基于电子经纬仪及PDA自动量测的电子角规测树原理、功能及精度研究

针对常规角规测树较为粗放的现状,为了满足精准林业的需要,实现单木和林分精准测量,该文以电子经纬仪和掌上电脑为硬件,经PDA编程开发,形成电子角规测树系统,充分发挥了电子经纬仪精密的测角功能和PDA强大的数据处理和存贮功能.利用电子角规可获得树木树干的胸径、树高、任意处直径和材积,树冠部分的表面积和体积,林分的胸高断面积、林分平均高、平均株数、蓄积量和生长量等数据.经过分析,电子角规测树精度为1/7 000,而比特利希角规测树精度总误差达1/32,电子角规的测树精度比普通角规高出200倍以上,其速度也较快.     

运用随机森林模型对北京市林分蓄积生长量的预测

林分蓄积生长量是森林资源监测的一个重要内容,也是林业经营的决策依据。利用北京市第6~8次森林资源连续清查数据和ClimateAP软件中提取的气候信息,建立了基于随机森林的林分蓄积生长量预测模型,对北京市林分蓄积生长量进行了预测。结果表明:运用随机森林的针叶林、阔叶林、针阔混交林的林分生长模型的R 2分别为0.93、0.94、0.89,拟合效果良好;预测北京市2021年林分蓄积生长量平均值为58.1073 m^3/hm^2,变化范围为7.2846~388.7756 m^3/hm^2,蓄积量平均值由大到小的顺序为针叶林、针阔混交林、阔叶林。     

长白山云冷杉针阔混交林最优直径结构的构建

以长白山云冷杉针阔混交林两个大区内274个固定样点为研究对象,样地内每木检尺;从1987年至今,每两年复查一次。利用不同模型拟合该地区林分每公顷胸高断面积和每公顷蓄积的关系,求得林分能够生长达到的每公顷最大胸高断面积,并以此为界将现有林分胸高断面积分成10、10～20、30～40、40～50 m2/hm24个胸高断面积区间,分别计算各胸高断面积蓄积生长量。结果表明:林分进阶率和枯损率随胸高断面积的增加而减少;林分蓄积生长量随胸高断面积增加而先增大后减少。林分能够生长达到的最大胸高断面积大约为60 m2/hm2,但当林分胸高断面积为40 m2/hm2,平均Q值为1.4时,林分蓄积生长量最大(10.5 m3/(hm2.a))。利用呈负指数模型,结合林木径阶能够持续生长的转移情况,拟合出该地区林分最优直径结构。     

抚育间伐对杉木人工林林分生长的影响

[目的]研究抚育间伐对杉木人工林林分生长的影响.[方法]以8年生杉木人工林为研究对象,设5个处理:间伐强度10％(处理①)、间伐强度20％(处理②)、间伐强度30％(处理③)、间伐强度40％(处理④)和对照(CK,不抚育),初次调查和间伐时间为2014年,复查时间为2019年,分析不同处理条件对杉木人工林林分胸径、树高和蓄积生长量的影响.[结果]抚育间伐条件下的林分胸径生长量均大于CK,其中处理④的林分胸径增长量最大;抚育间伐条件下的林分树高生长量均大于CK,其中处理④的林分树高增长量最大;抚育间伐条件下的林分蓄积增长量均大于CK,其中处理③的林分蓄积量最大;抚育间伐条件下的林分枯死率均低于CK,其中处理④的枯死率最低.[结论]抚育间伐可以改善保留木的生长空间、营养空间,可以不同程度地提高林分的胸径、树高生长量和蓄积量,并降低林木的枯死率.     

湘西自治州桤木生长规律与适应性研究

对湘西自治州历时多年的桤木造林推广成效进行全面调查和总结,并对湘西自治州内推广的桤木林分进行样方调查和解析木分析,测定径高生长量、活立木蓄积等,在此基础上分析建立桤木胸径和树高生长、立地因子选择模型,分析湘西自治州桤木林分生长规律和适应性,为湘西自治州森林生态系统的可持续发展和桤木林分可持续经营提供科学依据.     

应用LIDAR技术预测林分蓄积量

以优势树种铅笔柏为研究对象,将LIDAR技术测量的抽样木树高与全站仪实测树高进行可行性研究.在可行性的基础上,将LIDAR测得的树高进行改正,得到林木的调查因子——树高.将此因子与抽样木的材积进行回归分析,建立起两者之间的回归模型.统计出测区的铅笔柏的总株数和每株木的树高,根据树高和材积之间的回归模型,计算出测区的铅笔柏的蓄积量,并与用标准样地法测得的蓄积量进行对比,发现两者的差距不大,其相对误差为4.25%,可以满足林业上对林分蓄积量的调查,为林分蓄积量的调查提供了一种新的方法.     

