落叶松人工林与距离无关的单木生长模型

基于19块落叶松人工林固定标准样地的95株解析木,利用枝解析的数据计算每株解析木的有效冠高以及有效冠表面积,建立有效冠高和有效冠表面积的单木预估模型。再利用5块复测样地的数据,将有效冠表面积作为竞争因子,用多元逐步回归的方法建立落叶松人工林胸高断面积与距离无关的单木生长模型,同时与未引入有效冠表面积的生长模型进行比较。研究发现:引入有效冠表面积以后,单木生长模型的调整相关指数和精度都有所提高,说明有效冠表面积对于单木的生长具有一定影响,将其作为单木竞争指标可以提高单木模型的拟合效果。     

单木竞争指标的研究进展

单木竞争指标在森林可持续经营和森林生态经营方面有很大的实际和理论价值。主要概述了单木竞争指标的概念,研究意义和制定的原则;总结了确定对象木和鉴别竞争木的方法,其中具体描述了鉴别竞争木的固定半径法、树冠重叠法、角规常数抽样法和圆锥调查法;分别归纳了与距离有关和与距离无关的单木竞争指标。与距离有关的方法中主要介绍了KKL方法、树木大小比例法、竞争影响区域法、竞争木株数控制类方法和与树冠有关的方法;阐述了与距离无关的单木竞争指标中的数量化方法即林木相对比和样地面积比例有关的方法。     

基于人工神经网络的杉木竞争生长模型研究

在Von Bertalanffy生长理论的基础上，建立了基于人工神经网络的单木直径在生长模型，以相对植距和相对优势度为竞争指标构造了生长修正函数，综合单木直径潜在生长模型和生长修正函数组建了杉木人工单木直径竞争生长模型，该模型预估精度高，能满足林业生产的需要。     

杉木人工林竞争指数及单木生长模型的研究

用45块杉木人工林固定标准地每木定位资料,对林木间的竞争与生长关系进行了研究,选用简单竞争指数建立了与距离有关的单木生长模型。同时,还分析了简单竞争指数的变化规律,建立了径阶平均竞争指数预估模型,为把单木过渡到全林分的整体化生长模型的研究提供了一条途径。     

应用高斯聚类的单木分割及树高和冠幅的提取

针对机载激光雷达点云中基于栅格化的冠层高度模型(CHM)所导致的原始点云数据丢失问题,提出了一种应用高斯模型聚类的单木信息提取方法。采用形态学开运算和高斯平滑方法形成高斯冠层最大模型(GCMM)能减少无关局部最大值对单木分割的影响,利用局部最大值法初步探测树冠顶点,通过最速下降法建立混合高斯模型得到树木位置和冠幅。利用聚类分析划分临近点云归属,进而实现单木参数准确提取,并提取单木最高点为树高。将点云分割方法应用于美国蓝岭地区6块圆形针叶林样地(r=30 m)。结果表明:单木分割F为0.89,正确分割单木树高提取精度95%,冠幅提取精度91%。结合实测数据对提取到的树高和冠幅进行相关性分析,树高R2=0.92,平均误差为-0.83 m;冠幅R2=0.84,平均误差为-0.42 m。相比于分水岭算法,高斯模型聚类方法F提高了11.2%,正确分割单木树高及冠幅提取精度提高了5.5%、5.8%,树高R2提高0.08,平均误差减少0.58 m;冠幅R2提高0.11,平均误差减少0.63 m。     

阔叶红松风景林单木景观质量评价与模型研究

为科学进行天然风景林的抚育经营,以长白山地区松江河林业局板石河林场内的天然风景林单木为研究对 象,共调查了913 株单木的外部形态指标,拍摄913 张单木景观照片,筛选获得87 张针阔叶树种景观照片并进行美 景度评价,并对其景观要素进行分解,进而建立了针叶和阔叶树种单木的美景度模型,最后对99 株单木的景观质 量进行了预测以检验模型的预测效果。结果表明:1)影响针叶和阔叶树种单木景观美景度的景观要素差别较大; 2)影响针叶树种单木美景度的主要景观要素有树干挺拔度、轮廓清晰度、枝条混乱度、树冠完整度和枝条密度;3) 影响阔叶树种单木美景度的主要景观要素有树冠形态、轮廓清晰度、树冠均匀度、叶片密度、枝条舒展度和树干挺 拔度;4)基于单木景观质量影响要素,风景林经营应以培育树干通直的针叶单木景观和树冠饱满的阔叶单木景观 为目标;5)本文建立的针叶和阔叶单木景观美景度模型能较准确地预测单木景观美景度,可以应用于单木景观质 量研究。      

