基于频谱分析用针刺仪测定树木年龄的算法

目的 研究离散谱分析在针刺仪抗钻阻力序列中的应用,为活立木年龄的微损测定提供方法。 方法 以山西省羊圈沟林场落叶松为对象,使用针刺仪在同一水平位置不同方向钻入落叶松,获取323组抗钻阻力值序列作为研究样本,并在针刺位置5 cm内截取104个圆盘作为参考样本。选择恰当的窗口,将抗钻阻力值序列去趋势后,进行离散谱分解,寻找代表年度变化的谐波,将其周期数的一半作为树木年龄估计值。并将频谱分析算法估计的树木年龄以及针刺仪自带软件DECOM自动判定年龄分别与相应的圆盘年轮数进行成对数据t检验。 结果 根据活立木的胸径大小来选择窗口参数Wid,将频谱分析算法应用于323组活立木的抗钻阻力序列,该算法估计树木年龄与实测年龄非常接近。频谱分析算法估计年龄的最小相对误差为0,最大相对误差为27.98%,平均相对误差为−0.35%。经过成对数据t检验得到t值为0.85,说明该算法估计树木年龄均值与真实年龄均值之间无显著差异。而针刺仪自带DECOM软件自动分析估计年龄结果相对误差较大,最小相对误差为−7.69%,最大相对误差达到−84.78%,平均相对误差达到−40.49%,与实际年龄进行成对数据t检验得到t值为20.25,差异显著。 结论 频谱分析应用于针刺仪抗钻阻力值序列来估计树木年龄,能够比较准确地估计落叶松年龄,提高了针刺仪测定活立木年龄的精度,为活立木年龄的微损测定提供了一种有效途径。     

基于针刺仪平稳卡尔曼滤波器的树木年龄估计

【目的】研究卡尔曼滤波在针刺仪抗钻阻力值序列中的应用,推导出针刺仪平稳卡尔曼滤波器估计树木年龄,为活立木年龄估计提供方法和依据。【方法】以山西省羊圈沟林场华北落叶松为研究对象,使用针刺仪在同一水平位置不同方向钻入华北落叶松获取323组抗钻阻力值序列作为研究样本,在针刺位置5 cm内截取104个圆盘作为参考样本。将卡尔曼滤波器理论应用于针刺仪,通过分析滤波器的性质,简化参数,推导出针刺仪平稳卡尔曼滤波器。以针刺仪钻入华北落叶松获得的抗钻阻力值作为平稳卡尔曼滤波器的输入,以最小均方误差为最佳准则的最优估计值序列作为输出,根据最优估计值序列的波峰波谷数估计树木年龄,并将平稳卡尔曼滤波算法估计的树木年龄和针刺仪自带DECOM软件自动判定的树木年龄分别与相应的圆盘年轮数进行成对数据t-检验。【结果】针刺仪平稳卡尔曼滤波器缩减初始参数数量,使得抗钻阻力的最优估计值序列只依赖于参数Rat值的选取。将323组活立木抗钻阻力值序列经过针刺仪平稳卡尔曼滤波器,依据相应活立木胸径大小选择恰当的参数Rat值可以得到较好去噪效果,算法估计树木年龄与实际树木年龄比较接近。算法估计树木年龄相对误差分布大多集中在-10%～10%之间,最小相对误差为0%,最大相对误差为25.69%,平均相对误差为0.75%,经成对数据t-检验后t为-0.468 16,算法估计树木年龄均值与实际树木年龄均值之间无显著差异。而针刺仪自带DECOM软件自动判定的树木年龄结果相对误差较大,大多集中在-20%～-60%之间,最小相对误差为-7.69%,最大相对误差为-84.78%,平均相对误差为-40.49%,与实际树木年龄进行成对数据t-检验后t为20.245,差异显著。【结论】针刺仪平稳卡尔曼滤波器应用于针刺仪抗钻阻力值序列能够较准确估计华北落叶松年龄,优于针刺仪自带DECOM软件自动判定结果,具有微损、操作快、测量精度高等特点,可为华北落叶松年龄估计提供一种有效途径。     

