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。     

参数化林木个体及林分场景可视化模拟技术

以湖南攸县黄丰桥国有林场为试验区,以1块林分边界规整的典型杉木人工同龄纯林为研究对象,测定林木胸径、树高、冠幅、冠高与活枝下高等测树因子及林木位置信息。研究冠形曲线函数,利用Direct 3D技术,实现冠形控制下的参数化林木模拟。研究林木模型格式转换方法,为林分场景构建提供模型数据,结合MOGRE技术,研究林分场景模拟技术方法,实现林分场景可视化模拟。结果表明：参数化林木个体建模算法简单适用,测树因子信息可直接用于林木个体可视化模拟,所建模型可体现林木个体差异,形态逼真;利用MOGRE技术可快速、有效模拟林分场景,所建场景真实感较强。此方法所需数据易于获取,适用性强,可对林木个体及林分场景进行逼真模拟,可为研究林木竞争关系、林分生长、林分结构与林分经营提供新思路。     

基于三维虚拟环境的林分结构调整可视化模拟技术

[目的]以真实林分三维场景为模型,结合计算机虚拟现实技术,实现对真实林分结构的调整优化可视化模拟。[方法]以湖南攸县黄丰桥国有林场杉木与鹅掌楸人工混交林为研究对象,采用可视化模拟技术,基于三维虚拟环境建立林分结构调整可视化模拟系统,实现对林分结构的优化调整进行可视化模拟。通过对林分的角尺度、大小比、混交度、开阔比等结构的计算分析,结合公告板显示技术和射线查询算法,在MOGRE构建的林分三维场景中对林分结构调整过程进行可视化模拟。[结果]样地林分结构经过调整后,平均树高由12.8 m变成13.6 m,平均胸径由17.1 cm变成18.6 cm;林分平均角尺度由0.449变为0.481,分布格局由调整前的均匀分布变成随机分布;林分平均大小比由0.511变为0.519,样地内林木生长更具有优势;林分平均混交度由0.093变为0.129,林分结构更加稳定,林分的整体质量也得到了提高。[结论]本研究采用可视化模拟技术和样地调查数据,构建虚拟三维森林环境,在三维场景中,森林经营者不仅能查看样地中每株林木构筑性属性,观察林分样地的整体状态,还能对林分结构进行优化调整,实现在虚拟森林环境中对样地林分结构调整进行可视化模拟。     

林分三维模型实时生成方法

针对现有林分可视化方法表现林木多样性不足的问题,以林分调查数据为基础,提出多样性林木三维模型构建方法,实现林分三维模型实时建立,对可视化直观反映林分三维结构状况具有重要意义。提出林木树干三维模拟方法,建立10参数的幂函数冠形控制曲线,形成林木多方向冠形控制模型,基于贝塞尔曲线构建10种形态类型的枝干模型,提出冠形控制下的林木枝干生成算法以及树叶模拟方法,实现了林木多样性三维模型实时构建。以每木调查数据为基础,根据林木形态数据,实时建立了林分三维模型。结果表明:林木冠形多样性模型得到有效构建,林分调查数据可直接为林分三维建模提供数据支持。该方法可实现林木多样性形态与林分特征因子的直观三维模拟。     

基于林分特征的林木个体信息估算可视化模拟技术

以湖南攸县黄丰桥国有林场为试验区,以6块典型的杉木人工同龄纯林为研究对象,研究林木径阶与其Voronoi多边形面积间的对应关系。以模拟样地为例,在林木株数、林分算术平均胸径与样地大小设定的前提下,研究林木空间分布格局特征,建立计算机模拟点阵生成算法;利用Weibull分布模型对样地内林木径阶分布进行估算,根据林木Voronoi多边形面积与其径阶间的对应规律,对林木胸径进行分配,参考林木测树因子估计模型对林木树高与冠幅因子进行估算;采用ArcgisEngine10开发技术,开发样地Voronoi多边形分析模块,结合GDI+与MOGRE技术,建立基于林分特征的林木个体信息估算可视化模型。结果表明:林木Voronoi多边形面积的算术平均值与所对应径阶间总体呈正相关关系;林木空间格局生成算法高效且适用;林木胸径因子分配考虑了空间环境的影响,贴近林木生长规律;可视化模拟技术可直观表现以上过程与结果,增强可操作性。此方法可用于解决由林分整体特征估算林木个体信息的难题,可为林业科学研究提供基础数据,可为森林可视化模拟提供技术参考。     

林分可视化模拟系统的设计

林分模拟可视化系统是针对林分分布、生长的专业模拟与可视化系统,在计算机上恢复与重建林分空间结构,动态模拟林分生长过程,预测林分生长情况,并进行二维、三维显示.本文分别从系统结构、设计流程、功能方面对林分模拟可视化系统进行了详细介绍.     