长白山主要树种直径生长的多元回归预测模型:以云杉为例

选取长白山地区18块皆伐标准地的949株云杉解析木和78株云杉标准木,建立长白山主要树种直径生长的多元回归预测模型。在生长模型中,首先确定林木直径的潜在生长量,建立疏开木的直径潜在生长方程,然后用反映立地质量、林分密度、对象木与周围相邻木最近距离3个竞争指数所表示的修正函数对直径潜在生长函数进行修正。采用SPSS软件对参数进行拟合,依据相关系数最大,剩余平方和最小得到直径的实际生长模型。该模型可以合理预测长白山地区主要树种一定时期内未来直径大小和林分的直径结构,这对把握林分动态、预估林分生长状态有极其重要的意义。另外,用未参加建模的8块皆伐标准地的432株云杉解析木和23株云杉标准木,对直径生长的多元回归预测模型的拟合度进行检验,结果显示拟合效果很好。     

BP模型在单木树高与胸径生长模拟中的应用

简介了人工神经网络及使用方法，建立了单木树高与胸径生长的三层前馈反向传播神经网络模型（即ＢＰ模型），并对单木树高、胸径生长的ＢＰ模型与Ｒｉｃｈａｒｄｓ函数进行了比较。     

基于激光雷达和Kinect相机点云融合的单木三维重建

为了更好地建立单木三维彩色模型，获得准确表型参数，提出了一种基于Kinect v2相机和激光雷达的单木点云信息融合检测方法。首先由激光雷达采集樱树单木所在区域的完整环境点云，生成点云地图；由Kinect相机采集樱树单木多视角点云得到完整的三维彩色点云；然后以激光雷达点云位置为基准，通过选取对应同名点的方式对2种点云进行初始配准，使点云之间具有良好的初始位置关系，再使用最近点迭代（iterative closest point, ICP）算法对点云进行精配准；最后使用彩色点云对雷达点云进行点云着色融合处理，实现樱树单木的三维重建。结果显示：与只使用Kinect v2相机生成的樱树单木表型参数对比，融合后的樱树单木的株高、冠幅和胸径的平均相对误差分别降低了1.52、6.46和18.17个百分点。研究结果表明，Kinect v2深度彩色相机和激光雷达在单木三维重建上能实现优势互补，提升点云配准精度，同时，既能降低光照气候条件的影响，又能增加测量距离，单木表型参数更准确。     

倾斜摄影测量技术提取油松单木信息

  目的  获取森林单木参数的信息是经营、管理森林过程中的一项重要内容。倾斜摄影测量技术以其多角度拍摄方法,成为目前高效获得单木信息的研究方法之一。  方法  本研究以内蒙古旺业甸油松林为研究对象,利用无人机倾斜摄影测量技术获取油松单木的树高、冠幅和材积,探究了4种不同的相片分辨率（1、0.5、0.25、0.1 m）对单木信息提取能力的影响。采用基于点云数据的均值漂移算法和基于冠层高度模型（CHM）的分水岭算法分割单木树冠,以样地实测单木参数和激光雷达提取的单木数据作为验证数据,探索了相片分辨率与单木提取能力的关系,比较了两种分割方法的准确度及最优分辨率。建立了基于CHM提取树高与单木材积的异速生长模型（y = 0.000 1x2.717,R2 = 0.571 7）, 并绘制了测区油松单木材积分布图。  结果  （1）摄影测量提取单木油松冠幅,分水岭算法和均值漂移分割算法均在0.5 m相片分辨率的分割准确度最好,且分水岭算法提取的冠幅较均值漂移算法有较少的漏分、过度分割,其F得分分别为0.87和0.82;而在0.5 m分辨率下均值漂移算法提取的冠幅数值准确度较好,分水岭算法和均值漂移算法得到的参考树冠与分割树冠的相关系数分别为0.850和0.892,且在P < 0.01水平上极显著。（2）分水岭分割算法和均值漂移算法提取油松树高的能力相近,0.5 m相片分辨率得到的单木树高平均误差最小且相差不大,分别为0.42和0.66 m。  结论  研究明确了倾斜摄影测量技术提取油松单木的关键方法和最佳相片分辨率参数,提高了调查效率,为设置合理无人机数据获取的参数提供了科学依据。      

