基于支持向量机优化粒子群算法的活立木材积测算

材积模型是编制立木材积表的关键,通常用经验材积方程来预测材积量。由于树木生长具有不确定性,传统的材积方程很难有效地对模型的复杂性和多样性做出测算,导致目前活立木材积测算的准确率较低。为了提高活立木材积的测算准确率,将粒子群（particle swarm optimization,PSO）算法引入到活立木材积模型中,并用支持向量回归机（support vector machine,SVM）优化参数。PSO-SVM将活立木胸径和树高数据输入到SVM中学习,将SVM参数作为PSO中的粒子,把活立木实测材积值作为PSO的目标函数,然后通过粒子之间相互协作得到 SVM 最优参数,对活立木测算材积值进行模型测算并采用实测材积值验证。论文应用电子经纬仪与人工量测立木地径、胸径相结合的方法,通过软件计算求得400组树高、树干材积值;然后对300组数据集以活立木胸径和树高作为输入数据,材积为输出数据,采用粒子群耦合支持向量机（PSO-SVM）算法训练得到模型,并用100组数据进行预测;最后引用经典Spurr材积模型算法、BP神经网络算法和PSO-SVM算法进行了对比,其结果表明,PSO-SVM算法预测准确率最高,预测值与实测值间复相关系数达0.91,平均误差率为0.58%。     

全站仪测量立木胸径树高及材积的误差分析

立木材积表是常用的森林调查数表,胸径、树高和材积的测量精度直接影响到编制材积表的精度,该文以全站仪无损测量立木的原理和误差传播理论为基础,推导了测算胸径、树高、材积误差的数学模型,研究了各立木因子间的相关性及其误差变化规律。结果表明：树干各分段高度与分段直径间存在弱相关性,树干总材积的误差受各分段材积的方差和相邻两段材积间的协方差影响。全站仪立木因子测量理论误差材积大于树高和胸径,其中胸径、树高和材积的平均相对误差分别为0.070%、0.023%和0.235%,说明全站仪无损测量立木的理论精度均远高于不同目标的林业调查及编制材积表的精度要求,对大范围的林业生产实践有着现实意义。     

湿地松人工林地径与胸径树高模型的研究

应用样木资料,采用多方程分析对比法建立胸径与地径及树高与地径的相关数学模型,所建立的模型平均相对误差低于2％,预估效果理想,从而为通过地径的测定,应用二元立木材积表测定湿地松人工林被伐木材积提供了科学依据,在实践上有应用价值。     

广西桉树干形变化的研究

根据广西四个林场四种桉树(隆缘桉、柠檬桉、野桉、大叶桉)的八份样本2588株样木的材料,用四种干形指标:f_实、f_D、f_(1.3)和q_2研究其干形变化特点。从比较发现合浦山口林场隆缘桉平均f_实(0.331)特别小,沙圹之(二)大叶桉平均f_实(0.436)特别大。经分析认为前者因濒海受沿海常风影响,后者因冰挂断梢测得树高偏低所致。根据1750株样木计算结果表明:广西不同地区的四种桉树间的f_实和F_D都很接近,相差一般不超过0.01,完全可以把它们作为一个单元(树种组)研究其干形变化以及编制材积数表。求得桉树的■_实=0.372,■_D=0.381,各树高组或各径阶的平均值与总平均值也很接近,表明不受树高的明显影响,可用于计算林分或林区蓄积。所揭示出的桉树■_实(=0.37)在我国主要乔木树种中是最小的。     

广西桉树二元材积表编制的研究

本研究以广西1678株在正常情况下生长经过干形比较分析的桉树样木为依据,比较检验了部颁桉树二元材积表内含干形值,发现存在显著差异,有必要研制符合广西实际的桉树材积表。针对生产需要,本研究除提供二元带皮材积表外,还研制了二元去皮材积表和上至去皮尾径6厘米的经济材材积表两个新表种。制表采用屯算技术并选用8个材积方程进行拟合。比较其相关指数和回归剩余标准差后选定材积方程(1)式作为编表的主要依据。其中带皮材积方程为:V=0.0434785—6.75245×10~(-3)D 2.73652×10~(-4)D~2 5.02044×10~(-4)DH 1.54609×10~(-5)D~2H-3.35291×10~(-3)H。编成的材积数表,经对其内含干形值的实际检验,差异一般在3%以内,良好地反映了广西桉树干形结构特征,数表的精度完全符合要求。     