浅谈树木年龄测定方法的研究进展

指出了准确鉴定树木生长年龄是一个国际性的技术难题,目前,国内外关于树木年龄测定的方法很多,但都停留在估算推算阶段,没有达到精准快速的水平。分析了国内外树龄测定的各种方法的优劣,提出了树木年龄测定技术的新展望与方向:即传统与现代有机结合,简单实用低成本。     

基于树木径向生长仪监测高寒地区树木生长和水分利用的研究进展

文中综述了树木径向生长仪监测数据的处理和分析方法,重点对基于树木径向生长仪监测高寒森林生态系统树木生长和水分利用的研究进行了总结归纳,指出目前在探索高纬度北方森林树轮宽度对夏季温度敏感性下降原因的过程中仍缺乏普遍的机制解释,而这一普遍机制可能与高寒地区树轮形成的年内季节动态特征有关。另外,尽管树木径向生长仪能够反映高寒地区的树木水分利用状况,但高寒地区树木水分利用对气候变化的响应仍不清楚。基于目前的研究现状,建议未来加强几个方面的研究,即考虑高寒地区树木径向生长的季节动态特征对树木生长与环境因子关系的潜在影响,加强与其他监测手段的比较研究,开展与生态系统水平观测指标的关联分析。     

微钻阻力法测量早晚材密度的可行性试验

为微损、快速测量树木早晚材密度,提出了一种基于微钻阻力的早晚材密度测量方法。使用自制微钻阻力仪和德国Resistograph 650-S微钻阻力仪测量了10个辐射松长方体木块的钻针阻力,使用体积法测量了各生长轮的早材绝干密度和晚材绝干密度。以木材绝干密度为因变量,以每个生长轮早材部分和晚材部分对应的平均阻力值为自变量,使用4/5的试验数据分别建立2个微钻阻力仪钻针阻力与早晚材绝干密度的线性回归模型,使用1/5的试验数据分别测试2个微钻阻力仪早晚材绝干密度的测量精度。结果表明：自制微钻阻力仪测得的早晚材钻针阻力与绝干密度的线性相关系数为0.657,早晚材绝干密度的平均测量精度为87.111%;Resistograph 650-S测得的早晚材平均阻力与木材绝干密度的线性相关系数为0.655,早晚材绝干密度的平均测量精度为85.811%。研究认为：2个仪器测量的早晚材绝干密度平均精度高达86%,说明微钻阻力法测量早材绝干密度和晚材绝干密度可行;自制微钻阻力仪测得的早晚材平均阻力与木材绝干密度的线性相关系数和早晚材密度的平均测量精度均高于Resistograph 650-S,说明自制微钻阻力仪...     

基于对象的激光点云数据城区树木识别方法

通常利用激光点云数据(LiDar)进行树木分类的方法是将点云内插生成数字地形模型(DTM),根据地物高程差值,在图像处理方法的基础上进行分割或分类。提出一种新的基于对象的LiDar数据树木识别方法,其最大特点是直接利用点云数据的三维空间关系进行分类,不需要将点云转换成二维图像进行处理,避免了转换过程中信息的丢失,提高了分类的精度。具体实现步骤:首先利用kd-trees组织点云数据,在局部邻域中利用点云位置和法线分别进行协方差分析,估算各点的空间特征变量,然后结合各点的回波次数和局部邻域中点云个数密度作为SVM分类器的输入变量,最后利用基于径向基函数的SVM方法实现点云的分类。实验结果表明:OA分类精度为91.21%,Kappa系数为85.62%。     

提高林业树木种植成活率的技术运用分析

我国主要通过进口缓解国内木材市场供需矛盾。提高林业树木成活率,能够有效降低林业树木成材时间以及经济成本。从种植前的准备工作以及从苗木选择以及病虫害防治等树木生长各阶段的养护管理技术进行分析,旨在为提高林业树木成活率提供参考。     

