樟子松人工林樹冠動(dòng)態(tài)三維圖形模擬技術(shù)的研究

內(nèi)容概要

本文洋細(xì)研究工作包括以下內(nèi)容：  　(1)樟子松人卜林樹冠結(jié)構(gòu)靜態(tài)模型的建立。主要從樹冠形狀模型和結(jié)構(gòu)模型兩方面進(jìn)行了研究。采用野外實(shí)測樟子松一級(jí)枝條數(shù)據(jù)，利用總著枝深度枝條變量因子和林木胸徑、樹高變量建立了最優(yōu)的反映樹冠形狀模型的枝條基徑模型和枝長模型；著枝角度總體上是隨著總著枝深度的增加而增大，但構(gòu)建的模型精度過低，因此本文從著枝角度的總體分布方面對(duì)其進(jìn)行了描述。樹冠結(jié)構(gòu)模型的研究包括一級(jí)枝條數(shù)量預(yù)估模型的構(gòu)建以及枝葉的空間分布模型規(guī)律。結(jié)果表明：一級(jí)枝條個(gè)數(shù)在樹冠有效冠內(nèi)垂直方向上呈現(xiàn)一“多”一“少”的趨勢，在有效冠以下，隨著著枝深度的增加，枝條個(gè)數(shù)呈現(xiàn)直線下降趨勢；枝條的水平分布可以用均勻圓形分布進(jìn)行很好的擬合，也表明圓形分布統(tǒng)計(jì)量是用來分析枝條方位水平分布非常有用的工具。文中通過對(duì)樹冠內(nèi)一級(jí)枝條的空間分布規(guī)律的研究，可以為樟子松人工林樹冠結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模擬提供基礎(chǔ)?；趯?shí)測各樹冠變量，同時(shí)建立了基于林木和林分測定因子的全樹冠葉量和單個(gè)枝條著葉量的預(yù)估模型，并對(duì)樹冠內(nèi)葉量的空間垂直分布規(guī)律進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：胸徑(DBH)和冠長(CL炸為合適的樹木變量，可以用來構(gòu)建樟子松單木全樹冠葉量的預(yù)估模型；單個(gè)枝條葉量與枝條基徑、枝長和枝條在樹冠內(nèi)相對(duì)高度(BRH)相關(guān)緊密，其對(duì)數(shù)變換形式構(gòu)建的單個(gè)枝條葉量模型有很好的預(yù)估效果；樹冠葉量的空間垂直分布可以用二參數(shù)Weibull分布函數(shù)進(jìn)行描述。尺度參數(shù)b變化范圍為0.47-0.72之間，形狀參數(shù)C變化范圍在2.01-4.52之間，所有樣木均通過檢驗(yàn)，相關(guān)指數(shù)(0.958-0.997)均大于0.95。36株樣木中有26株樣木形狀參數(shù)C的95％置信區(qū)間包含3.6，表明這些樣木的葉量在樹冠上的垂直分布符合正態(tài)分布，即大多數(shù)樣木樹冠葉量集中在中部，較小級(jí)別的樣木表現(xiàn)出樹冠葉量向上部傾斜，這是處于林冠下層的被壓木，為了獲取更多光能以維持自身生命活動(dòng)導(dǎo)致的結(jié)果。    (2)樟子松人工林樹冠結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)模型的建立。在樹冠靜態(tài)模型的基礎(chǔ)上，為了反映樹冠結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，根據(jù)實(shí)測樣木一級(jí)枝條枝解析基徑、枝條生長數(shù)據(jù)，引入年齡因子作為自變量，建立了樹冠內(nèi)一級(jí)枝條基徑、枝條的動(dòng)態(tài)生長模型。    由于樹冠內(nèi)的枝長和基徑生長主要與樹木的胸徑、樹高相關(guān)，因此在研究樹冠動(dòng)態(tài)變化規(guī)律時(shí)有必要建立反映樹高、胸徑動(dòng)態(tài)變化的生長模型。通過樹干解析和查數(shù)輪枝高度獲取了樟子松胸徑和樹高生長動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，優(yōu)選利用Richards理論生長方程建立了樟子松樹高和胸徑動(dòng)態(tài)生長模型。檢驗(yàn)結(jié)果表明：所有樣木的相關(guān)指數(shù)均在99％以上，所以應(yīng)用構(gòu)建的Richards生長模型非常適合預(yù)估樟子松人工林樹高、胸徑生長。為了掌握樟子松人工林樹冠枝下高和冠長動(dòng)態(tài)變化情況，本文引用現(xiàn)有的樟子松人工林枝下高和冠長動(dòng)態(tài)生長模型用來頸估枝下高和冠長動(dòng)態(tài)生長模型。并對(duì)引進(jìn)的模型進(jìn)行了精度驗(yàn)證。    (3)基于實(shí)測數(shù)據(jù)和生長模型的樟子松人工林樹冠動(dòng)態(tài)二維可視化圖形模擬。本文利用基于少數(shù)幾個(gè)參數(shù)和讀取數(shù)據(jù)文件的方式(由實(shí)測數(shù)據(jù)組成的Excel文件以及由生長模型生成)，采用簡單幾何建模方法，利用OpenGL].4的可編程圖形功能及VC＋6.0開發(fā)語言建立了樟子松人人工林樹冠動(dòng)態(tài)二維可視化模擬系統(tǒng)軟件(3DTree 1.0v)，實(shí)現(xiàn)了基于實(shí)測數(shù)據(jù)單木、林分三維圖形靜態(tài)重建以及基于生長模型的單木、林分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)二維圖形可視化模擬，為實(shí)現(xiàn)虛擬間伐、整枝等二維可視化經(jīng)營措施及景觀沒汁等提供依據(jù)。    本書研究內(nèi)容承蒙林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目“我國典型森林類型健康經(jīng)營關(guān)鍵技術(shù)研究”(20100400207)、“東北林區(qū)主要樹種基礎(chǔ)模型系統(tǒng)的研究”(201004026)、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(DL09CALL)基金資助，特致殷切謝意。

