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。     

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。     

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。     

林分可视化系统在官司河流域马尾松林的应用

林分可视化系统(Stand Visualization System,SVS)是模拟林分的生长状况、空间分布以及预测林分未来发展趋势的三维可视化软件。本文利用对长江上游防护林重点建设区绵阳官司河流域马尾松林林分调查数据,采用林分可视化系统展示马尾松林林分可视化流程,并对样地树高分布图、样地径阶分布图、样地冠幅比分布图、样地森林覆盖率等林分信息图进行了分析和讨论,对于官司河流域马尾松林资源管理具有重要的意义。     

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.     

应用地理信息系统进行林木空间模拟分析

把地理信息系统方法引入林分空间结构研究中，对具体指定林分(硬阔叶林和白桦林)的林木空间分布进行模拟分析，获得它们分化度、混交度、聚集度、不同树种潜在生长空间，为研究该区域的森林生态系统修复和空间结构优化决策提供基本信息，为森林经营技术的发展提供有效的支持。     

马尾松天然次生林林分结构规律研究

以武夷山国家级自然保护区低山石质山区的马尾松天然次生林为研究对象,对林分结构规律进行研究,并应用概率分布函数对林分胸径、树高进行拟合。结果表明:正态分布、Weibull分布、β分布对马尾松天然次生林林分胸径分布具有较好的适应性,其拟合效果较好,能通过卡方检验;对林分树高与胸径曲线拟合方程进行优化,最佳回归模型为y=1.141x0.842(R2=0.979),拟合效果较好,树高与胸径之间存在正相关关系。     

连云港花果山高分辨率森林火险等级三维可视化短期预报研究

以连云港花果山为研究区,将火险等级预报因子归纳为森林火险区划、天气、火源等3个类别。其中火险区划根据植被类型、植被特征、地形因子获取;天气因子通过24h天气预报获取;火源危险等级由景区内的道路进行缓冲区分析获取。利用3类火险因子,通过加权叠置法建立火险等级短期预报模型,进行火险等级预报;利用DEM和SPOT5影像,通过GIS三维可视化技术,对预报结果进行三维可视化显示。通过研究实现了火险等级短期预报,将火险等级落实到小班,并将火险等级分布信息以三维可视化方式显示,为研究区森林火险实时监测提供了基础平台,为山区林火科学化管理提供技术支持。     

基于GIS的乡村聚落空间分布规律研究——以都江堰市天马镇为例

地理信息系统(GIS)与乡村聚落相结合的研究模式,可有效利用其处理分析各种信息数据的功能模块,了解乡村聚落的空间分布现状,得出乡村聚落直观的空间分布规律,预测乡村聚落发展趋势,为乡村规划提供现实依据。文章以都江堰市天马镇为研究对象,研究了GIS的空间分析功能在天马镇乡村聚落空间分布中的应用。利用基于GIS的插值分析、缓冲区分析、叠加分析等多种空间分析方法和实地调研的方式,得出天马镇的乡村聚落空间分布密度不均,总体密度小,呈多核心分散式布局的结论。结果表明,"5·12汶川地震"灾后重建和传统场镇以及川西林盘星罗棋布的布局模式是决定这种分布的主要因素,道路地理要素也对该分布形态具有一定影响。     

基于GIS分析软件的河南大苏山国家森林公园植被规划

为了指导大苏山国家森林公园植被的保护与修复,以该公园的森林资源规划设计调查数据为数据源,采用GIS分析软件,对林地类型、树种和龄组进行定量和可视化分析研究。结果显示,公园中的植被存在森林分布不均、森林岛屿化、森林结构不合理、森林稳定性差等问题。因地制宜地提出宜林地造林绿化、中幼龄林抚育和封山育林等措施。认为森林公园植被规划应以森林生态系统的完整性和原真性为前提,对于人工干扰强、植被退化的区域采取自然修复为主、人工修复为辅的方式恢复生态系统结构和功能。     

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WF的杉木人工林交互式疏伐可视化模拟技术

以湖南攸县黄丰桥国有林场为试验区,以杉木人工林为试验对象,测定林木胸径、树高、冠幅等测树因子及林木位置信息。利用WF技术,在定义林分生长模型、林分结构分析与林分疏伐模型等5种活动的基础上,利用人机交互方式,以图形形式建立了林分生长、林分结构与林分疏伐间交互的可视化工作流模型,实现了林分交互式疏伐可视化模拟。采用GDI+绘图技术与MOGRE渲染引擎技术,实现了林分结构、林分2维状态与林分3维场景的可视化模拟。结果表明:林分生长、林分结构与林分疏伐间的交互关系得到了直观的可视化模拟,此方法面向经营者具有可操作性强的特点。林分疏伐前后的林分结构、2维状态与3维场景得到了形象与逼真的模拟。应用交互式疏伐可视化模拟技术,可实现林分疏伐过程、效果以及林分未来状态的可视化模拟,实现对林分疏伐的实时监管,提高林分疏伐数字化管理水平。     