基于两水平混合模型的杂种落叶松胸径和树高生长模拟1）

以江山娇实验林场的16块杂种落叶松密度对比标准地为研究对象,使用非线性最小二乘法,对4种常用胸径和树高生长模型拟合优度进行比较,最终选择Schumacher 方程作为混合模型的基础模型。考虑林分效应和林木效应,采用两水平嵌套混合模型的方法,通过R软件进行不同参数混合作用的模拟,选择收敛的AIC、BIC和对数似然值最小的混合模型作为最优模型,最后将其与传统模型进行拟合优度的比较。结果表明：胸径生长模型中将林分效应作用于参数a1、林木效应作用于参数a0和a1,树高生长方程中将林分效应和林木效应作用于参数a0时的混合模型最优,可将胸径和树高生长传统模型的确定系数从0．7510和0．9008提高到0．9463和0．9474,均方根误差也大幅缩小,并且较好地消除了异方差现象,说明通过构造方差协方差矩阵可以校正随机参数以反映树木之间生长的差异。     

兴安落叶松立地质量评价的研究

本文用约1000块标准地资料,系统地研究了内蒙古大兴安岭兴安落叶松林(Larix gmelinii Rupr.)的立地质量评价。在重温各种立地质量评价方法的基础上,从广义数学模型出发,探讨了地位级和地位指数的实质。进而编制了大兴安岭落叶松人工林,中、南部和北部天然林以及石塘林等四个地位指数表。为便于宏观管理和立地质量比较,同时编制了地位指数级表。并在分析林型—地位指数级—地位指数三者关系的基础上提出立地质量评价系列化的设想。     

闽楠天然林与人工林生长特性研究

通过江西吉安闽楠天然林和人工林的群落调查及树干解析分析,结果表明,闽楠天然林和人工林树高、胸径及单株材积等生长特性基本相似.其生长过程大致可分为3个时期,1～10 a为树高、胸径及单株材积生长的缓慢期;10～20 a为树高生长速生期,此时闽楠林树高连年生长量达0.60 m以上;10～30 a胸径生长急剧上升,期间胸径连年生长量达到0.86 cm以上;15～25 a时材积生长逐渐加速;20 a后为树高生长匀速期,连年生长量平均为0.33 m;30 a后胸径生长速度变慢,连年生长量平均为0.44 cm,33 a时达到数量成熟,并且随着树龄的增大,树形不断向圆锥体靠近;25 a后材积生长迅速提高,平均生长量达0.013 63 m~3,说明闽楠生长速度并不缓慢,是培育珍贵阔叶树种大径材优良树种之一.     

凉水自然保护区阔叶红松林冠下4个主要树种更新幼树树高生长模型

以黑龙江省凉水国家级自然保护区阔叶红松林为研究对象,基于14块标准地中红松(Pinus koraiensis)、红皮云杉(Picea koraiensis)、冷杉(Abies nephrolepis)、色木槭(Acer mono)等4个主要树种448棵幼树的连年树高生长量数据,从5个备选模型中分别为4个树种选择最优树高生长模型作为基础模型,并采用R语言对4个树种分别构建了样地水平和样木水平的幼树树高生长混合效应模型并进行独立检验。结果表明:4个树种幼树树高随年龄增加而增大,且总体趋势较为明显,在幼树阶段其树高的年增长量差别不大。柯列尔方程或幂函数能较好地拟合4个树种幼树的树高生长过程。将柯列尔方程作为最优基础模型并建立混合效应模型,通过比较赤池信息准则(A_I,C)、贝叶斯信息准则(B_I,C)以及对数似然值(L_L)得出结果,样木水平混合效应模型优于样地水平混合效应模型。与基础模型相比,4个树种样木水平混合模型的调整后确定系数(R_adj²)提高4.16%~20.31%(平均11.13%);均方根误差(R_M,S,E)降幅较大,为83.92%~89.66%(平均86.32%)。模型检验结果显示,相对于基础模型,混合效应模型的平均绝对误差(M_A,E)减小6.8~13.4 cm,平均减小9.78 cm;平均预测误差百分比(M_P,S,E)降幅较大,为14.4%~49.5%(平均30.85%)。说明样木水平混合模型既能提高模型的拟合效果,又能提高模型的预测能力,证明了树高生长的差异主要源于随机效应(即幼树个体差异)。本研究所构建的幼树树高生长模型可以为阔叶红松林的生长模拟和森林演替研究提供基础。     