書籍目錄

1　緒論　1.1　引言　1.2　樹冠結(jié)構(gòu)研究概述　1.3　樹冠結(jié)構(gòu)的描述和模擬　　1.3.7　樹冠形狀　　1.3.2　分枝結(jié)構(gòu)　　1.3.3　枝葉的空間分布格局　　1.3.4　樹冠結(jié)構(gòu)模型　1.4　樹木三維圖形可視化模擬　　1.4.1　樹木可視化圖形模擬概述　　1.4.2　樹木生成方法及實(shí)現(xiàn)技術(shù)　1.5　國內(nèi)外常見二維圖形可視化模擬開發(fā)軟件　　1.5.1　林木三維圖形可視化模擬開發(fā)軟件　　1.5.2　林分三維圖形可視化模擬開發(fā)軟什　1.6　主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線2　研究地區(qū)概況及數(shù)據(jù)收集整理　2.1　研究地區(qū)概況　　2.1.1　地理位置及地形地勢　　2.1.2　氣候概況　　2.1.3　土壤特點(diǎn)　　2.1.4　資源狀況　2.2　數(shù)據(jù)收集及整理　　2.2.1　數(shù)據(jù)收集及測定　　2.2.2　數(shù)據(jù)整理　2.3　生長方程及模型的擬合與檢驗(yàn)　　2.3.1　理論仝長方程　　2.3.2　經(jīng)驗(yàn)生長方程　　2.3.3　模型的擬合和檢驗(yàn)　2.4　本章小結(jié)3　樟子松人工林樹冠結(jié)構(gòu)靜態(tài)模型　3.1　樹冠形狀預(yù)估模型　　3.1.1　枝條基徑模型　　3.1 2　枝條長度模型　　3.1.3　枝條著枝角度　　3.1.4　枝條的弦長預(yù)估模型　　3.1.5　樹冠半徑模型　　3.1.6　樹冠形狀模型的檢驗(yàn)　3.2　樹冠結(jié)構(gòu)預(yù)估模型　　3.2.1　一級(jí)枝條數(shù)量預(yù)估模型　　3.2.2　枝條的空間分布　　3.2.3　枝葉的生物量分布　3.3　本章小結(jié)4　樟子松人工林樹冠結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)模型　4.1　一級(jí)枝條基徑生長模型　　4.1.1　研究方法　　4.1 2　結(jié)果與分析　　4.1.3　一級(jí)枝條基徑生長模型的檢驗(yàn)　4.2　一級(jí)枝條長度生長模型　　4.2.1　研究方法　　4.2.2　結(jié)果與分析　　4.2.3　一級(jí)枝條長度生長模型的檢驗(yàn)　4.3　樹高和胸徑動(dòng)態(tài)生長模型　　4.3.1　研究方法　　4.3.2　結(jié)果與分析　　4.3.3　樹高、胸徑動(dòng)態(tài)生長模型的檢驗(yàn)　4.4　枝下高和冠長動(dòng)態(tài)生長模型　……　5　基子實(shí)測數(shù)據(jù)樟子松人工林三維圖形重構(gòu)6　基于少量實(shí)測因子和生長模型樹冠靜態(tài)三維圖形模擬7　基子生長模型樹冠動(dòng)態(tài)三維圖形模擬8　樟子松人工林樹冠動(dòng)態(tài)三維圖形可視化模擬系統(tǒng)結(jié)論附錄1：3DTREEVIEW視圖類程序代碼附錄2：STUCTFILE樹結(jié)構(gòu)體程序代碼附錄3：TREE樹類程序代碼附錄4：BRANCH樹枝類程序代碼參考文獻(xiàn)

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