模型是指能明确表达由生理过程和环境因子调控的植物三维结构生长和变化的一类模型。它既考虑树木生长的结构发展, 又考虑树木的生理生态过程和环境之间的交互影响, 是目前植物建模领域的研究热点。文中从林木结构—功能模型构建方法入手, 以目前主要的几类结构—功能模型为例, 对组成树木结构的理想化基本单元、结构模型的建立及功能模型的同化物生产和传输分配模型进行了述评, 最后指出结构—功能模型存在的问题。     

基于非线性混合模型的东北兴安落叶松树高和直径生长模拟

以黑龙江省带岭林业局大青川林场80株人工兴安落叶松解析木数据为例,采用Richards生长模型作为基础模型,利用S-PLUS软件中的NLME过程,分别拟合非线性树高和直径生长模型。采用AIC、BIC、对数似然值和似然比检验等模型评价统计指标对不同模型的精度进行比较分析。结果表明:当对树高-年龄关系进行拟合时,b1、b3同时作为混合参数时模型拟合最好;当对直径-年龄关系进行拟合时,b1、b3同时作为混合参数时模型拟合最好。把相关性结构包括一阶自回归结构AR(1)、一阶移动平均结构MA(1)及一阶自回归与移动平均结构[ARMA(1,1)]加入到树高和直径最优混合模型中,一阶自回归结构AR(1)显著提高了树高混合模型的拟合精度,一阶移动平均结构MA(1)显著提高了直径混合模型的拟合精度。模型检验结果表明:混合模型通过校正随机参数值能提高模型的预测精度。因此,混合模型在应用上不但能反映树高和直径的平均预测趋势,还能用方差协方差结构和误差相关性结构校正随机参数来反映个体之间的差异。     

异速生长模型的误差结构和误差函数

【目的】基于异速生长模型,构建兴安落叶松和樟子松立木材积模型,分析材积模型的误差结构和误差函数。【方法】采用Ballantyne(2013)提出的似然分析法判断兴安落叶松和樟子松立木材积模型的误差结构。为了对比,利用S-PLUS软件的广义非线性GNLS模块拟合非线性模型。针对模型拟合产生的异方差现象,采用误差方差函数(固定方差、指数函数、幂函数和常数加幂函数)消除异方差。采用确定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、绝对误差(Bias)和平均相对误差(MRE)对立木材积模型精度进行综合比较分析。【结果】1)经似然分析法判断,兴安落叶松和樟子松立木材积模型的误差结构是相乘的。2)为了描述立木材积模型构建过程中产生的异方差现象,将固定方差、指数函数、幂函数和常数加幂函数加入到立木材积模型中,所有方差函数都能降低材积模型的异方差性。幂函数消除兴安落叶松材积模型的异方差效果最好,常数加幂函数消除樟子松材积模型的异方差效果最好。3)非线性(相加误差结构)及线性(相乘误差结构)拟合和检验统计量的比较表明,对于两树种,相加和相乘立木材积模型拟合评价指标非常接近,具有相加误差结构的立木材积模型的拟合和检验精度略高于相乘误差结构的立木材积模型。【结论】兴安落叶松和樟子松立木材积模型的误差结构是相乘的。根据非线性及线性模型的拟合和检验评价指标对比发现,对数转换的线性模型并没有表现出绝对优势,而非线性回归却略优于对数转换的线性回归。本文并没有给出绝对和一致的结论,如果模型的预测是最重要的,建议对比非线性和对数转换的线性模型,选择精度较高的误差结构。针对兴安落叶松和樟子松立木材积模型的详细对比分析,建议选择非线性回归分析,即相加的误差结构。     

东北林区天然混交林的随机生长与演替模拟系统研究

从固定样地资料出发 ,构造地位指数函数、胸径生长历程函数、林分枯损函数等基础模型。在林分状态结构的极限分布是在正态分布条件下 ,建立林分状态动态结构的Weibull分布模型。通过建立密度、地位阻尼因子 ,实现基础模型向现行密度、地位模型的非线性过渡。通过定义树种重叠效应系数 ,成功地解决混交林按纯林模型有机的复合。本文以完全或不完全的初始胸径结构文件 ,形成t时刻的各组成树种广义林分结构向量。通过智能化模拟技术 ,重现 16 0年间红松林生长和演替过程 ,并完成区域性森林资源动态实时预测。     

海上风电机组与支撑结构一体化动力响应分析

以奉贤海上风电项目某5 MW单桩基础为例,分别建立一体化和分离式计算模型,对风浪联合作用下单桩基础结构动力响应进行了研究.一体化方法基于Bladed建立模型,包含叶片、机舱、塔筒、基础;分离式方法基于Sacs对交界面以下基础进行建模,进行结构的动力响应计算.一体化模型与分离式模型计算结果对比表明:分离式模型所得结构剪力...     

