CN109446744A - 一种考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟方法及系统。方法包括：构建林分生长样本库；获取林木的连年生长率；根据林木的连年生长率对林分生长参数进行选择，得到样本库中的特征变量；获取待模拟林木的特征变量；计算待模拟林木的特征变量与样本库中林木的特征变量的马氏距离；根据马氏距离确定最相似的样本林木；获取样本林木的连年生长率；根据样本林木的连年生长率，预测待模拟林木的第n年的生长属性，判断待模拟林木是否到达终止年龄，若到达终止年龄，则停止模拟生长属性；若没有到达终止年龄，则继续模拟。采用本发明能够弥补传统林分生长数学建模技术过程复杂的缺陷，实现海量林业数据的充分挖掘利用。
Description
技术领域
本发明涉及森林生长可视化技术领域，特别是涉及一种考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟方法及系统。
背景技术
林分生长模拟技术作为森林经理的重要组成部分，对于林业生产实践具有重要指导意义，历来都是林业科学研究的热点和难点。传统的林分生长模拟技术基于林分在不同立地、不同发育阶段的现实状况，采用一定的数学方法，得到能预估林分生长、死亡及其它内容的图表、公式和计算机程序等，其建模过程复杂，且未能体现林分空间结构与生长之间的交互过程。而林分空间结构作为林分中与林木空间位置相关的空间特征，是林木在林地上的空间分布格局及其属性在空间上的排列方式，决定了林木之间的竞争势及空间生态位，影响着林木的生长和林分的稳定性，反过来林分生长又改变着林分空间结构，二者之间关系复杂、密切，总体呈现出一种迭代循环的趋势，关于林分空间结构与生长交互过程的研究意义重大，亟需一种考虑空间结构与生长交互过程的林分生长模拟新方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟方法及系统，能够弥补传统林分生长数学建模技术过程复杂的缺陷，实现海量林业数据的充分挖掘利用，加速林分生长模拟技术的基层推广应用，为森林质量精准提升提供技术支撑。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟方法，包括：
构建林分生长样本库，所述林分生长样本库包括林分生长参数，所述林分生长参数包括单木根部相对坐标、林分年龄、地位指数、单木胸径、树高、冠幅、活枝下高、生存状况、水平空间结构参数和垂直空间结构参数；
获取林木的连年生长率；
根据所述林木的连年生长率对所述林分生长参数进行选择，得到样本库中的特征变量；
获取待模拟林木的特征变量；
计算待模拟林木的特征变量与所述样本库中林木的特征变量的马氏距离；
根据所述马氏距离确定最相似的样本林木；
获取所述样本林木的连年生长率；
根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性，n为大于或等于1的整数；
判断所述待模拟林木是否到达终止年龄，得到判断结果；
若所述判断结果表示到达终止年龄，则停止根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性；
若所述判断结果表示没有到达终止年龄，则继续根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性。
可选的，所述构建林分生长样本库，具体包括：
采用林业调查手段获取单木根部相对坐标、林分年龄、地位指数、单木胸径、树高、冠幅、活枝下高和生存状况；
利用公式确定水平空间结构参数，其中，CWi为林木i的冠幅半径；CWj为竞争邻体j的冠幅半径；Di为林木i的胸径；Dj为竞争邻体j的胸径；dij为林木i与竞争邻体j的水平距离；n值为空间结构单元中竞争邻体株数，当PHi越大，林木所受到的冠幅挤压越强，当PHi为负值时，林木处于竞争优势地位；
利用公式确定垂直空间结构参数，其中，Hi为对象木i的树高；Hj为竞争邻体j的树高；dij为对象木i与竞争邻体j的水平距离；Δz为竞争邻体与对象木的海拔高度差zj-zi；n值为空间结构单元中竞争邻体株数，当PVi越大，对象木所受到的光照遮盖越强，当PVi为负值时，对象木处于竞争优势地位。
可选的，所述获取林木的连年生长率，所述林木的连年生长率包括胸径连年生长率、树高连年生长率、冠幅连年生长率和活枝下高连年生长率，各所述生长率间具有线性关系。
可选的，所述获取待模拟林木的特征变量，具体包括：
获取待模拟林木的单木根部相对坐标、单木胸径、树高、冠幅和活枝下高；
根据所述待模拟林木的单木根部相对坐标、单木胸径、树高、冠幅和活枝下高，计算待模拟林木基于空间结构单元的水平空间结构参数和垂直空间结构参数；
根据所述待模拟林木的单木根部相对坐标、单木胸径、树高、冠幅、活枝下高、水平空间结构参数和垂直空间结构参数，得到待模拟林木的特征变量。
