基于模拟退火算法的林分多目标经营动态可视化模拟

[目的]基于模拟退火算法,研究一种考虑林分结构健康状况和目标平均胸径的多目标森林经营方法,同时结合单木生长方程,基于Unity3D可视化引擎实现林分经营动态可视化模拟。[方法]以湖南省攸县黄丰桥国有林场5块杉木人工纯林2012—2017年样地连年调查数据为数据源,考虑林分分布状况、竞争程度、营养空间,以平均角尺度、平均大小比、林分拥挤度3个结构参数建立空间结构函数。在此基础上,以健康林分结构和平均胸径为经营目标,以竞争指数为参考初步筛选出的间伐木组合排列的结果作为经营方案的集合,通过模拟退火算法进行最优间伐经营方案解的选择。最后,通过建立考虑Hegyi竞争指数的可变生长率的单木生长方程,以结构分析-经营-生长三者不断迭代的方式并基于Unity3D渲染引擎实现林分经营动态可视化模拟。[结果]通过对5号样地(初始林分230株,年龄16 a,平均胸径20.21 cm)以健康林分结构和30 cm林分平均胸径为经营目标进行经营动态可视化模拟,结果表明林分年龄在21、26、31 a分别进行过间伐模拟,当林分年龄31 a间伐后,林分平均胸径达到30.10 cm,林分平均角尺度为0.64,林分拥挤度为0.74,林分结构接近健康水平。[结论]本研究提出的基于模拟退火算法的林分多目标经营动态可视化模拟方法能够模拟在多目标经营需求下的林分动态,并且形象直观,可以进一步为林业科研和生产提供支持。     

基于空间结构的杉木树冠生长可视化模拟

[目的]定量研究杉木林分中不同空间结构对林木冠形生长变化的影响,实现基于空间结构的杉木树冠生长可视化模拟。[方法]以湖南省攸县黄丰桥国有林场为试验区,在林分中选择并划分空间结构单元,进行冠形和空间结构数据调查,将林木东南西北4个方向的活枝下高、冠高、冠幅作为林木冠形描述因子,将周围木影响距离、相对树高定义为水平空间结构参数Ph和垂直空间结构参数Pv,使用多元逐步回归的分析方法,分析冠形描述因子与年龄、水平、垂直空间结构参数的关系,建立不同空间结构下杉木冠形的生长变化模型。基于B样条曲线模拟杉木冠形,构建不同生长阶段的三维杉木模型,结合三维动态渲染技术,实现杉木树冠生长的可视化模拟。[结果]通过对年龄和水平、垂直空间结构参数的逐步回归分析,结果表明:林木活枝下高、冠高和年龄、垂直空间结构参数呈现显著相关关系,模型决定系数R~2分别为0.754和0.813;林木各向冠幅和年龄、水平空间结构参数呈现极显著相关关系,模型决定系数R~2为0.623。基于杉木树冠生长模型和三维动态渲染技术,实现了树冠在东南西北不同方向的生长可视化。[结论]通过划分空间结构单元的方法选择研究目标并进行数据调查,使用逐步回归的方法,分析杉木冠形数据和年龄与空间结构数据的关系,建立树冠各方向活枝下高、冠高、冠幅的生长模型,结合三维动态渲染技术,使用MOGRE三维渲染引擎作为工具,实现了基于空间结构的杉木树冠生长可视化模拟。     

基于林分垂直空间结构特征的杉木人工林抚育间伐可视化模拟研究

[目的 ]针对抚育间伐目前存在较少利用垂直空间结构参数的问题,以林分三维可视化模拟系统为基础,加入森林结构功能模块,研究一种以林分垂直空间结构参数A_Pvi为依据,对森林经营方案原定的抚育强度进行改进的方法。[方法 ]利用林分三维场景可视化模拟系统中的森林结构功能模块,通过读取杉木样地调查表中的每木数据,在虚拟场景中模拟样地的真实情况,分析样地的各空间结构参数。[结果 ]经过考虑林分垂直结构的间伐强度间伐后的4块样地与原定间伐强度相比,平均A_Pvi更加趋近于0,样地内林木竞争状况更加均匀,1号样地的平均A_Pvi由0.46降到了-0.24,2号样地由0.46降为0,3号样地由-0.19提升到了-0.04,4号样地由0.40降到了0.04;平均角尺度无大幅度变化,4块样地都呈随机分布状态;4块样地中,除了3号样地外,平均大小比数均出现了较大幅度的减少。[结论 ]考虑林分垂直结构的间伐强度与原林场森林经营方案既定的间伐强度相比,改善了林分的竞争状况,使林分内的竞争状况趋近均势。林分三维场景可视化模拟系统可以精确模拟采用不同间伐强...     

