樟子松人工林樹冠動態(tài)三維圖形模擬技術(shù)的研究.pdf

1、本文以東北林業(yè)大學(xué)帽兒山實驗林場樟子松人工林為研究對象，采用樹干解析、枝解析的方法，分別于2002年和2003年在老山施業(yè)區(qū)選擇不同年齡、不同立地和不同密度的樟子松人工林有代表性的林分設(shè)置固定標(biāo)準(zhǔn)地15塊（其中，2002年設(shè)置7塊，2003年設(shè)置8塊），共獲取解析樣木53株（其中生物量樣木36株），實測了2298個一級枝活枝條變量因子(包括總著枝深度(DINC)、方位角（φ）、著枝角度(θ)、基徑(BD)、枝長(BL)、弦長(BCL)、

2、弓高(BAH))數(shù)據(jù)資料?；诶碚摶蚪?jīng)驗生長方程，建立了樟子松人工林樹冠結(jié)構(gòu)靜態(tài)模型及樹冠動態(tài)生長模型。采用VC++6.0語言為開發(fā)平臺，結(jié)合OpenGL開放式圖形庫，將生長模型與形態(tài)結(jié)構(gòu)模型結(jié)合，建立了樟子松人工林樹冠動態(tài)三維圖形可視化模擬系統(tǒng)。實現(xiàn)了基于實測數(shù)據(jù)和生長模型的靜態(tài)、動態(tài)單木和林分的可視化模擬。
　　因此，基于生長模型的林分可視化三維樹冠動態(tài)模擬主要核心問題從兩個方面進行研究，一是基于野外實測數(shù)據(jù)構(gòu)建樹冠結(jié)構(gòu)靜態(tài)和

3、動態(tài)模型。另一方面是利用編程語言實現(xiàn)模擬的過程。本文詳細研究工作包括以下內(nèi)容:
　　1樟子松人工林樹冠結(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)模型兩方面進行了研究。采用野外實測樟子松一級枝條數(shù)據(jù)，利用總著枝深度枝條變量因子和林木胸徑和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其進行了描述。樹冠結(jié)構(gòu)模型的研究包

4、括一級枝條數(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:一級枝條個數(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行很好的擬合，也表明圓形分布統(tǒng)計量是用來分析枝條方位水平分布非常有用的工具。文中通過對樹冠內(nèi)一級枝條的空間分布規(guī)律的研究，可以為樟子松人工林樹冠結(jié)構(gòu)的動態(tài)模擬提供基礎(chǔ)?；趯崪y各樹冠變量，同時建立了基于林木和林分測定

5、因子的全樹冠葉量和單個枝條著葉量的預(yù)估模型，并對樹冠內(nèi)葉量的空間垂直分布規(guī)律進行了研究。結(jié)果表明:胸徑(DBH)和冠長(CL)作為合適的樹木變量，可以用來構(gòu)建樟子松單木全樹冠葉量的預(yù)估模型;單個枝條葉量與枝條基徑、枝長和枝條在樹冠內(nèi)相對高度(BRH)相關(guān)緊密，其對數(shù)變換形式構(gòu)建的單個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

6、圍在2.01-4.52之間，所有樣木均通過t檢驗，相關(guān)指數(shù)r2（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導(dǎo)致的結(jié)果。
　　2樟子松人工林樹冠結(jié)構(gòu)動態(tài)模型的建立。在樹冠靜態(tài)模型的基礎(chǔ)上，為了反

7、映樹冠結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，根據(jù)實測樣木一級枝條枝解析基徑、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)一級枝條基徑、枝條的動態(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)，因此在研究樹冠動態(tài)變化規(guī)律時有必要建立反映樹高、胸徑動態(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態(tài)生長模型。檢驗結(jié)果表明:所有樣木的相關(guān)指

8、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態(tài)生長模型用來預(yù)估枝下高和冠長動態(tài)生長模型。并對引進的模型進行了精度驗證。
　　3基于實測數(shù)據(jù)和生長模型的樟子松人工林樹冠動態(tài)三維可視化圖形模擬。本文利用基于少數(shù)幾個參數(shù)和讀取數(shù)據(jù)文件的方式（由實測數(shù)據(jù)組成的Excel文件以及由生長模型生成），采用