利用人工模拟降雨法提高测钎法精确度

在一定的降雨条件下,采用人工模拟降雨法与测钎法计算土壤侵蚀量并进行对比,分析两者相关性,对测钎法进行校准,以提高该方法的精确度。在雨强40 mm/h、降雨历时30 min、坡度8°、地表覆盖度0、初始土壤容重1.23g/cm~3、土壤含水量14.79%的试验条件下,测钎法计算的土壤侵蚀量结果小于人工模拟降雨法计算的结果,两者相差19%~30%。相关分析结果表明,测钎法结果与人工模拟降雨法结果之间呈极显著的正相关(R=0.981,P0.05)。通过建立回归模型方程y=1.431x-27.237,可对同类条件下运用测钎法的计算结果进行校正,使之更加接近真实的土壤侵蚀量。未来,进一步研究在不同条件下两者之间的关系,将为利用测钎法进行野外堆土坡面水土流失监测提供更加准确的数据支持和决策指导。     

用机载LiDAR点云数据估测海南博鳌人工经济林单木参数

激光雷达是目前发展迅速的一种主动遥感技术,其发射的激光脉冲能穿透树林冠层,实现森林三维结构特征的获取。为验证机载激光扫描器提取森林单木参数的可行性,该研究以海南省博鳌机场周边人工林为研究对象,使用机载激光扫描器Mapper5000（中国）获取的点云数据,探索对人工经济林单木参数估测的可行性。根据研究区的地形和林木结构特征,分别对槟榔和橡胶2个树种进行单木参数提取,使用K-means分层聚类对不同样地的林木进行单木分割,提取样地内单木树高、冠幅、胸径、材积和地上生物量。结果表明,2个树种的单木分割正检率均在85%以上,总体平均正检率在90%以上;单木树高、冠幅、胸径、材积、地上生物量估测结果的决定系数均达到0.8以上,与同类的研究相比,估测精度较高,说明该点云数据对提高森林参数估测精度有积极作用,机载激光雷达技术在森林资源精细调查中有较大的应用潜力,同时也可应用于相关果树生长情况监测,为数字果园的发展提供技术支撑。     

Development and experiment of handheld digitalized and multi-functional forest measurement gun

为了实现森林的数字化、多功能、精准计测,该文研制了一种数字化多功能电子测树枪,该设备以MEMS（micro-electro-mechanical systems）测角传感器、激光测距传感器、电子罗盘等主要硬件为基础,通过测量距离、倾角、磁方位角3个参数,基于三角函数原理,嵌入操作软件,实现了树高测量、林分平均高测量、株数密度测量、角规绕测、任意高度直径测量、基本测量6项功能。并将该设备在河南省、内蒙古等地林场进行了试验,试验结果表明,树高测量精度最高,达99.39%,林分平均高测量精度最低,为94.97%,其他功能精度都在95%以上,可以满足林业外业调查的需要。     

手持式数字化多功能电子测树枪的研制与试验

为了实现森林的数字化、多功能、精准计测,该文研制了一种数字化多功能电子测树枪,该设备以MEMS(micro-electro-mechanical systems)测角传感器、激光测距传感器、电子罗盘等主要硬件为基础,通过测量距离、倾角、磁方位角3个参数,基于三角函数原理,嵌入操作软件,实现了树高测量、林分平均高测量、株数密度测量、角规绕测、任意高度直径测量、基本测量6项功能。并将该设备在河南省、内蒙古等地林场进行了试验,试验结果表明,树高测量精度最高,达99.39%,林分平均高测量精度最低,为94.97%,其他功能精度都在95%以上,可以满足林业外业调查的需要。     