可选的，所述根据所述马氏距离确定最相似的样本林木，具体包括：
根据所述马氏距离，得到多个所述待模拟林木与所述样本库中林木的相似度；
根据所述相似度值，确定最相似的样本林木。
一种考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟系统，包括：
样本库构建模块，用于构建林分生长样本库，所述林分生长样本库包括林分生长参数，所述林分生长参数包括单木根部相对坐标、林分年龄、地位指数、单木胸径、树高、冠幅、活枝下高、生存状况、水平空间结构参数和垂直空间结构参数；
第一获取模块，用于获取林木的连年生长率；
参数选择模块，用于根据所述林木的连年生长率对所述林分生长参数进行选择，得到样本库中的特征变量；
第二获取模块，用于获取待模拟林木的特征变量；
马氏距离计算模块，用于计算待模拟林木的特征变量与所述样本库中林木的特征变量的马氏距离；
最相似样本林木确定模块，用于根据所述马氏距离确定最相似的样本林木；
第三获取模块，用于获取所述样本林木的连年生长率；
预测模块，用于根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性，n为大于或等于1的整数；
判断模块，用于判断所述待模拟林木是否到达终止年龄，得到判断结果；
停止预测模块，用于若所述判断结果表示到达终止年龄，则停止根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性；
若所述判断结果表示没有到达终止年龄，则继续根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性。
可选的，所述样本库构建模块，具体包括：
调查单元，用于采用林业调查手段获取单木根部相对坐标、林分年龄、地位指数、单木胸径、树高、冠幅、活枝下高和生存状况；
第一计算单元，用于利用公式确定水平空间结构参数，其中，CWi为林木i的冠幅半径；CWj为竞争邻体j的冠幅半径；Di为林木i的胸径；Dj为竞争邻体j的胸径；dij为林木i与竞争邻体j的水平距离；n值为空间结构单元中竞争邻体株数，当PHi越大，林木所受到的冠幅挤压越强，当PHi为负值时，林木处于竞争优势地位；
第二计算单元，用于利用公式确定垂直空间结构参数，其中，Hi为对象木i的树高；Hj为竞争邻体j的树高；dij为对象木i与竞争邻体j的水平距离；Δz为竞争邻体与对象木的海拔高度差zj-zi；n值为空间结构单元中竞争邻体株数，当PVi越大，对象木所受到的光照遮盖越强，当PVi为负值时，对象木处于竞争优势地位。
可选的，所述第一获取模块中的林木的连年生长率包括胸径连年生长率、树高连年生长率、冠幅连年生长率和活枝下高连年生长率，各所述生长率间具有线性关系。
可选的，所述第二获取模块，具体包括：
获取单元，用于获取待模拟林木的单木根部相对坐标、单木胸径、树高、冠幅和活枝下高；
计算单元，用于根据所述待模拟林木的单木根部相对坐标、单木胸径、树高、冠幅和活枝下高，计算待模拟林木基于空间结构单元的水平空间结构参数和垂直空间结构参数；
特征变量确定单元，用于根据所述待模拟林木的单木根部相对坐标、单木胸径、树高、冠幅、活枝下高、水平空间结构参数和垂直空间结构参数，得到待模拟林木的特征变量。
可选的，所述最相似样本林木确定模块，具体包括：
相似度计算单元，用于根据所述马氏距离，得到多个所述待模拟林木与所述样本库中林木的相似度；
最相似样本林木确定单元，用于根据所述相似度值，确定最相似的样本林木。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟方法，包括：构建林分生长样本库；获取林木的连年生长率；根据所述林木的连年生长率对所述林分生长参数进行选择，得到样本库中的特征变量；获取待模拟林木的特征变量；计算待模拟林木的特征变量与所述样本库中林木的特征变量的马氏距离；根据所述马氏距离确定最相似的样本林木；获取所述样本林木的连年生长率；根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性，n为大于或等于1的整数；判断所述待模拟林木是否到达终止年龄，得到判断结果；若所述判断结果表示到达终止年龄，则停止根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性；若所述判断结果表示没有到达终止年龄，则继续根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性。本发明充分考虑了林分空间结构与生长的交互关系，可实现林分中单木胸径、树高、冠幅及活枝下高的生长模拟，其精度完全符合基层林业应用需求。采用本发明能够弥补传统林分生长数学建模技术过程复杂的缺陷，实现海量林业数据的充分挖掘利用，加速林分生长模拟技术的基层推广应用，为森林质量精准提升提供技术支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟方法流程图；