点抽样误差来源的研究

利用计算机模拟角规、角规观测和每木实测的方法,进行了不同角规常数的点抽样试验比较。结果表明:点抽样估计林分断面积是无偏的,而估计林分每公顷株数效率不高。点抽样的偏差主要是因漏计、角规常数选择不当,林缘效应等原因引起的。同时,还就如何防止点抽样产生偏差的技术措施提出了一些建议。     

应用机器学习模型与线性模型预测森林蓄积生长量的精度

为了探究不同模型对森林蓄积生长量的预测精度和影响因素，以吉林省汪清金沟岭林场为研究区，利用林场198个固定样地(20 m×20 m)中的乔木数据，建立多元线性回归(MLR)、随机森林(RF)、支持向量机(SVM)、最近邻法(KNN)模型，分析树木蓄积生长量与林分因子、地形因子和气候因子的关系，并比较不同模型的预测精度。结果表明：森林蓄积生长量与林分每公顷断面积(B_A)、大于对象木断面积(B_L)、海拔(A_L)、林分密度(N)、年均降水量(P)显著相关，与平均胸径(D)、坡向(A_s)、坡度(S_L)、年均气温(T)并不相关；不同模型的预测结果存在差异，随机森林(RF)方法所有测试指标最佳；随机森林方法得出的平均蓄积生长量预测值为51.45 m³·hm^-2,该模型均方根误差(R_MSE)最低(4.62),决定系数(R²)最高(0.91)。     

基于清查数据的立地质量评价方法准确性分析

立地质量的准确评价是森林科学经营的前提,本研究采用四川省第九次森林资源清查数据,筛选符合建模要求的样本,建立树高和蓄积量生长模型,运用单因素方差分析方法对不同因子间基准年龄时林分蓄积量进行分析,并比较不同立地质量评价方法的准确性。结果表明:建立的林分树高和蓄积生长曲线簇能反映不同条件下林分生长差异;海拔、坡度、土壤类型、砾石含量和植被类型会极显著影响立地质量;立地质量评价方法准确性地位级指数优于多元地位指数和森林类型指数,多元地位指数与森林类型指数评价准确性无显著性差异。     

三峡库区主要森林类型林分蓄积生长量研究

以三峡库区林分蓄积生长量为研究对象,按库区主要森林类型、起源、密度进行划分,分类型布设标准地305块,采用材积差法确定林分蓄积生长量、生长率。结果表明,不同林分蓄积生长率有所差异,趋势为天然林蓄积生长率高于人工林;马尾松、柏木、栎类、其他阔叶树等林分,低密度时林分蓄积生长率较高;幼树所占比例较大的杉木林分,高密度林分蓄积生长率较高。研究结果为库区森林资源经营管理以及生态状况监测提供数据支持。     

三维前方交会法测量树高及其精度分析

为了解决森林调查中因地形起伏不能通过皮尺或者视距法获得测站与目标树的水平距离,而导致不能通过一般三角测量的办法来测量树高的问题,该文将测量高程的前方交会法应用到测树上来获得树高数据.前方交会法的内容为两台仪器与目标树构成一个三角形,测量两台仪器中心的斜距和三个夹角,利用正弦定理推算目标树与一台仪器的水平距离,然后再测得树顶和树根两处的天顶距,利用三角测量获得树高.经纬仪和罗盘仪是森林调查中常用的工具,通过对该模型的精度分析和实验发现经纬仪采用此方法可以控制误差在5%以内,满足林业上的测量要求,而罗盘仪采用此方法误差范围超过5%,不能满足要求.此方法可以配合经纬仪进行树高测量.     

全站仪测算材积的原理及精度分析

全站仪是一种电子精密测量型工具 ,自 2 0世纪 90年代中期后 ,美、英、德、日等国在林地面积测量、树高测量中初步使用全站仪 .该文首次采用全站仪测量树干上部直径及材积等测树参数 .以全站仪为测量工具 ,在林地中自动测量每 1棵树的树高 ,用直径测量数学模型自动测量树干胸径及任一处直径等参数 ,以及利用树干材积计算数学模型自动计算树干材积 .从其测量结果看 ,测量数据精度很高 .其测量树高的精度可达 1 14 0 0 ,测量任一处直径的精度可达 1 2 0 0 ,且均高于其它测树方法的精度 ,完全能够满足林业测量的精度要求 .由于全站仪的自动化程度很高 ,可与数据采集器实现数据的实时通讯 ,提高工作效率 .全站仪在测树中的应用 ,不仅提高了测树速度、精度和效率 ,更重要的是不用伐倒林木和爬树 ,不对林木有任何损害就可以自动、实时获取测树因子 ,它在林业测量有广泛的应用前景 .     