置换法在水土保持泥沙自动监测研究中的应用

依据《河流悬移质泥沙测验规范》(GB/T 50159—2015),采用置换法测沙原理,研究制作自动测沙模型,获取浑水质量、水样温度等试验参数,结合预先测定的置换系数、清水质量等相关参数,代入程序设定计算公式测算含沙量,并分析模型设备测沙精度。结果表明:通过在自动测沙模型出水口取样烘干对比,模型测验精度达到了90%以上,且在一定范围内,水样含沙量越大测验精度越高。置换法原理可以应用于水土保持泥沙自动监测,严格按照规范要求设计操作即可达到较高的观测精度,并且可以进一步开发延伸,实现监测信息化、数字化。     

基于无人机倾斜航空影像的树冠体积测算方法

树冠是结构复杂的不规则体,对树冠体积的精确测定一直是树木测量研究中的难点问题。该文以消费级多旋翼无人机对目标树木进行倾斜摄影获取的多角度航空影像为基础,通过空三加密处理生成目标树木的三维点云模型;用等高线法分割树冠点云,并确定树冠最优分割层数;用投影法对点云数据进行转化,并选取测算点计算树高和树冠任意横截面积;对分割后各规则体的体积进行累加获得树冠体积。结果表明:8棵目标树木的树高测算值相对误差为1.46%～4.10%,平均相对误差为2.88%;树冠体积测算值的相对误差为6.95%～12.39%,平均相对误差为9.42%;精度均可满足林业调查中对于树高和树冠体积测量结果的要求。利用无人机倾斜航空影像建立单木的三维点云模型并进行树冠体积测算的方法是可行且有效的,该方法可为研究单木树冠几何参数的提取提供参考。     

台湾峦大杉胸径与树高生长相关模型研究

采用随机抽样调查的方法,对福建省闽清峦大杉的胸径与树高生长模型进行了测定,通过回归分析的方法筛选出了胸径与树高的最佳相关模型。结果表明,峦大杉胸径与树高最佳相关模型为H=1．6928e“1037D,相关系数r=0．945,剩余标准差为0．106,经显著性检验,达极显著水平,回归方程总体系统误差为-0．0153％,精度较高。     

基于三维激光扫描成像系统的树木干曲线的分形特征

树木干曲线具有分形的结构,文章应用分形方法对甘肃小陇山地区86棵不同树种的单木以及解析木干曲线进行研究,通过计算得到干曲线的分形维数介于2-3之间,研究结果表明同一树种树木干曲线的生长趋势是一致的。经过对单木干曲线和标准解析木干曲线分形维数的测定以及比较分析,可以发现同一树种不同径阶的树木干曲线具有统计意义上的自仿射分形特征,表明分形方法在对树木及其组成部分的形态上的描述作用极大。文章针对立木的测量,采用三维激光扫描成像系统,不仅获得了丰富的测树因子信息,更以此为基础对森林计测学研究进行了扩展,是一项非常有意义的工作。     

厦门坂头林场生态风景林造林效果分析

厦门市坂头国有林场2007年在采伐迹地上营造香樟、小叶榕、木荷建设生态风景林,经过7年的生长观察,结果表明:香樟和小叶榕年平均生长量分别为:树高0.69m、0.59m,胸径0.86cm、0.75cm,蓄积总生长量49.03 m3/hm2、36.05 m3/hm2,年均生长量7.0 m3/hm2、5.15 m3/hm2,树冠体积52.47 m3、49.5 m3,林木生长旺盛,能迅速形成景观效果,是生态风景林建设的良好树种。木荷由于种植在立地条件相对较差的位置,其生长也较快,可作为生态风景林建设的树种,除作防护林带经营外,也可作为用材林。     