图2为本发明实施例水平空间结构参数示意图；
图3为本发明实施例垂直空间结构参数示意图；
图4为本发明实施例相关系数矩阵图；
图5为本发明实施例林木生长交互过程图；
图6为本发明实施例考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟系统结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟方法及系统，能够弥补传统林分生长数学建模技术过程复杂的缺陷，实现海量林业数据的充分挖掘利用，加速林分生长模拟技术的基层推广应用，为森林质量精准提升提供技术支撑。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟方法流程图。如图1所示，一种考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟方法，包括：
步骤101：构建林分生长样本库，所述林分生长样本库包括林分生长参数，所述林分生长参数包括单木根部相对坐标、林分年龄、地位指数、单木胸径、树高、冠幅、活枝下高、生存状况、水平空间结构参数和垂直空间结构参数；
步骤102：获取林木的连年生长率；
步骤103：根据所述林木的连年生长率对所述林分生长参数进行选择，得到样本库中的特征变量；
步骤104：获取待模拟林木的特征变量；
步骤105：计算待模拟林木的特征变量与所述样本库中林木的特征变量的马氏距离；
步骤106：根据所述马氏距离确定最相似的样本林木；
步骤107：获取所述样本林木的连年生长率；
步骤108：根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性，n为大于或等于1的整数；
步骤109：判断所述待模拟林木是否到达终止年龄，得到判断结果；
步骤110：若所述判断结果表示到达终止年龄，则停止根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性；
若所述判断结果表示没有到达终止年龄，则继续根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性。
步骤101，具体包括：
采用林业调查手段获取单木根部相对坐标、林分年龄、地位指数、单木胸径、树高、冠幅、活枝下高和生存状况；调查指标包括单木根部相对坐标(X,Y,Z)(由全站仪测量得到)、林分年龄(A)(查阅造林档案或咨询相关部门)、地位指数(SI)(查找地位指数表)、单木胸径(D)(采用胸径尺测量)、树高(H)(采用测高仪或测高杆获得)、冠幅(CW)(利用皮尺或者标尺测量东西、南北两个方向的树冠长度，而后取二者平均)、活枝下高(UBH)(采用测高仪或测高杆获得)、生存状况(实地调查判断是否枯损)等。
利用公式确定水平空间结构参数，其中，CWi为林木i的冠幅半径；CWj为竞争邻体j的冠幅半径；Di为林木i的胸径；Dj为竞争邻体j的胸径；dij为林木i与竞争邻体j的水平距离；n值为空间结构单元中竞争邻体株数，当PHi越大，林木所受到的冠幅挤压越强，当PHi为负值时，林木处于竞争优势地位；图2为本发明实施例水平空间结构参数示意图。
利用公式确定垂直空间结构参数，其中，Hi为对象木i的树高；Hj为竞争邻体j的树高；dij为对象木i与竞争邻体j的水平距离；Δz为竞争邻体与对象木的海拔高度差zj-zi；n值为空间结构单元中竞争邻体株数，当PVi越大，对象木所受到的光照遮盖越强，当PVi为负值时，对象木处于竞争优势地位。图3为本发明实施例垂直空间结构参数示意图。
至此，林分生长样本库中每株样本木均具有年龄、地位指数、胸径、树高、冠幅、活枝下高、水平、垂直空间结构参数、生存状况等属性。
采用因子相关性分析法对地位指数、胸径、树高、冠幅、活枝下高、水平、垂直空间结构参数(SI,D,H,CW,UBH,PH,PV)与连年生长率(D_Rate)进行分析选择特征变量，所述林木的连年生长率包括胸径连年生长率、树高连年生长率、冠幅连年生长率和活枝下高连年生长率，各所述生长率间具有线性关系。因为胸径、树高、冠幅、活枝下高之间线性关系明显，且胸径测量精度最高，所以我们只采用胸径连年生长率进行特征变量选择。
变量选择按照以下原则：
i选择与胸径连年生长率相关性较高的变量；
ii当变量之间相关性过高，且变量表示的是林木生长因素的同一方面时，剔除冗余变量。
同时采用胸径、树高、冠幅、活枝下高的连年生长率作为预测下一年生长量的依据，得到林分生长样本库的数据结构如下表所示。当林木枯损时，其胸径、树高、冠幅、活枝下高的连年生长率为0。特征变量的选择至此结束。表1为林分生长样本库数据结构。
表1林分生长样本库数据结构
步骤104，具体包括：