虚拟树木生长建模及可视化研究综述

虚拟树木,就是应用计算机模拟树木在三维空间中的生长发育状况,近年来已成为植物学、农林业、环境科学和计算机领域的研究热点.生长模型和可视化技术是它的核心内容.虚拟树木生长模型包括形态结构模型、功能模型和结构-功能模型等,其中结构-功能模型可以模拟树木与环境间的相互关系,其结果为树木的三维结构,因此它最为接近现实树木的生长,是虚拟树木生长模型的发展方向.树木形态的复杂性与计算时间和空间的矛盾一直是可视化研究中的难点.树木可视化还有不同于其他物体的特性,如多级分枝、枝条的弯曲、自相似、向光性、树木分枝间的光滑与非光滑连接等.树木可视化软件可分为2类:纯图形学软件和基于结构-功能模型的软件,其应用已涉及娱乐、商业、计算机辅助景观设计、教育、科研和林业生产等方面;但在树木构筑型数据的采集和管理、结构-功能模型的建立、树木可视化技术的研究及面向林业生产等方面仍需要大量的工作.     

森林资源预测模型及预测(之二)(预测方法和技术)

<正> 我们在“之一”中给出了描述林龄结构、直径结构、地类面积结构的林龄面积转移方程、直径转移方程、地类面积转移方程等森林资源预测模型。模型一般是真实系统的简化,真实系统的实质性特点应该在模型之中出现,以使得模型的功能与系统的行为是相同的或者相近似的。     

福建柏直径分布收获模型及其应用研究

应用Logistic方程描述福建柏人工林直径结构规律 ,结合林分因子模型、削度方程建立了福建柏直径分布收获模型 ,探讨了该模型在林分结构和产量 (蓄积量和出材量 )预估、用材林林木资产评估、经济成熟确定中的具体应用。     

基于BP神经网络的天然云冷杉针阔混交林标准树高-胸径模型

[目的]以吉林省汪清林业局金沟岭林场12块天然云冷杉针阔混交林样地为对象,基于12 953对实测树高-胸径数据,结合林分优势高分树种(组)建立基于BP神经网络的标准树高模型。[方法]在确定隐层节点数后经过反复训练得到各树种(组)的适宜模型结构,使用相同的建模数据(8块样地)求解两个传统的树高方程,再利用未参与建模的4块样地分别验证模型。[结果]表明:落叶松、云杉的适宜模型结构(输入层节点数:隐藏层节点数:输出层节点数)为2:5:1;红松、中阔(白桦、大青杨、榆树和杂木)的适宜模型结构为2:4:1;冷杉的适宜模型结构为2:8:1;慢阔(色木、水曲柳、黄檗、紫椴和枫桦)的适宜模型结构为2:7:1。[结论]与传统方法相比,BP模型不依赖现存函数,不需要筛选模型形式,而且BP模型各树种R~2高于传统模型,平均绝对误差、均方根误差均小于传统模型,其拟合精度和预测效果均优于传统方程,可以有效地预测树高。     

基于混合模型的落叶松微纤丝角模型

以黑龙江省七台河市林业局金沙林场9株人工落叶松2 790个样品数据为例,选择6个常用方程进行非线性回归分析,把拟合精度最高的修正Logistic模型作为微纤丝角基础模型y=b1/[1+ exp(b2x)]+b3,然后,利用S-PLUS软件中的NLME过程,拟合非线性微纤丝角模型.采用AIC、BIC、对数似然值和似然比检验等模型评价统计指标对不同模型的精度进行比较分析.结果表明:当对微纤丝角-年龄关系进行拟合时,b1,b2,b3同时作为混合参数时模型拟合效果最好.把相关性结构包括复合对称结构(CS)、一阶自回归结构AR(1)、一阶移动平均结构MA(1)及一阶自回归与移动平均结构[ARMA(1,1)]加入到微纤丝角最优混合模型中,一阶自回归与移动平均模型[ ARMA(1,1)]显著提高了微纤丝角混合模型的拟合精度.模型检验结果表明:混合模型通过校正随机参数值能提高模型的预测精度.因此,混合模型在应用上不仅能反映总体微纤丝角预测,而且能通过方差协方差结构和误差相关性结构校正随机参数来反映个体微纤丝角差异.     