基于林木多期直径测定数据的异龄林年龄估计方法Ⅱ

基于林木多期直径测定数据,拟合直径与年龄相关的生长模型,为异龄林年龄结构的确定提供估计方法。以木荷异龄林为研究对象,通过确定异龄林林分内各树种的年龄变异范围,对林木第一期测量直径取随机年龄,获取林分内所有林木的直径与年龄信息对,进而利用Richards方程拟合各树种的直径生长方程,最后将加权平均直径代入生长方程求算出各树种及林分的平均年龄。结果表明:1)木荷异龄林林分内木荷树种的年龄变异范围为[-7.46*ln(1-(D/20.06)^0.371),-17.24*ln(1-(D/26.78)^0.381)],马尾松的年龄变异范围为:[-8.55*ln(1-(D/15.32)^0.478),-6.41*ln(1-(D/10.01)^0.326)],杉木的年龄变异范围为:[-10.75*ln(1-(D/21.04)^0.587),-10.53*ln(1-(D/12.20)^0.576)]。2)木荷估计年龄与真实年龄的最大绝对误差≤3年,最大绝对相对误差<20%,平均绝对百分误差<11%;马尾松估计年龄与真实年龄的最大绝对误差≤1年,最大绝对相对误差<10%,平均绝对百分误差≤5%;杉木估计年龄与真实年龄的最大绝对误差≤3年,最大绝对相对误差≤15%,平均绝对百分误差<10%;林分估计年龄与真实年龄的最大绝对误差均≤3年,最大绝对相对误差均<20%,平均绝对百分误差均<11%,预测效果较好,其估计方法可以应用于科研和生产实践。     

基于能值分析的森林生态系统能效程度指标构建

能值分析一直是定量分析评价生态经济系统中各生态流得重要工具之一。以森林生态系统为研究对象，结合森林生态系统能值分析透视，以经典能值分析指标体系的调整为基础。对森林生态系统能值分析指标体系进行研究，从而达到对森林生态系统效能程度的综合判断。     

基于GIS分析技术的橡胶树叶面积测定

利用GIS空间分析方法对标准面积的正方形、梯形等进行面积计算,GIS法提取的面积与准图形面积之间相对误差均小于0.54%,认为该法可以用于图形面积测算。对GIS法提取的橡胶树叶片面积结果与叶面积仪测量的结果进行相关分析和配对样本T测验,结果GIS法与叶面积仪法测量橡胶树叶片面积极显著相关且差异不显著。因此认为GIS法能够代替叶面积仪对橡胶树叶片面积的测定,且具有简便、精确、高效的特点。     

基于传统和能值改进生态足迹模型的武汉市可持续发展状态比较分析

运用传统生态足迹及其改进的能值生态足迹模型分析了2009年武汉市的可持续发展状态,结果表明：采用能值生态足迹法计算得到的武汉市人均生态赤字为3.8629hm2,采用传统生态足迹法计算得到的武汉市人均生态赤字为2.0169hm2。这两种方法均显示武汉市处于不可持续的发展状态。能值生态足迹法引入能量流动反映人类对资源的需求和自然对人类的供给的关系,并且采用了相比于传统生态足迹法的均衡因子、产出因子更稳定的参数—能值转换率、能值密度进行计算,能获得更为准确的生态承载力数据。     

基于MATLAB的机械用举升机构运动学分析

利用MATLAB对机械用举升机构进行运动学和动力学分析,编制相应的程序并通过实例进行分析和计算,这对分析机构稳定性和优化设计都具有一定的参考价值.     

基于APRIORI算法的林火发生与气象关系的分析

传统的气象林火火险预测方法只适应于省级以上的大地域林火发生风险的宏观预测,不能用于林场一级的小地域的林火发生预测。林场一级的单位缺乏精确的林火发生数据和实用有效的林火监测手段,记录数据一般较粗放,难以用精确的方法进行预测。本文利用关联算法Apriori,分析了北京市房山区林火发生的可能性及发生强度与气象因子间的关系。研究结果表明,Apriori算法可以有效地利用粗放的林火数据集进行林火预测,为基层林场预测林火发生提供了方法。     

基于农业生态经济系统能值分析的农业绿色GDP核算——以怀化市为实例

运用奥德姆(Odum)创立的生态经济系统能值理论和分析方法,定量分析了怀化市2005年农业经济发展过程中投入的能值总量,计算了所消耗的自然资源的能值-货币价值,并核算了怀化市农业绿色GDP.结果表明:怀化市农业生产总值为702 072万元,如果考虑其对自然资源的损耗,则农业生产总值为634 000万元,即农业绿色GDP占传统GDP的90.31%,也就是说在传统GDP的核算中有9.69%是以无偿"透支"自然资源和对环境的损耗为代价的.表明怀化市传统农业GDP所计算增长的结果是偏高的,是包含了对这些自然资源和对环境的消耗为代价.     

