樟子松人工林樹(shù)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(shù)冠結(jié)構(gòu)靜態(tài)模型的建立。主要從樹(shù)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(cè)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(shù)高變量建立了最優(yōu)的反映樹(shù)冠形狀模型的枝條基徑模型和枝長(zhǎng)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(guò)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(shù)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(shù)冠有效冠內(nèi)垂直方向上呈現(xiàn)一“多”一“少”的趨勢(shì)，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(shì)；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(lái)分析枝條方位水平分布非常有用的工具。文中通過(guò)對(duì)樹(shù)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(shù)冠結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模擬提供基礎(chǔ)?；趯?shí)測(cè)各樹(shù)冠變量，同時(shí)建立了基于林木和林分測(cè)定因子的全樹(shù)冠葉量和單個(gè)枝條著葉量的預(yù)估模型，并對(duì)樹(shù)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(zhǎng)(CL炸為合適的樹(shù)木變量，可以用來(lái)構(gòu)建樟子松單木全樹(shù)冠葉量的預(yù)估模型；單個(gè)枝條葉量與枝條基徑、枝長(zhǎng)和枝條在樹(shù)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(shù)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(guò)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(shù)冠上的垂直分布符合正態(tài)分布，即大多數(shù)樣木樹(shù)冠葉量集中在中部，較小級(jí)別的樣木表現(xiàn)出樹(shù)冠葉量向上部?jī)A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(shù)冠結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)模型的建立。在樹(shù)冠靜態(tài)模型的基礎(chǔ)上，為了反映樹(shù)冠結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，根據(jù)實(shí)測(cè)樣木一級(jí)枝條枝解析基徑、枝條生長(zhǎng)數(shù)據(jù)，引入年齡因子作為自變量，建立了樹(shù)冠內(nèi)一級(jí)枝條基徑、枝條的動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)模型。    由于樹(shù)冠內(nèi)的枝長(zhǎng)和基徑生長(zhǎng)主要與樹(shù)木的胸徑、樹(shù)高相關(guān)，因此在研究樹(shù)冠動(dòng)態(tài)變化規(guī)律時(shí)有必要建立反映樹(shù)高、胸徑動(dòng)態(tài)變化的生長(zhǎng)模型。通過(guò)樹(shù)干解析和查數(shù)輪枝高度獲取了樟子松胸徑和樹(shù)高生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，優(yōu)選利用Richards理論生長(zhǎng)方程建立了樟子松樹(shù)高和胸徑動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)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(zhǎng)模型非常適合預(yù)估樟子松人工林樹(shù)高、胸徑生長(zhǎng)。為了掌握樟子松人工林樹(shù)冠枝下高和冠長(zhǎng)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(zhǎng)動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)模型用來(lái)頸估枝下高和冠長(zhǎng)動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)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(cè)數(shù)據(jù)和生長(zhǎng)模型的樟子松人工林樹(shù)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(cè)數(shù)據(jù)組成的Excel文件以及由生長(zhǎng)模型生成)，采用簡(jiǎn)單幾何建模方法，利用OpenGL].4的可編程圖形功能及VC＋6.0開(kāi)發(fā)語(yǔ)言建立了樟子松人人工林樹(shù)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(cè)數(shù)據(jù)單木、林分三維圖形靜態(tài)重建以及基于生長(zhǎng)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(yíng)措施及景觀沒(méi)汁等提供依據(jù)。    本書(shū)研究?jī)?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(guó)典型森林類型健康經(jīng)營(yíng)關(guān)鍵技術(shù)研究”(20100400207)、“東北林區(qū)主要樹(shù)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(shū)籍目錄

1　緒論　1.1　引言　1.2　樹(shù)冠結(jié)構(gòu)研究概述　1.3　樹(shù)冠結(jié)構(gòu)的描述和模擬　　1.3.7　樹(shù)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(shù)冠結(jié)構(gòu)模型　1.4　樹(shù)木三維圖形可視化模擬　　1.4.1　樹(shù)木可視化圖形模擬概述　　1.4.2　樹(shù)木生成方法及實(shí)現(xiàn)技術(shù)　1.5　國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)二維圖形可視化模擬開(kāi)發(fā)軟件　　1.5.1　林木三維圖形可視化模擬開(kāi)發(fā)軟件　　1.5.2　林分三維圖形可視化模擬開(kāi)發(fā)軟什　1.6　主要研究?jī)?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(shì)　　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(cè)定　　2.2.2　數(shù)據(jù)整理　2.3　生長(zhǎng)方程及模型的擬合與檢驗(yàn)　　2.3.1　理論仝長(zhǎng)方程　　2.3.2　經(jīng)驗(yàn)生長(zhǎng)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(shù)冠結(jié)構(gòu)靜態(tài)模型　3.1　樹(shù)冠形狀預(yù)估模型　　3.1.1　枝條基徑模型　　3.1 2　枝條長(zhǎng)度模型　　3.1.3　枝條著枝角度　　3.1.4　枝條的弦長(zhǎng)預(yù)估模型　　3.1.5　樹(shù)冠半徑模型　　3.1.6　樹(shù)冠形狀模型的檢驗(yàn)　3.2　樹(shù)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(shù)冠結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)模型　4.1　一級(jí)枝條基徑生長(zhǎng)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(zhǎng)模型的檢驗(yàn)　4.2　一級(jí)枝條長(zhǎng)度生長(zhǎng)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(zhǎng)度生長(zhǎng)模型的檢驗(yàn)　4.3　樹(shù)高和胸徑動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)模型　　4.3.1　研究方法　　4.3.2　結(jié)果與分析　　4.3.3　樹(shù)高、胸徑動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)模型的檢驗(yàn)　4.4　枝下高和冠長(zhǎng)動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)模型　……　5　基子實(shí)測(cè)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(cè)因子和生長(zhǎng)模型樹(shù)冠靜態(tài)三維圖形模擬7　基子生長(zhǎng)模型樹(shù)冠動(dòng)態(tài)三維圖形模擬8　樟子松人工林樹(shù)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(shù)結(jié)構(gòu)體程序代碼附錄3：TREE樹(shù)類程序代碼附錄4：BRANCH樹(shù)枝類程序代碼參考文獻(xiàn)

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