获取待模拟林木的单木根部相对坐标、单木胸径、树高、冠幅和活枝下高；
根据所述待模拟林木的单木根部相对坐标、单木胸径、树高、冠幅和活枝下高，计算待模拟林木基于空间结构单元的水平空间结构参数和垂直空间结构参数；
根据所述待模拟林木的单木根部相对坐标、单木胸径、树高、冠幅、活枝下高、水平空间结构参数和垂直空间结构参数，得到待模拟林木的特征变量。
步骤106，具体包括：
根据所述马氏距离，得到多个所述待模拟林木与所述样本库中林木的相似度；
根据所述相似度值，确定最相似的样本林木。
计算每株待模拟林木的特征变量与样本库中林木特征变量(Indic1,Indic2,……)的马氏距离，进行相似度匹配(其中年龄与立地指数作为首要约束条件，必须完全相同，其他特征变量以马氏距离最小则最相似为判别准则)，得到最相似样本木的胸径、树高、冠幅、活枝下高的连年生长率(D_Rate,H_Rate,CW_Rate,UBH_Rate)，由以下公式计算得到待模拟林木下一年的属性(D1,H1,CW1,UBH1)。如果最相似样本木枯损，则待模拟林木也相应枯损，其属性赋值为0，从而实现林木在不同空间结构影响下的不同生长；
D1＝(1+D_Rate)*D
H1＝(1+H_Rate)*H
CW1＝(1+CW_Rate)*CW
UBH1＝(1+UBH_Rate)*UBH
马氏距离是一个数值，用于判断待模拟林木与样本库中样本木的距离远近，距离越近也就越相似。通过查找样本库中与待模拟林木马氏距离最近的样本木，即最相似的林木，然后让待模拟林木根据最相似林木的生长率进行生长。
将得到的林分生长过程中每株林木的生长属性并保存生长数据至数据库中。
具体实施例1：
湖南黄丰桥国有林场杉木人工林林分生长模拟实例：
样本库数据获取及计算：
利用全站仪测量杉木单木根部相对坐标(X,Y,Z)，以常规外业调查方式调查胸径、树高、冠幅、活枝下高、生长状态等，以1年为时间间隔采集6块杉木人工林样地的2012-2017年连续调查数据。6块样地的地位指数一致，其核心区(距边界5m)属性分布如表2所示。
表2样地因子基本统计量
注：属性分布中，a-b-c表示最小值-均值-最大值。
6块样地年龄跨度连续(10–28年)，可预测10-28年的林分生长，将采集的外业数据保存至数据库，本例使用C#编写程序读取数据库文件计算水平垂直空间结构参数并保存。
特征变量选择及样本库构建：
分年龄进行相关性分析(本例使用Matlab编程计算)，得到各年龄特征变量的相关系数矩阵，图4为本发明实施例相关系数矩阵图。
经综合分析选择年龄、胸径、水平与垂直空间结构参数作为样本库特征变量。使用A、B、C、D、E样地中边界木以外(边界木只参与计算，而不加入样本库)的杉木生长数据建立样本库，得到的样本库包含杉木8934株，其中枯死97株。样本库部分如下表所示。
表3林分生长样本库部分
基于样本库的林分生长模拟及精度检验：
以F样地作为待模拟林分实例，首先读取F样地数据，实时计算水平垂直空间结构参数，而后读取林分生长样本库，采用马氏距离为匹配准则，以F样地13年作为初始状态，将F样地内林木与样本库进行循环迭代匹配，从而模拟F样地13-18年时的生长状态，实现考虑空间与生长交互的林分生长模拟。图5为本发明实施例林木的生长交互过程图。
以F样地实测数据进行生长和枯损模拟精度检验，得到林分生长模拟精度检验结果如表4所示，林分枯损模拟效果如表5所示。
表4林分生长模拟精度检验表
表5林分枯损模拟精度检验表
注：Ο表示存活；×代表枯损。
可以看出，本发明提出的林分生长模拟方法精度良好，不仅能对胸径、树高、冠幅、活枝下高等进行模拟，而且对林分枯损也进行了模拟，同时充分考虑了林分空间结构与生长之间的交互过程，能满足基层林业应用需求。
图6为本发明实施例考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟系统结构图。如图6所示，一种考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟系统，包括：
样本库构建模块201，用于构建林分生长样本库，所述林分生长样本库包括林分生长参数，所述林分生长参数包括单木根部相对坐标、林分年龄、地位指数、单木胸径、树高、冠幅、活枝下高、生存状况、水平空间结构参数和垂直空间结构参数；
第一获取模块202，用于获取林木的连年生长率；
参数选择模块203，用于根据所述林木的连年生长率对所述林分生长参数进行选择，得到样本库中的特征变量；
第二获取模块204，用于获取待模拟林木的特征变量；
马氏距离计算模块205，用于计算待模拟林木的特征变量与所述样本库中林木的特征变量的马氏距离；
最相似样本林木确定模块206，用于根据所述马氏距离确定最相似的样本林木；
第三获取模块207，用于获取所述样本林木的连年生长率；
预测模块208，用于根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性，n为大于或等于1的整数；