林分结构可视化模型的原理及应用与展望

林分结构可视化是了解林分结构特征, 模拟现实林分自然演替与人工经营的重要手段。文中以林分结构可视化模型分类和特点为切入点, 介绍了林分可视化系统(LMS-SVS)的基本原理、发展历史和应用现状。与传统模型相比, LMS-SVS模型操作简便, 集成了多个功能模块, 可以实现林分结构与经营管理措施的实时可视化, 显示出更为广阔的发展前景。     

基于LISREL模型的水源林结构与功能关系研究

应用系统论方法对水源林结构与功能关系进行了阐述,并采用LISREL模型对水源林结构与功能关系进行了定量分析。结果表明,LISREL模型适用于水源林结构与功能关系的分析与研究;林龄、土壤厚度等结构因子对水源林功能具有重要的影响作用。     

古树名木年轮宽度及其影响因子相互关系系统的设计与实现

研究并设计了系统的结构模型,从这一结构模型中反映出,系统设计与实现的核心是“三库”(数据库、方法库、模型库),除了方法的定义外,将方法、模型、数据三者集中存储在关系数据库中进行管理,实现了“三库”的无缝连接。客户端程序界面采用面向对象编程语言实现,客户端与数据库的交互通过ADO接口技术实现。     

基于Weibull分布的林分结构可视化模拟技术研究

林分结构是林分生长和林分经营的理论基础,具有重要的生产实践和科研价值。以杉木人工林为研究对象,以30 m×30 m样地大小为例,以Weibull分布拟合林分直径结构,并进行x2检验。在已知林木算术平均胸径和林木株数的前提下,以C#语言为基础,结合Weibull分布模型、测树因子间关系模型、生物量估计模型、GDI+技术与MOGRE技术,实现了林分结构统计图表可视化模拟,并对林分进行了2维3维可视化模拟。结果表明:Weibull分布可有效拟合林分直径结构分布,可视化模拟技术使林分结构得到了更加直观高效的表达,为研究林分结构提供了新的技术手段,为提高森林经营管理水平提供了可视化决策平台。     

环洞庭湖防护林主要建群种生物量模型构建

根据环洞庭湖防护林的森林群落和树种分布特点,在研究区域共设置122个典型样地,样地根据气候区、立地条件、林分类型、群落结构、林龄等因素综合布设,实测样株生物量,利用树木各部分生物量之间存在相关关系,以树高、胸径为变量构建各分量生物量模型通式,共构建了马尾松、白栎、杨树、枫香、刺槐5个主要建群种生物量模型,模型结构为W=a(D2H)b。模型测算因子简单易得,各模型均具有较好的拟合精度和预估水平。     

磨牙中微管方向对结构损伤的影响

指出了人的牙齿在咀嚼中承受着变化多样的载荷,牙齿多孔的微观结构对结构损伤有着一定的影响。根据扫描电镜观察牙齿的微观结构,建立了3种二维的微观模型:椭圆微管长轴平行于圆周切向的周向椭圆孔洞模型、椭圆微管长轴平行于圆周径向的径向椭圆孔洞模型,以及微管为圆形的圆形孔洞模型。通过渐进损失讨论了微管排列方向对抵抗裂纹损伤的影响。结果表明:周向椭圆孔洞模型能有效增强牙齿抵抗微裂纹扩展的能力。这些结果对于天然复合材料的研究以及工程材料的应用有一定的指导作用。     

农用林业研究的回顾与展望

农用林业作为一种可持续发展的土地利用和经营方式,其目的就在于从木本和草本植物共生、共栖的土地单元内获益;其通常的做法就是把林木以多种排列方式种植于农田和牧场。植物问的互作关系可概括为正效(互助)、负效(竞争)和零效(共存)3种;农用林业经营管理的目标可确定为高产、稳产、持续。农用林业系统相关模型的种类有描述性模型、经验性模型和预测性模型3类;模型结构包括动态过程、响应概念、组分流结构、分层理论和子模型等5种。     

杉木中幼龄人工林胸径结构及预估模型

分析了不同年龄杉木同龄林胸径结构变化规律,并建立了林分胸径因子与年龄因子的回归模型,联合正态分布模型可预估不同年龄的杉木同龄林胸径结构。     

桤木幼龄林直径结构规律分析

林分直径结构规律的研究是森林经营的基础工作。以湖南省湘西地区花垣县桤木幼龄林标准地数据为基础,分析了其直径结构特征。利用四种分布函数对其直径结构进行拟合,同时对四种分布函数进行了卡方检验。通过拟合结果及卡方检验得出,湘西桤木幼龄林符合正态分布和Weibull分布,不符合对数正态分和伽马分布。利用Richards模型、Logistic模型及传统的三次方程模型对湘西桤木幼龄林株数累积百分数和相对直径关系进行拟合,结果表明:Richards模型、Logistic模型的拟合效果优于三次方程模型,并具有生物学意义。     

情报系统结构改革刍议

作者提出了一种二元结构的情报系统模型,以代替传统的三级结构的情报系统,并说明了新系统的结构形成、工作职能,指出了它具有强大生命力的原因。