依据不同空间约束的人工林森林经营规划模拟

以孟家岗林场人工落叶松林和人工樟子松林为研究对象，基于2016年森林资源二类调查数据，建立4种不同约束条件的森林规划模型，分析不同空间约束对规划结果的影响。4种规划模型均以规划期内木材产量最大化为经营目标，均含有最小收获年龄、蓄积均衡收获、各分期蓄积收获限额、采伐次数及[0-1]型决策变量等约束，其中非空间模型仅包含以上非空间约束，其他3种空间模型除上述约束外，邻接模型不允许相邻小班在同一规划分期内同时采伐，T_m=1模型不允许相邻小班在相邻的一个分期内被采伐，T_m=2模型不允许相邻小班在相邻的两个规划分期内被采伐。基于Lingo11.0软件求解的结果分析可知，与非空间模型相比，3种空间规划模型的目标函数值分别较非空间模型减少了约0.53%、4.39%和18.12%,经T检验可得，非空间模型、邻接模型及T_m=1模型之间无明显差异，T_m=2模型与其余3种规划模型之间均差异显著，4种约束条件下规划期末龄级面积分配均有所改善，其中T_m=1模型龄级调整效果最好。在森林规划过程中加入空间信...     

基于BP神经网络的华北落叶松小班蓄积预估模型研究与应用

林分蓄积是衡量小班林分生产力的重要指标。选择华北落叶松人工林小班数据,对以年龄、公顷株数和立地指数为自变量,小班公顷蓄积为因变量的BP (back propagation)神经网络模型和多元回归模型进行研究。研究结果表明:①BP神经网络参数最优组合:三层网络结构包括输入层3个神经元,隐含层10个神经元和1个神经元,输出层1个神经元,R语言算法选用含有动量的自适应梯度下降法,MATLAB软件算法选择Levevberg-Marquardt法;②多元回归模型中,生长理论方程为基础修正函数"Logistic+幂函数"组合的修正模型V=SI~(0.977 2)N~(0.510 3)0.500 1/[1+44.226 1exp(-0.146 6t)]表现最优,其决定系数R~2为0.721 8;③BP模型预测精度最高,其次是多元回归模型和材积表法。基于以上研究,为了提高BP模型的实用性,通过JAVA和R语言编程方式,将构建BP神经网络小班蓄积预估模型存储到收获预估模型的模型库中,在人工林收获预估中实现BP模型的调用,实现从经典的数学模型形式向智能化软件方向发展,提高BP模型在实际生产中的可操作性,为森林经营作业提供决策支持。     

瑞典南部Ostad区私有林多目标森林经营中期规划

目的根据瑞典私有林多目标经营的主要做法,对瑞典南部Ostad区进行为期10年的中期森林经营规划, 以期实现木材收获和生态保护的双重目标。方法规划包括样地调查、ProdMod生长预测、结果分析和计划制定。调查开展的时间为2017年10—12月, 调查地点为Ostad区全区206.27 hm2的89个小班。结果根据规划,截至2027年共有15个小班、2 136.40 m3的蓄积需要间伐,净收入为278 480.80瑞典克朗;33个小班、15 497.00 m3的蓄积需要进行皆伐收获,净收入为1 481 695 838.00瑞典克朗;27个小班、45.39 hm2的面积需要进行更新,共花费1 804 742.88瑞典克朗;9个小班、13.75 hm2的面积需要抚育,共花费18 956.00瑞典克朗;22.87 hm2的森林面积被增设为生态保护区范围。结论截至2027年,Ostad区将有170.88 hm2的面积作为用材林,35.39 hm2的森林面积作为生态保护区,总收益为14.80亿瑞典克朗,净现值为12.19亿瑞典克朗。在本次规划中,10年间收获量小于生长量,实现了可持续的基本收获目标;规划期末林分合理的年龄分布确保了稳定的年收入,扩大的生态保护区面积为区域内的动植物保护提供了重要场所。规划基本达到了木材收获与生态保护的双重目标。此外,规划仍存在一些不确定因素可能会对经营结果产生影响,如自然灾害、市场波动和气候变化,经分析,本规划将通过提高收益和调整经营树种来应对这些不确定因素。      