基于小波与相关性分析的木材声发射源直线定位算法改进

为研究木材损伤过程中声发射(acoustic emission,AE)信号源定位问题,提出了一种基于小波和信号相关性分析的木材表面AE源直线定位方法。首先,采用NI高速采集设备和Lab VIEW构建双通道的AE信号采集系统,并设定采样率为500 k Hz。然后,通过5层小波分解的方法对原始AE信号进行降噪处理后重构AE波形,分别采用信号相关性和最大值分析方法确定AE信号在2个固定传感器之间的传播时差,并由此计算AE信号的传播速度。最后,在距原点150和200 mm处设置2个人工AE源,针对不同方法所确定的传播速度,采用基于时差的直线定位算法进行AE源定位。试验结果显示,对于原始AE信号采用信号相关性和最大值分析后,两处的定位相对误差分别为40%,32%和28%,15%。对原始AE信号进行小波降噪重构后,相应的相对误差分别为2%,26%和1%,11%。因此,对原始AE信号进行小波处理后,再基于相关性分析方法计算AE传播速度,能够明显提高AE源定位算法精度。     

基于ADAMS的烟草移栽机用双曲柄连杆机构运动仿真分析

分析了烟草移栽机双曲柄连杆机构的工作原理,建立了该机构的运动学模型,采用ADAMS软件建立了该机构的虚拟样机模型,并测试其重要连杆和重要点的合成运动特性。仿真实验结果显示,双曲柄连杆机构的运动特性能够满足烟草移栽机的移栽运动要求。     

基于C5.0与Apriori算法的森林生物量等级评价与因子关联分析

针对生物量影响因子量化研究较少、方法单一及区域生物量评价不足且基于单个树种生物量模型进行评价时工作量过大的问题,以孟家岗林场的三类小班清查数据为基础,选取与生物量水平相关的11个因子,利用C5.0算法进行生物量决策树建模,并进一步利用Apriror算法进行生物量强影响因子的关联规则挖掘。结果表明:生物量决策树模型的分类预测精度为88.78%,生物量影响因子的量化结果分别为树高(0.348)、胸径(0.225)、林分类型(0.196)、龄级(0.162)、郁闭度(0.134)、坡度(0.096)、海拔(0.074)、坡向(0.065)、立地类型(0.052)和坡位(0.037);得到707条置信度在80%以上、支持度在10%以上的因子关联规则,揭示了生物量影响因子间的隐含关联关系。建立的生物量决策树模型能为快速的区域生物量预测和评价提供模型参考,建立的关联规则评估模型能够为以碳汇为目标的森林生产与经营提供客观评价指标。     

基于响应面法与MOGA算法的竹集成材榫接合椅子节点力学分析及优化

竹集成材是符合“双碳”目标的可持续发展绿色材料,具有“以竹代木”的巨大潜力。本研究借助竹集成材优良材料性能,基于榫卯结构特性,以竹集成材榫接合椅子为例,运用有限元法(FEM)进行椅子静载荷及耐久性分析,探究竹集成材榫接合椅子及榫接合节点力学特性,搭建响应面模型求解竹集成材T型椭圆榫接合节点榫卯尺寸与其最大等效应力、总形变和最小安全系数的关系,并运用MOGA多目标遗传算法以形变最小化、安全系数最大化为优化目标,进行榫卯尺寸优化。结果表明：竹集成材榫接合椅子静载荷分析所得椅子最大等效应力为6.818 MPa,位于座面大边与椅后腿榫接合节点;最大等效应变值为4.245×10^-3,位于椅子扶手与椅后腿榫接合节点;椅子发生的最大形变为4.433 mm,分布在椅子靠背位置。椅子耐久性分析所得最大等效应力及最大等效应变均位于椅子扶手与椅后腿榫接合节点,分别为4.999 MPa和3.113×10^-3;椅子整体发生的最大形变为3.251 mm,位于椅子靠背上端。由竹集成材T型榫接合节点响应面分析可知,椭圆榫接合节点的最大等效应力及最大形变随着榫头厚度a及榫头长...