海口市羊山地区乡村聚落林地-湿地景观格局演变分析

【目的】城市化的快速发展对乡村聚落景观格局和空间分布有深远的影响,但目前对于海岛熔岩台地型的乡村聚落景观研究较少。【方法】应用ENVI遥感影像处理软件和ArcGIS空间分析工具,定量分析海口市羊山地区2008年与2018年乡村聚落规模和格局变化,并选取相关景观格局指数,探究湿地、林地等环境因素对乡村聚落分布的影响。【结果】1)随着时间的演进,羊山地区乡村聚落的形态、数量、规模、分布均发生了改变。2008—2018年乡村聚落斑块数量激增,斑块总面积和斑块密度增加,斑块间的邻近距离和平均斑块面积相对减少。2)对比斑块形状指数发现,整体区域内聚落斑块形状整体趋于规整,其中邻近湿地的聚落斑块更趋于带状、边界更为曲折。3)从空间分布看,2008年和2018年乡村聚落均呈现聚集的格局,且2018年聚集度略高于2008年。4)随着乡村聚落离湿地、林地的距离增加,斑块数量和面积均产生锐减。此外,耕地斑块与道路斑块对羊山地区乡村聚落斑块分布也产生了一定的影响。【结论】目前羊山地区乡村聚落发展现状分为两类:一类为区位优势明显,得到优先发展,但由于缺少科学规划,村落传统风貌和生态环境被破坏;另一类地区较偏远,发展缓慢,许多古村落、古建筑得不到良好的保护而且遗弃。需要政府把握乡村聚落变化发展规律,因地制宜进行新农村规划建设和人居环境治理,引导乡村聚落朝集约化、内涵式方向发展。本研究揭示了海口羊山地区乡村聚落动态变化规律和影响因素,可为城乡协调发展区的聚落景观布局优化、城乡土地空间规划提供一定的参考依据和技术支撑。     

森林资源信息三维可视化研究与实现

运用可视化技术,根据森林资源小班信息的特点,对地形和各种地物信息,包括道路、水系、树木、植被等进行建模,构建了一个森林资源信息三维可视化系统,并进行了渲染、特殊效果处理和优化,改善了森林资源三维景观可视化效果.     

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.     

民族村寨生态景观设计中植物配置技术策略

指出了传统民族村寨生态风貌内涵丰富,由其村寨民居建筑、劳作田园、风俗文化及乡村环境等诸多要素构成,这其中乡村环境离不开植物群落资源。植物景观的展现在乡村中包括自然植被、人工植被,两者共同形成村寨生态保护基质。通过具体范例对民族村寨生态景观设计中植物配置技术进行了探讨,提出了绿色景观配置的方法及建议,以期从生态层面来提升村寨的景观质量与景观层次。     

基于蓄积结构分析的杉阔混交林择伐经营策略

对福建省浦城县仙阳镇渔梁村30年生杉阔混交林进行林分蓄积结构与林分蓄积量的数据进行了调查与分析,提出了杉阔混交林择伐强度、择伐周期及采伐木选择的方案与策略。利用蓄积结构信息指导杉阔混交林择伐经营,从而达到林分空间结构的优化与调整,提高了林分质量与优化树种配置,为杉阔混交林择伐经营提供数据储备与理论指导。     

基于三维虚拟环境的林分结构可视化分析

指出了林分结构分析对研究林分生长经营有着极为重要的作用,通过对林分结构的分析调整,能优化林分结构,提高林分整体质量。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,基于三维虚拟可视化模拟系统,对杉木树高和胸径结构,以及角尺度、大小比和混交度进行可视化分析。实验结果表明:研究提出的可视化分析方法,森林经营者能够更加直观地观察林分的整体状态以及所处环境,更利于其制定合理及完善的经营方案,提高森林生态的稳定性。     

成都市森林植被碳储量及空间分布格局

为了探明成都市森林植被碳储量和碳密度的数量特征及空间分布规律,以成都市2017年森林资源规划设计调查成果为数据源,运用生物量转换因子法估算生物量,实测和选取植被含碳率,基于小班尺度估算成都市的森林植被碳储量和碳密度,并运用ARCGIS 10.5软件进行空间分布格局分析。结果显示:(1)全市森林植被总碳储量为1.336 9×10~(7 )t,平均碳密度为11.71 t/hm~2,其中林分碳储量占78.50%,是全市碳储量的主体,呈稳定持续增长型结构。(2)在空间分布上,全市森林植被碳储量和吸存能力总体呈西北高东南低的格局,由西北向东南可分为4个区,即西北部龙门山脉高储量高吸存区、中部平原分散型中储量低吸存区、中东部龙泉山中碳储量较高碳吸存区、龙泉山东侧的丘陵台地低碳储量和低吸存区;海拔分布格局表现为随海拔增加,总体呈以中海拔区域为最高倒"V"字型变化趋势;坡度分布格局为随坡度的增加,碳储量总体呈以缓坡为最高的先增后降的变化趋势,吸存能力则呈以陡坡为最高的先快速增加后缓慢降低的变化趋势。研究结果表明,成都市森林植被固碳能力呈现出明显的区域分布不均,全市森林植被增"汇"宜采取一区一策,因地制宜的策略。     

再论干热河谷植被恢复过程中的“适度”造林

本文在干热河谷植被恢复过程中的"适度"造林技术提出的基础上,以干热河谷的自然植被演替、土壤水分承载力、立地异质性为依据,从系统化、定量化的研究角度,在林分结构(微观)上探讨了造林"适度"密度,在区域景观尺度(宏观)上探讨植被恢复的群落"适度"配置,旨在进一步阐明"适度"造林技术与理论,以期为干热河谷植被恢复的研究与实践提供参考。