202008目录

  目的  长期以来，我国森林经营研究主要集中在林分（或样地）尺度上，以期总结出适用于各种林型的最优经营模式，而忽略了不同经营选项的时空配置问题。因此，本文将在传统木材收获规划模型的基础上引入碳增量目标建立能够兼顾不同择伐强度时空配置的多目标空间经营规划模型，以期为我国森林资源的多目标经营管理提供理论依据和技术支撑。  方法  本研究在森林分类经营思想指导下，以大兴安岭塔河林业局盘古林场为研究对象，以规划周期内木材生产和地上乔木层碳增量的经济收益为经营目标，以规划期内木材均衡收获、期末碳储量及择伐措施时空分布为主要约束，最后采用模拟退火算法建立经营单位尺度森林多目标空间经营规划模型；基于该模型，在我国当前碳贸易和木材市场的双重约束下，确定盘古林场50年规划期内最优森林经营方案，分析最优森林经营方案内各分期木材收获量、碳增量以及择伐措施的时空分布特征。  结果  当碳价格为120元/t时，盘古林场50年规划周期内碳汇木材复合经营的经济收益可达1.54 × 108元，其中木材收益1.37 × 108元，碳收益0.17 × 108元；规划期内木材产量累计达1.78 × 106 m3，碳增量达1.68 × 106 t，期末碳储量达5.99 × 106 t，单位面积平均碳储量较规划期初增加了约38.98%；规划期内受保护面积44.36%，总择伐面积48.01%，未经营面积7.63%，其中重度择伐面积约占研究区域总面积的41.78%；同时，各分期内不同择伐作业方式的配置存在显著差异，其中重度择伐作业的收获蓄积、择伐面积以及择伐小班数量均占各自总体的90%以上；最优森林经营方案具有显著的空间分布特征，但均符合规划模型的各项约束条件。  结论  森林碳汇木材复合经营规划结果具有多方面优势:（1）均衡收获能够保证整个经营单位在规划期内始终获得相对稳定的经济收入，从而保障林区经济社会的可持续发展；（2）期末碳储量约束能够有效避免森林资源的过度采伐，进而确保森林碳汇效益的持续发挥；（3）规划模型能够在兼顾森林木材生产和碳汇功能的同时合理安排经营措施的时空分布，这些均对我国森林资源的多目标经营管理具有重要借鉴意义，但进一步研究和确定恰当的约束参数是构建切实可行的森林多目标经营规划的关键。      

基于碳和木材目标的森林空间经营规划研究

以大兴安岭地区塔河林业局盘古林场为例,以模拟退火算法为优化技术,以经济收益为基础,建立能够兼顾森林木材生产、碳储量和经营措施时空分布的多目标规划模型。规划周期由3个10年的分期组成,目标函数包括最大化木材和碳储量贴现净收益、最小化采伐成本,而约束条件则主要涉及最小收获年龄、收获次数、收获均衡以及空间邻接约束等。同时,还评估了一系列碳价格对规划结果的影响。结果表明:由于规划模型中空间和非空间约束的限制,规划期内获得的各种经济收益、木材产量以及碳储量等均随着碳价格的增加呈显著的非线性变化趋势;与碳价格为0元/t时的规划结果相比,当碳价格为我国当前现行碳交易的平均(25元/t)和最高(50元/t)价格时,规划期末的总经济收益分别增加了2.06%和3.91%,但规划期内木材产量和碳储量却无显著差异;如果仅从经济角度考虑,则能够使规划期末单位面积碳储量增加的最低碳价格为1 000元/t。同时,研究结果还表明碳价格虽然显著影响规划期内不同经营措施的采伐面积比例,但规划结果均满足均衡收获约束。      

基于森林资源二类调查数据的杉木人工林收获表编制

应用旌德县庙首林场198个杉木人工林小班数据,选用3种林分因子生长模型拟合杉木人工林林木生长过程,用非线性麦夸特迭代求解法,确定各模型参数、剩余离差、相关指数等;根据相关指数最大、剩余离差最小原则,确定最佳杉木人工林林分因子最佳生长模型。结果表明,理查德模型拟合效果最好,直径(D)=455.409 9SI0.197 6(1-e-0.000 2 t)0.753 4,树高(H)=8.926 8SI0.370 2(1-e-0.029 4 t)1.103 9,蓄积(M)=98.808 5SI0.306 3(1-e-0.132 3t)4.709 7。根据上述模型编制的杉木人工林经验收获表,可以为庙首林场杉木人工林林分收获预估及森林经营决策提供依据。     

多功能农用机器人路径规划的多种优化算法

针对多功能农用机器人路径规划问题,提出禁忌搜索算法(TSA)、模拟退火算法(SAA)、遗传算法(GA)、蚁群算法(ACO)等4种路径搜索方法。为测试算法实际效果,以4种不同规格环境模型为研究背景,以距离最短、程序耗时最少、收敛代数最小为评价指标,运用Matlab软件对算法规划路径过程进行仿真测试。结果表明,4种算法均能为农用机器人规划出距离最短的优化路径;在作物种植区节点规模较小环境下,与其他3种算法相比,蚁群算法具有较强的全局搜索能力,且不易陷入局部最优;在作物种植区节点规模较大环境下,遗传算法全局搜索能力优于其他算法,可通过增大种群数量和增加收敛代数获取最优路径。     

