南京林业大学学报(自然科学版) ›› 2022, Vol. 46 ›› Issue (1): 51-57.doi: 10.12302/j.issn.1000-2006.202010037
所属专题: 第二届中国林草计算机大会论文精选
• 专题报道Ⅱ:第二届中国林草计算机大会论文精选(执行主编 李凤日) • 上一篇 下一篇
朱念福1,2(), 张怀清1,2,*(), 崔泽宇1, 杨廷栋1, 李永亮1, 刘华1
收稿日期:
2020-10-24
接受日期:
2021-03-23
出版日期:
2022-01-30
发布日期:
2022-02-09
通讯作者:
张怀清
基金资助:
ZHU Nianfu1,2(), ZHANG Huaiqing1,2,*(), CUI Zeyu1, YANG Tingdong1, LI Yongliang1, LIU Hua1
Received:
2020-10-24
Accepted:
2021-03-23
Online:
2022-01-30
Published:
2022-02-09
Contact:
ZHANG Huaiqing
摘要:
【目的】定量研究林分空间结构对杉木枝下高的影响,构建基于空间结构的枝下高模型,结合杉木生长模型,应用三维可视化技术,实现杉木枝下高可视化模拟。【方法】利用湖南省黄丰桥国有林场6块杉木人工林临时样地的调查数据,选择5个常用枝下高基础模型,分析水平空间结构参数(PH)、垂直空间结构参数(PV)和空间结构单元平均距离(dDIS)及其组合对枝下高的影响,构建综合指标较好且变量少的枝下高模型。基于林分三维模型实时生成方法,建立一种枝干可控的杉木三维模型;结合单木胸径连年生长量模型、树高-曲线模型和冠幅面积估计模型,模拟林木的生长状态。【结果】Logistic模型综合指标较好且模型参数可解释,可选为基础模型;3个空间结构参数中垂直空间结构影响较为显著,将PV加入到Logistic模型中,改善了枝下高模型的拟合效果,决定系数(R2)从0.717提升到0.741,估计值的标准差从1.407 m减小到1.321 m,并使各项模型检验误差指标有所减小;构建的杉木三维模型可以动态调节枝干,实现了杉木枝下高模拟。【结论】构建的枝下高模型可以应用于林木年龄和部分林分信息未知的杉木林中,体现了林木间的相互竞争影响;结合枝干可控的杉木三维模型,模拟杉木生长过程,形象直观地表现了杉木枝下高的变化,为进一步研究林分生长动态可视化模拟和森林经营可视化模拟提供支持。
中图分类号:
朱念福,张怀清,崔泽宇,等. 基于空间结构的杉木枝下高可视化模拟研究[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2022, 46(1): 51-57.
ZHU Nianfu, ZHANG Huaiqing, CUI Zeyu, YANG Tingdong, LI Yongliang, LIU Hua. Visual simulation of Chinese fir under branch height in consideration of spatial structure[J].Journal of Nanjing Forestry University (Natural Science Edition), 2022, 46(1): 51-57.DOI: 10.12302/j.issn.1000-2006.202010037.
表1
样地数据统计量"
样地 序号 plot No. | 面积/ m2 area | 样木数 steam numbers | 平均 胸径/ cm mean DBH | 平均 树高/m mean height | 平均 冠幅/m mean CW | 平均枝 下高/m mean HCB |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 60×60 | 525 | 16.2 | 10.6 | 2.7 | 4.7 |
2 | 50×80 | 359 | 22.6 | 15.7 | 2.9 | 7.9 |
3 | 50×80 | 309 | 14.2 | 9.5 | 2.7 | 4.2 |
4 | 50×50 | 955 | 11.6 | 8.4 | 2.2 | 4.4 |
5 | 40×40 | 230 | 20.0 | 12.7 | 2.9 | 6.6 |
6 | 30×30 | 120 | 15.5 | 11.0 | 3.1 | 5.3 |
表3
枝下高基础模型的拟合优度及检验结果"
模型 model | 标准误 standard error | 拟合优度 goodness of fitting | 检验结果 validation result | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
a | b | R2 | σ(SEE)/m | σ(ME)/m | σ(MAE)/m | σ(TRE)/% | σ(MSE)/% | |
A | 0.020 | 0.001 | 0.717 | 1.407 | -0.293 | 1.018 | -2.906 | -2.931 |
B | 0.057 | 0.003 | 0.716 | 1.409 | -0.297 | 1.018 | -2.986 | -3.108 |
C | 0.026 | 0.001 | 0.717 | 1.409 | -0.297 | 1.018 | -2.936 | -3.044 |
D | 0.011 | 0.001 | 0.717 | 1.409 | -0.293 | 1.018 | -2.929 | -2.939 |
E | 0.006 | 0.000 | 0.716 | 1.409 | -0.297 | 1.018 | -2.927 | -3.021 |
表4
加入空间结构参数的枝下高模型拟合优度及检验结果"
因子 factor | 拟合优度 goodness of fitting | 检验结果 validation result | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
R2 | σ(SEE)/ m | σ(ME)/ m | σ(MAE)/ m | σ(TRE)/ % | σ(MSE)/ % | |
— | 0.717 | 1.407 | -0.293 | 1.018 | -2.906 | -2.931 |
PH | 0.731 | 1.325 | -0.238 | 0.998 | -2.844 | -2.863 |
PV | 0.741 | 1.321 | -0.234 | 0.989 | -2.842 | -2.843 |
dDIS | 0.729 | 1.375 | -0.242 | 1.011 | -2.916 | -3.005 |
PH, PV | 0.745 | 1.317 | -0.239 | 0.989 | -2.875 | -2.940 |
PH, dDIS | 0.738 | 1.316 | -0.237 | 0.998 | -2.845 | -2.883 |
PV, dDIS | 0.743 | 1.314 | -0.235 | 0.993 | -2.854 | -2.917 |
PH, PV, dDIS | 0.748 | 1.312 | -0.231 | 0.989 | -2.849 | -2.884 |
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