日本落叶松人工林生长量的灰色—马尔柯夫预测

应用灰色GM(1,1)模型进行日本落叶松人工林生长趋势预测,在对43块标准地进行每木检尺的基础上,获得了不同龄阶平均单株木的3个测树因子胸径、树高、材积的总生长量,利用这些基于时间序列的原始数据对GM(1,1)模型进行拟合。其模型模拟检验精度:胸径、树高、材积均为Ⅱ级可用水平;发展系数|a|<0.3,可用于中长期预测。由预测产生的相对误差的大小,将原始数据划分为4种状态,分别写出胸径、树高、材积的四步概率转移矩阵p(i),建立灰色—马尔柯夫预测模型。从对32、34龄阶的预测结果看,灰色—马尔柯夫模型预测的平均相对精度分别为胸径99.22%、树高99.73%、材积98.33%,能进行高精度的预测工作。     

30年生不同生长势杉木的胸径和树高的生长动态

采用树干解析法获取3种不同生长势（优势木、中庸木、被压木）杉木的胸径、树高生长数据,利用ForStat的生长曲线模拟杉木的胸径模型和树高模型,结果表明,Richards生长曲线是分析杉木胸径和树高的适宜生长曲线;3种不同生长势的杉木胸径生长曲线和树高生长曲线均呈“S”状曲线,有较高的相关性。     

基于FVS的华北落叶松人工林树高生长量模型研究

基于大量华北落叶松人工林临时样地和解析木数据,选用林木大小和立地条件为自变量,构建起单木树高生长量回归模型,模型相关系数R²为0.516。结果表明,影响华北落叶松单木树高生长量的因素从大到小依次为:林木生长、立地条件。利用检验数据对所建立的树高生长量模型进行检验,预测值2.77 m要略高于实测值2.74 m,t-检验差异不显著,模型预测效果良好。     

闽北杉木人工林单木模型

根据福建省３２块杉木人工林临时标准地和固定标准地资料，采用生长量修正法和Ｒｉｃｈａｒｄｓ生长方程建立了单木潜在直径生长函数和单木直径生长修正函数。选择相对直径（ＲＤ。）和相对植距（ＲＳ）分别作为竞争指标和密度指标，建立直径生长模型。依据树高和直径的关系，引入反映立地质量的优势高为自变量，建立了树高生长模型，为了提高树高拟合效果，对树高残差值分布进行了分析，树高残差遵从正态分布。     

基于冠幅的杉木人工林胸径和树高参数化预估模型

为了研究杉木生长与形态变量的关系,提高模型预估精度,本文根据福建省65块不同密度、林龄分布于6~35年的杉木人工林样地测量数据,选用了Richards理论方程,分别构建了杉木胸径和树高生长模型。在此基础上,分析理论方程中参数与冠幅(CW)的关系,建立两者间的关系函数;使用参数预估法构造胸径和树高的参数化预估模型,并对原模型和参数化模型进行模型检验、残差分析,讨论了冠幅与林木生长之间的关系。结果表明:胸径和树高Richards方程中,参数a与CW呈正比,参数b与CW呈反比,c则与CW呈现出类似正态分布的关系;与传统的理论方程相比,参数化模型提高了杉木胸径树高预估的精度。本文所构建的模型能间接反映林分因子的状态,同时对于分析林木竞争、光合作用、模拟林木三维可视化等方面也提供了一种模式。