基于机载激光雷达数据的天山云杉林蓄积量反演模型构建

构建多变量的天山云杉林Schumacher蓄积收获模型,提高林分蓄积量反演精度,获得便捷、快速提取森林蓄积信息的技术方法,为探索山地天然林精准监测与评价提供技术途径。以2020年激光雷达影像与样地实测数据为研究材料,在激光雷达影像图中提取遥感因子,代入Schumacher蓄积收获模型中,通过再参数化来构建适用于天山云杉林的可变密度收获预估模型,并进行精度检验。结果表明,激光雷达影像分辨率较高,进行点云数据处理后,树高提取精度为89.64%,每公顷株数提取精度为85.13%,坡度提取精度为84.26%,坡向提取精度为84.26%,海拔提取精度为97.25%。结合Schumacher蓄积收获模型构建天山云杉蓄积量反演模型,R²=0.80,将检验数据代入模型中,估测蓄积量与实测蓄积量平均精度为90.22%,模型的拟合度较好。研究将立地因子、林分密度、林龄等变量引入Schumacher蓄积收获模型,对于天山云杉的蓄积估测精度有较大提高,优于以往经验模型,满足新疆山地天然林数字经营管理的标准。     

基于决策树集成学习的桉树蓄积预估模型研究

林分蓄积是衡量小班林分生产力的重要指标。以广西高峰林场速生桉为研究对象，以年龄、密度两个林分因子和坡向、坡位、坡度、土壤等立地因子作为自变量，公顷蓄积作为因变量，利用非集成、集成学习方法构建9个决策树模型，选择最优决策树模型预估不同年龄的桉树蓄积。结果表明：①集成学习决策树模型精度高于非集成模型，串行集成类模型boosting精度高于并行集成类模型bagging，其中串行集成模型中XGboost模型评价指标最优，训练集R2为081，RMSE为044；测试集RMSE为048，MAE为034。② 最优模型XGboost自变量重要性占比大于1%，依次为年龄(78%)、海拔(49%)、土层厚度(38%)以及密度(32%)，其中年龄重要性远高于其他变量，纵向海拔高度影响大于空间位置上的横向坡度，造林密度影响程度低于土壤因素。③模型结果在广西其他地区同树种泛化测试精度R2为0785，P值为22E-16，符合检验标准，说明该模型针对广西部分地区速生桉树种生产力预估结果较好，可以为林场造林收获预估提供依据。     

基于空间约束的村级森林收获调整研究

【目的】探索建立具有空间相邻约束的森林收获调整模型的方法,为制定乡村集体林的采伐规划、实现森林资源的可持续利用提供方法和依据。【方法】以福建省永安市洪田村的杉木用材林为研究对象,利用森林资源档案数据,将空间相邻约束纳入到森林采伐作业中,运用混合整数规划方法,构建村级森林收获调整的空间优化模型。【结果】在未来10年内,洪田村杉木用材林的最大允许采伐量为8 623.5m3;根据最优可行解可以确定各小班的采伐决策和具体地点,有效阻止采伐相邻斑块,保证利用成熟林、过熟林而避免采伐未成熟林;2个分期的木材收获量分别为4 106.5和4 517m3,实现了木材的均衡生产。【结论】村级森林收获调整的空间优化模型在保证最优采伐量的同时,有效保护了当地生态环境,促进了森林保护与利用的良性循环。     

一类解决Job shop问题的改进进化规划

将进化规划与模拟退火算法相结合．提出了一种有效的混合调度算法。采用有较强突跳能力的模拟退火算法代替传统进化规划中的变异算子，增强了全局探索能力．减小了入局部极小值的机会；采用基于调度AOE网中关键路径的状态产生函数，缩小了搜索邻域，提高了算法的效率。仿真结果表明，该算法具有较高的求解质量和效率。     

近自然森林经理计划技术体系研究

随着我国林业发展战略从“以木材生产为中心”到“以生态环境建设为中心”的转变,森林经理学需要从原有的木材永续利用为目标的体系向以森林生态系统多功能可持续经营目标的体系改革和发展,面临着调整发展目标、更新指导理论和创新计划方法的挑战。通过探讨多功能可持续森林经营的3个基本问题,提出了在森林生态系统多功能可持续经营目标指导下的近自然森林经理计划技术要素,包括群落生境分析制图、森林发展类型设计、目标树作业方法、垂直结构导向的经营周期计划模式等4个主要技术要素的基本概念;提出一种实现多功能生态林业目标的,具有理论基础完备、技术要素先进和作业实施可操作特征的新型森林经理计划模式,并分析了在我国林业生态建设和发展中应用的前景。     