不同坡向对华北落叶松林木生长的影响

[目的]研究坡向对华北落叶松林木生长的影响。[方法]以北沟林场华北落叶松人工林为研究对象,采用标准地调查法,根据调查资料,选择平均木进行树干解析,研究不同坡向华北落叶松人工林胸径、树高以及材积的变化规律。[结果]阴坡和阳坡林分的胸径、树高和材积的生长变化趋势大体一致,阴坡立地条件下胸径、树高和材积均高于阳坡;总体来看阴坡对华北落叶松的胸径和树高均有一定程度的影响,但对材积的平均生长量和连年生长量影响较大,两者在35、30 a时差异最大,最大差值分别为0.001 4、0.003 2 m3。[结论]处于阴坡的华北落叶松的胸径、树高、材积生长较阳坡优势明显。     

利用增长量分配模型的杉木林分生长预测建模

以Richards方程为林分生长预测方程, 结合林分的少量实测和经验数据, 采用最小二乘法求得Richards方程的各个参数重构方程, 根据重构的Richards方程预测林分的整体生长, 然后根据预测量得到平均增长量, 基于"强者越强, 弱者越弱"原则的增长量分配模型, 将增长量合理地分配到每株林木上。在预测林分生长时, 提出一种全林分生长模型到单木生长模型转换的新算法, 即全林分生长模型采用Richards方程预测林分某个生长因子整体的平均增长量, 然后根据增长量分配模型将整体增长量合理分派到每株林木, 实现由整体到个体的转换。采用湖南省攸县黄丰桥林场1块杉木Cunninghamia lanceolata林分样地的实验数据并对其模拟建模。结果表明:该方法可使林分预测建模简便快速, 且建立的生长模型真实度较高。     

福建南平人工林与天然林乐东拟单性木兰生长过程比较

对福建南平人工林与天然林中的乐东拟单性木兰生长规律进行比较研究,结果表明,29年生乐东拟单性木兰人工林林分密度、平均胸径、平均树高和平均单株带皮材积分别为1425株.hm-2、18.30 cm、16.20 m和0.19736 m3;天然林中99年生乐东拟单性木兰平均胸径、平均树高和平均单株带皮材积分别为40.20 cm、19.50 m和0.91212 m3。29年生乐东拟单性木兰人工林生长量远高于同龄天然林,树高、胸径的连年生长量和平均生长量高峰均比天然林早,峰值也比天然林大。天然林中的乐东拟单性木兰早期生长较慢,但后期生长量大,99年生单株材积平均生长量和连年生长量均高于人工林29年生。乐东拟单性木兰是一种生长速度较慢的树种。     

用林分生长模型更新小班主要调查因子的方法研究

小班的单位面积株数、平均胸径、平均树高、平均单株材积、平均年龄、单位面积蓄积等是森林小班最基本的特征数据,是森林资源小班调查的主要因子。以复位固定样地数据为基础,建立林分生长模型系统,包括单木材积模型、株数模型和进界模型等,并将该模型系统用于浙江省林业重点县仙居县的小班数据更新,结果较好。     

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.     

基于16线阵TLS数据的单木识别及林分断面积估测研究

目的地基激光雷达(TLS)可以对林冠下层进行快速、非破坏性的三维测量，与传统森林参数调查相比，节省了大量人力、物力和时间，在林业调查中有广泛应用。目前的研究集中在基于全方位TLS数据的参数提取，全方位扫描获取的点云数据量庞大，所需扫描时间较长，而针对快速扫描的多线阵点云数据的研究较少，相关算法有待提出，多线阵激光雷达数据的应用能力也有待验证。方法以北京市东升八家郊野公园和奥林匹克森林公园内的人工林为研究对象，基于多个单站扫描采集的16线阵TLS点云数据，提出了一种新的树干识别算法。该算法利用点云到达目标单木及周围其他物体距离的差异，检测出树干表面点云，并结合随机采样一致性(RANSAC)算法拟合圆，提取单木胸径；在此基础上引用角规抽样技术，进行林分平均胸高断面积的估测。结果对于多个单站扫描数据，单木检测率均在80%以上，株数密度最小的样地单木检测率可高达95%；对于单站数据，单木平均检测率随着扫描半径的增加而下降，在10 m左右范围内可以达到较高的检测率。以样地中被正确检测到的单木胸径估测值与实测值建立回归方程，单木胸径估测的决定系数R2在0.72~0.82之间；计算各样地单木胸径实测值与估测值的平方平均数，林分平均胸径估测精度均在90%以上，最高可达到99%，表明在样地水平上有较好的胸径估测效果。由TLS提取的胸径值结合角规抽样原理计算林分平均断面积估测值，与实测值相比，林分平均断面积估测精度可以达到90%左右。结论本文提出的算法能够基于单帧16线TLS数据提取单木参数，实现林分平均胸径及单位断面积的快速高效估算，为林业调查提供了一种新方法。