基于单木过程模型的杉木林分生长模拟研究

基于林分尺度的3-PG模型原理,在考虑单木林分生理生态过程的基础上,改进了生物量积累和分配子模型,建立适应于单木生长的生理生态过程模型,实现基于单木过程模型的林分生长预测。选择胸径和树高生长量2个指标与实测值对比分析,结果表明:改进模型对胸径和树高生长量的模拟平均精度分别为95.57%和91.16%,均明显高于3-PG模型对应的89.4%和85.18%的平均模拟精度,改进模型的模拟精度显著提高,模拟效果更好。     

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。     

林分空间结构可视化研究综述

林分的空间结构是描述林分状态及其改变的重要指标,本文结合林分的结构特征,即以林木空间分布格局的分布类型为基础,通过现有数据包括森林资源二类小班因子调查表和植物形态特征数据库,论述林分空间结构的可视化方法.     

基于竞争指数的杉木林分生长可视化模拟研究

以我国南方速生丰产林——杉木纯林为研究对象,采用改进过的Hegyi的简单竞争指数模型对杉木纯林间的竞争强度进行定量分析,并建立单木生长模型,再通过径阶模型将其应用于全林分,将单木生长模型研究扩展到全林分生长模型研究。同时,通过可视化模拟技术,为更加逼真的恢复和重建林分空间结构提供理论依据。     

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。     

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。     

理论生长方程对杉木人工林林分直径结构的模拟研究

理论生长方程在林分直径结构领域的应用具有重要的理论和实践意义。为探寻影响理论生长方程模拟性能好坏的内外机制，从而有所选择和鉴别地使用理论生长方程，本文从林分及方程两个角度出发进行了探讨。结果表明：年龄、立地、密度、间伐强度等因素对Richards等6种生长方程模拟精度影响不明显，而不同方程间的模拟精度差异极明显；林分直径累积分布曲线的拐点存在一个主要区间(0．4～0．6)，生长方程拐点的取值情形与方程模拟精度的大小密切相关，方程最佳拟合曲线的有效拐点区间愈大、拐点精确度愈高，拐点有效性越大，则方程模拟精度越高。     

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.     

基于林分生长规律的虚拟森林环境的探究

目前森林资源数据大多数都是以二维方式表达的,而关于地形、河流、道路、森林、植被等方面的自然现象都是三维连续分布的,这就需要研制森林资源信息三维可视化系统,以用于精确地反映、分析或显示有关信息。     

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。     

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。     

广西高峰林场杉木人工林林分生长过程表编制

利用二类森林资源小班调查测树因子,选择优良林分,建立林分生长模型,编制杉木人工林优良林分生长过程表,是简单易行的一种方法,在生产实际中有使用价值。     

应用林分解析法模拟杉木人工林现实林分生长过程的研究

采用３１块杉木人工林林分解析标准地资料，以改进的８参数Ｃｈａｐｍａｎ－Ｒｉｃｈａｒｄｓ函数，分别建立了以地位指数和年龄为解释变量的杉木人工林现实林分胸径，树高，单株材积，单株断面积生长过程的数学模型，用最优分割与模型特性分析相结合的方法，将２６年生杉木人工林林分发育过程分为３个时期５个阶段。阐述了应采取的相应培育措施。     

红豆杉杉木混交林林分生长研究

为挖掘本地乡土树种,保护好野生红豆杉资源,大面积推广种植红豆杉,武夷山市林业局对9年生红豆杉杉木混交林,红豆杉纯林,杉木纯林进行调查对比。研究结果表明,红豆杉与杉木混交不仅促进了红豆杉的生长,同时对杉木的生长也有一定程度的促进作用。初步证明杉木与红豆杉混交是一种种间关系较为协调的混交模式。     

6种生长方程在杉木人工林林分直径结构上的应用

对Richards等6种生长方程的数学解析性及其应用于杉木人工林林分直径结构模拟的理论依据进行了分析和探索,并应用此6种生长方程模拟了林分直径累积分布。发现在描述林分直径累积分布时,Richards方程绝大多数表现为Logistic型,Weibull方程的参数c均大于1,曲线存在拐点;除Mitscherlich式外,各生长方程的模拟精度均相当高,Richards、Weibull、Logistic、Gompertz、Mitscherlich、Kod等6种生长方程样本选优率依次降低;Richards、Logistic、Weibull、Gopertz、Korf及Mitscherlich等6种生长方程总体模拟精度依次降低;相对生长率表现为变量指数函数方程的精度较相对生长率表现为变量幂函数方程的精度高,且3参数方程的精度较2参数的高。