基于FORECAST模型的油茶林分可视化生长模拟

油茶是我国特有的木本油料树种,也是世界四大木本食用油料树种之一,以生态模型可视化模拟油茶生长规律对研究其抚育栽培模式及可持续经营管理决策有着重要意义。通过比较分析相关领域文献,整理收集了贵州、湖南、江西、福建、浙江五省60年油茶林分生长数据,借助林分水平森林生态系统模拟模型FORECAST模拟油茶纯林50年生长变化规律。模拟结果包括林分尺度的林分平均高、平均冠幅、林分株密度、林分果实生物量参数,及单木尺度的林木胸径、树高、枝下高、冠幅参数。在模拟预测油茶生长参数的基础上,本研究还借助模型可视化技术,三维再现了5年、15年、25年、45年生油茶林分空间结构,用以验证模型及辅助决策。结果表明模型FORE-CAST拟合油茶林分生长曲线效果较好,其输出参数可视化也逼真再现了林分尺度纯林场景,较好的验证了数据。     

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。     

杉木南方红豆杉人工异龄林林分生长状况与林分研究

研究14年生杉木林下套种南方红豆杉的林分生长状况与林分结构,结果表明,在适当间伐的杉木林下套种南方红豆杉可以形成人工异龄林,两种林木均生长良好。混交10年后形成的林分结构较合理,南方红豆杉与杉木的主要枝叶量分布于不同林层,林层呈镶嵌水平分布,空间相对独立。目前两种林木的枝叶开始出现了交叉与重叠,种间竞争开始出现,因此在后续的经营中需要进行适度的疏伐和修枝,以保证林分的正常生长。     

樟子松人工林空间结构优化及可视化模拟

为实现人工林的近自然化改造,以帽儿山樟子松人工林为研究对象,以可视化模拟为手段,以林分空间结构优化为目标,以常用空间结构参数(角尺度、混交度、大小比)为切入点,按照森林演替的一般规律构建樟子松人工林的空间结构优化方案,并将其与林分三维可视化模拟模型进行耦合,建立樟子松人工林三维可视化经营模拟系统.模拟实例表明:林分的平均角尺度从0.461提高到0.487,林木分布格局由均匀分布变为随机分布;林分混交度由0.284上升到0.308,混交程度得到提高;林分大小比由0.515变为0.481,林木个体生长的优势程度得到提高;基于林分空间结构的择伐,使林分空间结构得到了显著优化.该系统可以在虚拟森林环境中实现对森林经营过程的模拟、经营方案的评价和优化、林分未来生长状况的预测以及森林经营活动对林分结构的影响,为我国人工林的科学经营和管理提供一个全新的平台.     

落叶松人工林间伐技术优化研究*

本文以林分生长模型为基础，将林分的经营指数作为状态变量，将主伐时林分平均直径作为目标，将达到这一目标时林分总收获蓄积量作为指标函数，建立了离散确定性动态规划模型，编制了计算机模拟系统。利用此系统即可对落叶松不同培育目标下的最佳间伐时间、间伐强度和主伐年龄等进行决策。结果表明，优化决策方法在保留株数、间伐次数和总收获蓄积量上都优于一般决策方法，它既可对落叶松林分进行生长预测，也可为制定经营单位的经营     

林分断面积生长模拟理论与技术研究

林分断面积是众多测树因子中的核心因子。文中对林分断面积生长规律及其模拟技术研究进展进行了综述, 分析了自然生长林分与间伐林分断面积生长的异同, 并重点从生长方程的选取、断面积模型的分类研制、研制途径及间伐指标、林分自变量及密度指标以及单木竞争指标等5个方面探讨了林分断面积模拟研究进展, 指出林分断面积生长模拟理论与技术领域存在的问题及未来研究重点, 以期为相关研究提供借鉴与参考。     

林分断面积生长模型研究评述

林分断面积生长模型是林分生长和收获预估模型的体系的主要组成部分。在对常用的新面积生长模型Ｒｉｃｈａｒｄｓ型和Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ型分析的基础上，总结出断面积生长模型研究中应注意的４个问题；（１）选择的自变量应为３个，即立地质量指标、年龄和林分密度指标；（２）间伐林分模型应与未间伐林分模型同时考虑，进而详细介绍了用于间伐林分断面积预估的被压指数法；（３）间伐指标的构造需要伐前和后伐后的林分因子；（４     