Path planning for in-field navigation-aiding of service units

Agricultural field operations, such as seeding, harvesting, spraying, and fertilizing, are typically carried out by multi-machinery systems comprising one or more self-propelled or tractor-pulled units, and one or more service - mainly transport - units. The operation of a service unit must be carefully planned because its execution efficiency can significantly affect the productivity of the whole system.In this paper, an algorithmic approach for the generation of optimal in-field paths to be followed by service units, was developed and demonstrated. Both stationary and on-the-go unloading operations are supported. The approach was based on an abstraction of a field as a two-dimensional grid, with each grid cell representing obstacle, free, initial, or goal region. By defining also the action spaces of the grid states (service unit moves one cell up, down, left, or right), the arcs and nodes of a discrete transition graph are created and by using a graph search algorithm the optimal path is generated. A number of simulated experiments were performed in order to demonstrate the paths that result from invoking the above-mentioned planning method.The algorithmic path generation can provide the basis for a navigation tool dedicated to service units, which can increase the overall field efficiency of the operations executed by cooperating machines and reduce the adverse effects of the heavy machine traffic on the soil. The low computational requirements of the proposed method make it feasible as an implementation of the optimal planning for large scale operations executed by cooperative machines.     

贵州省林业发展现状与现代林业建设对策

本文从林业资源、林业生态、林业产业、林业保障体系,分析了贵州省林业发展现状;指出了贵州省在森林资源分布、林业总产值和产业结构、林业资金投入方面存在的问题。提出了贵州现代林业发展应科学规划全省林业布局、大力发展林业产业、建立多元化的林业投资体系的对策。     

基于量化模型的土地利用格局优化及景观效应分析

我国正处于城市化和工业化快速发展阶段,城乡结合部成为土地利用性质和生态系统变化最剧烈的地区,因此本研究建立土地利用格局优化模型模拟评价其景观效应。研究方法在Bos 森林分区模型基础上加以改进,主要包括：加入二次函数项体现土地单元的空间性;加入非对称权重系数矩阵突出相邻土地单元的用途兼容性;加入强制约束条件凸显土地单元的生态连续性。模拟结果表明：（1）“欧氏平方距离”可以令区域内含有不同保护意义的核心区;（2）“不可逆土地利用兼容性”可以聚合相似土地适宜性单元同时使边缘总长度最小化;（3）“连通性限制条件”可以降低景观破碎度并有利于兼容性土地用途的聚合。本研究是基于现有规划作出调整,只要有现存规划就能获得模型所需的大部分数据,所以不失为一种快捷且低成本的定量模型方法,既可以凸显土地利用格局的冲突,又能最大程度降低规划的主观性和不合理性,提高土地利用系统的生态功能。     

台山县林业总体开发规划的决策分析

本文运用系统工程原理,借助环境辨识模型,对台山县的自然和社会环境进行了辨识,获得优势、制约和潜力环境因子;分析了该县林业发展的阶段性和林业资源特点;并进一步用系统诊断模型对该县森林生态经济系统进行诊断,把现实系统在时间、空间上层层展开,从而找出问题的根源、潜力、途径、优势和突破口;最后在前面研究的基础上,提出该县林业总体开发规划的总目标,并用层次分析模型进行总体开发规划的决策分析,提出总体开发规划的目标、规划区和措施。     

山区农民林业收益分析及增收对策的案例研究

以浙江省建德市为案例,在分析林业发展过程的基础上,采用聚类分析的方法,对农户林业与收入进行了定量分析,并从农户收入类型、农户林业经营项目收益类型、农户所在区域差异等3个层面对聚类结果进行了深入剖析,将当地农户林业收入类型分为收入高型、收入中高型、收入中等型、收入偏低型以及收入低下型等5种类型。指出当地林业发展存在着林地经营面积分散、融资渠道窄、种植技术缺乏、劳动力外流和销售渠道不完善等主要问题。对促进当地林业发展,增加农民收入的对策进行了探讨,认为以政府制定优惠政策,加大林业资金投入和技术推广力度,完善销售网络为基础,鼓励个人承包山林,经营林业项目,发展经济高效林为主要手段是促进山区农民增收的必然途径。图1表1参12     

中国森林可持续经营的挑战与对策

森林是陆地生态系统的主体和联系环境与发展的重要纽带。文中在分析了中国森林、林业的现状和森林可持续经营的问题与困难的基础上，初步探讨了森林可持续经营的对策。中国森林可持续经营基本的要求、任务和途径分别是保护好现有的森林资源、并不断扩大新的森林资源和实验森林的分类经营。为了促进中国森林可持续经营的实施，当前紧要的任务是建立森林可持续经营的支撑体系，这些体系包括森林资源与环境的监测体系，森林可持续经营的标准与指标体系，林业生态保障体系，森林资源规划与管理体系，森林与林业政策、法规的保证体系，以及加强公众在实施森林可持续经营过程的参与等方面。