樟子松人工林樹冠動態(tài)三維圖形模擬技術的研究

　　本文洋細研究工作包括以下內(nèi)容：?。?）樟子松人卜林樹冠結構靜態(tài)模型的建立。主要從樹冠形狀模型和結構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、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。樹冠結構模型的研究包括一級枝條數(shù)量預估模型的構建以及枝葉的空間分布模型規(guī)律。結果表明：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構的動態(tài)模擬提供基礎?；趯崪y各樹冠變量，同時建立了基于林木和林分測定因子的全樹冠葉量和單個枝條著葉量的預估模型，并對樹冠內(nèi)葉量的空間垂直分布規(guī)律進行了研究。結果表明：胸徑（DBH）和冠長（CL炸為合適的樹木變量，可以用來構建樟子松單木全樹冠葉量的預估模型；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）相關緊密，其對數(shù)變換形式構建的單個枝條葉量模型有很好的預估效果；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變化范圍在2.01-4.52之間，所有樣木均通過檢驗，相關指數(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致的結果。（2）樟子松人工林樹冠結構動態(tài)模型的建立。在樹冠靜態(tài)模型的基礎上，為了反映樹冠結構的動態(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，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。檢驗結果表明：所有樣木的相關指數(shù)均在99％以上，所以應用構建的Richards生長模型非常適合預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)生長模型用來頸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)二維可視化圖形模擬。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態(tài)二維可視化模擬系統(tǒng)軟件（3DTree 1.0v），實現(xiàn)了基于實測數(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)和動態(tài)二維圖形可視化模擬，為實現(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)科研專項經(jīng)費項目“我國典型森林類型健康經(jīng)營關鍵技術研究”（20100400207）、“東北林區(qū)主要樹種基礎模型系統(tǒng)的研究”（201004026）、中央高校基本科研業(yè)務費專項資金項目（DL09CALL）基金資助，特致殷切謝意。

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