抚育间伐对杉木人工林生长及出材量的影响

间伐对人工林生长及木材质量具有重要影响。在浙江开化开展了间伐强度（强度、中度和对照）和间伐方式（间伐1次,间伐2次）对杉木人工林生长及出材量等的影响研究,第1试验区大径材培育林分在第7年和第14年进行了2次间伐,第2试验区中径材培育林分仅在第12年时进行1次间伐。结果表明：22年生大径材培育林分和19年生中径材培育林分不同间伐处理之间树高、总断面积的差异均不显著。间伐显著增加了林木胸径的生长,大径材培育林分强度和中度间伐处理的平均胸径分别比对照增加13.78%和9.69%,中径材培育林分强度和中度间伐处理的平均胸径分别比对照增加12.28%和7.02%。间伐显著促进了林木单株材积的增加,2组试验林分活立木材积随着间伐强度的增加而降低,第1试验区22年生林分不同间伐强度之间活立木材积的差异不显著（P>0.05）,第2试验区强度间伐活立木材积显著低于对照（P<0.05）,中度间伐林分活立木材积与对照和强度间伐之间的差异不显著（P>0.05）。2组试验林分总蓄积和出材量也随着间伐强度的增加而降低,二者在3种间伐处理之间均没有显著差异（P>0.05）。间伐强度不能有效增加林分活立木材积和林分出材量,间伐次数对林分出材量及出材规格有重要影响。试验区杉木大径材培育以2次间伐,总间伐强度50%左右较为适宜,而中径材培育则以1次中度间伐（约25%）为宜。     

A simulation method for estimating growth losses caused by strip roads

The paper presents and tests a method for comparing real thinning with strip roads and a simulated selective thinning pattern without strip roads in the same tree stand. The simulation method includes growth models for single trees, and a computer program for carrying out different selective thinning patterns. Simulation proved to be a more reliable method than the simple comparison between the stand growth on 15 m wide zones including and excluding the strip road. The method reduces the effects of random and systematic differences, especially on the small experimental plots. The material of young and middle‐aged Norway spruce stands (19 plots) showed that the growth loss is 0–10% during the first ten years, depending on the width of the strip road and the density of the stand.     

黧蒴萌芽林改造中树种生长与林分结构的关系分析

以黧蒴 Castanopsis fissa 皆伐改造林分为研究对象,分析黧蒴萌芽林和改造树种的生长表现 及其与林分结构的关系,对改造效果进行综合评判。9 年生时黧蒴萌芽林生长显著高于套种树种,占 据林冠上层;套种树种处于林冠下层,受光照不足和发育空间限制,胸径和树高等生长指标下降,高 径比偏高,冠幅偏小。现有模式下树种间比较发现,树种间的生长和适应性存在明显差异,山杜英 Elaeocarpus sylvestris 和灰木莲 Magnoliaceae glanca 属于生长较快的树种,油桐 Vernicia fordii、红锥 Castanopsis hystrix、海南蒲桃 Syzygium hainanense 和香樟 Cinnamomum camphora 属于中等速生树种,格 木 Eryrophleum fordii 属于生长较慢树种。改造效果综合分析显示,该模式优势在于提高改造树种的干形 和自然整枝高度、抑制格木和香樟等树种幼林期虫害发生,不足之处在于黧蒴萌芽林生长快、密度高, 套种树种的生长受到抑制,长期来看面临较高的淘汰风险。根据改造树种生长、适应性和林分结构综合 分析,建议对改造树种进行针对性的空间释放,降低竞争压力,提高其生长潜力,保障林分健康发展。     

Effects of initial stand states on optimal thinning regime and rotation of Picea abies stands

Abstract

This study analysed the effects of young stand characteristics on optimal thinning regime and length of rotation periods for even-aged Norway spruce [Picea abies (L.) Karst.] stands. Stand development was based on a distance-independent, individual-tree growth model. The young stand data were collected from 12 well-stocked Norway spruce stands in southern Finland. Results showed that optimal thinning regimes and rotation period depend on site quality and initial stand characteristics. At the first thinning, optimal thinning type depended on initial density. Thinning from both ends of the diameter distribution turned out to be optimal for initially dense stands. At the second and subsequent thinnings, thinning from above was clearly superior. At a low interest rate, thinning from below was optimal for the first thinning regardless of stocking level. For the study data, optimal rotation periods varied from 61 to 92 years at 3% interest rate. The high variation in length of rotation period was due to the sensitivity of optimal length of rotation period to site qualities, initial stand structure and density.