樟子松人工林樹冠動(dòng)態(tài)三維圖形模擬技術(shù)的研究

　　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(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）、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（DL09CALL）基金資助，特致殷切謝意。

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