基于超声波传感器和DGPS的果树冠径检测

为实现果园果树的仿形精确喷雾，适时获取果树冠径信息，采用超声波传感器，GPS接受机和电子罗盘等在拖拉机上建立了一套果树冠径检测试验系统。并在室外对5个圆柱规则外形树冠进行了检测试验。试验分别采用4种树冠直径检测计算方法，并选择0.31 m/s和0.65 m/s两种不同拖拉机行驶速度进行检测。采用误差分析的方法检验果树冠径检测系统的实际检测效果。误差分析表明拖拉机分别以0.31 m/s和0.65 m/s速度行驶时，应用超声波探测果树树冠两个轮廓边缘计算5个树冠直径的平均相对误差分别为5.54%和5.80%。用电子罗盘和DGPS数据进行加权平均融合修正拖拉机行驶轨迹，由超声波检测到的果树两个轮廓边缘的位置信息计算果树直径，在两种检测速度下的平均相对误差为14.38%。研究结果为果树仿行喷雾控制和果园果树生长信息采集提供了技术方法。     

基于三维点云数据的苹果树冠层几何参数获取

针对果园环境下苹果树冠层参数获取精度较低的问题,提出了基于地面三维激光扫描仪高精度获取苹果树冠层参数的方法.选用Trimble TX8地面三维激光扫描仪作为苹果树冠层三维点云数据采集设备,提出了基于标靶球的KD-trees-ICP算法,用于高精度配准苹果树冠层三维点云数据.研究了平均风速小于4.5 m/s时,距离地面三维激光扫描仪不同远近条件下的标靶球配准残差和拟合误差的变化规律,分析结果表明,标靶球平均配准残差为1.3mm,平均拟合误差为0.95 mm,低于大场景测量配准误差要求(5mm).为了提高有风环境下提取苹果树冠层参数的精度,研究了0.9～4.5 m/s区间平均风速影响下的苹果树冠层枝干、果实、叶片的三维点云质量,建立了风速与叶片侧面厚度的曲线拟合模型,分析结果表明,在果园平均风速小于1.6 m/s时可以从苹果树冠层三维点云数据中提取高精度冠层参数.利用地面激光三维扫描仪获取距离苹果树12 000 mm以内冠层参数,测量精度高于人工测量,相对误差小于4％,为果树高通量信息获取提供了技术支持.     

Factors affecting diurnal stem contraction in young Douglas-fir

Diurnal fluctuation in a tree's stem diameter is a function of daily growth and of the tree's water balance, as water is temporarily stored in the relatively elastic outer cambial and phloem tissues. On a very productive site in southwestern Washington, U.S.A., we used recording dendrometers to monitor stem diameter fluctuations of Douglas-fir at plantation ages 7 and 8 and related the fluctuations to environmental variables measured on-site. Growing-season diurnal stem contraction (DSC) averaged 0.21% of stem diameter, while dormant-season DSC averaged 0.03% of stem diameter. Maximum daily stem diameter generally occurred between 7:00 and 9:00 Pacific Standard Time (PST) and minimum stem diameter occurred between 17:00 and 20:00 PST. Diurnal stem contraction during the growing season was predicted by a model that included vapor pressure deficit and solar radiation (adjusted R² = 0.84). A similar model predicted DSC during the dormant season with an adjusted R² = 0.26. Soil water availability was high, and soil water content was not correlated with DSC. On four of the coldest winter days (mean daytime air temperature <0 °C), large decreases in stem diameter were observed. Recording dendrometers, used for continuous diameter measurements throughout the growing season, have the potential to provide important information not only on tree growth but also on a tree's water balance.     

Effects of Phosphorus Fertilization,Seed Source,and Soil Type on Growth of Acacia koa

ABSTRACT

The endemic tree Acacia koa is used to reforest abandoned agricultural lands in Hawaii. Growth may be constrained by soil infertility and toxic concentrations of aluminum (Al) and manganese (Mn) in acidic Oxisols and Ultisols. The effects of phosphorus (P) fertilization at time of planting, soil type, and seed source on koa growth were studied for three years. Phosphorus, applied as triple superphosphate and at rates of at least 300 kg P ha^?1, significantly increased height, basal stem diameter, crown volume, and aboveground wood biomass of trees from the local (Oahu) seed source, but not those from off island (Hawaii). Manganese toxicity in the Oxisol probably slowed growth of the off-site trees. The local seed source grew similarly in both soil types, but the survival rate was lower in the Ultisol, possibly due to its lower water-holding capacity. Increased growth due to fertilization suggested improved P status, but such improvement was not detected by foliar analysis.