判断模块209，用于判断所述待模拟林木是否到达终止年龄，得到判断结果；
停止预测模块210，用于若所述判断结果表示到达终止年龄，则停止根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性；
若所述判断结果表示没有到达终止年龄，则继续根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性。
所述样本库构建模块201，具体包括：
调查单元，用于采用林业调查手段获取单木根部相对坐标、林分年龄、地位指数、单木胸径、树高、冠幅、活枝下高和生存状况；
第一计算单元，用于利用公式确定水平空间结构参数，其中，CWi为林木i的冠幅半径；CWj为竞争邻体j的冠幅半径；Di为林木i的胸径；Dj为竞争邻体j的胸径；dij为林木i与竞争邻体j的水平距离；n值为空间结构单元中竞争邻体株数，当PHi越大，林木所受到的冠幅挤压越强，当PHi为负值时，林木处于竞争优势地位；
第二计算单元，用于利用公式确定垂直空间结构参数，其中，Hi为对象木i的树高；Hj为竞争邻体j的树高；dij为对象木i与竞争邻体j的水平距离；Δz为竞争邻体与对象木的海拔高度差zj-zi；n值为空间结构单元中竞争邻体株数，当PVi越大，对象木所受到的光照遮盖越强，当PVi为负值时，对象木处于竞争优势地位。
所述第一获取模块中的林木的连年生长率包括胸径连年生长率、树高连年生长率、冠幅连年生长率和活枝下高连年生长率，各所述生长率间具有线性关系。
所述第二获取模块204，具体包括：
获取单元，用于获取待模拟林木的单木根部相对坐标、单木胸径、树高、冠幅和活枝下高；
计算单元，用于根据所述待模拟林木的单木根部相对坐标、单木胸径、树高、冠幅和活枝下高，计算待模拟林木基于空间结构单元的水平空间结构参数和垂直空间结构参数；
特征变量确定单元，用于根据所述待模拟林木的单木根部相对坐标、单木胸径、树高、冠幅、活枝下高、水平空间结构参数和垂直空间结构参数，得到待模拟林木的特征变量。
所述最相似样本林木确定模块206，具体包括：
相似度计算单元，用于根据所述马氏距离，得到多个所述待模拟林木与所述样本库中林木的相似度；
最相似样本林木确定单元，用于根据所述相似度值，确定最相似的样本林木。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟方法，其特征在于，包括：
构建林分生长样本库，所述林分生长样本库包括林分生长参数，所述林分生长参数包括单木根部相对坐标、林分年龄、地位指数、单木胸径、树高、冠幅、活枝下高、生存状况、水平空间结构参数和垂直空间结构参数；
获取林木的连年生长率；
根据所述林木的连年生长率对所述林分生长参数进行选择，得到样本库中的特征变量；
获取待模拟林木的特征变量；
计算待模拟林木的特征变量与所述样本库中林木的特征变量的马氏距离；
根据所述马氏距离确定最相似的样本林木；
获取所述样本林木的连年生长率；
根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性，n为大于或等于1的整数；
判断所述待模拟林木是否到达终止年龄，得到判断结果；
若所述判断结果表示到达终止年龄，则停止根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性；
若所述判断结果表示没有到达终止年龄，则继续根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性。
2.根据权利要求1的考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟方法，其特征在于，所述构建林分生长样本库，具体包括：
采用林业调查手段获取单木根部相对坐标、林分年龄、地位指数、单木胸径、树高、冠幅、活枝下高和生存状况；
利用公式确定水平空间结构参数，其中，CWi为林木i的冠幅半径；CWj为竞争邻体j的冠幅半径；Di为林木i的胸径；Dj为竞争邻体j的胸径；dij为林木i与竞争邻体j的水平距离；n值为空间结构单元中竞争邻体株数，当PHi越大，林木所受到的冠幅挤压越强，当PHi为负值时，林木处于竞争优势地位；
利用公式确定垂直空间结构参数，其中，Hi为对象木i的树高；Hj为竞争邻体j的树高；dij为对象木i与竞争邻体j的水平距离；Δz为竞争邻体与对象木的海拔高度差zj-zi；n值为空间结构单元中竞争邻体株数，当PVi越大，对象木所受到的光照遮盖越强，当PVi为负值时，对象木处于竞争优势地位。
3.根据权利要求1的考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟方法，其特征在于，所述获取林木的连年生长率，所述林木的连年生长率包括胸径连年生长率、树高连年生长率、冠幅连年生长率和活枝下高连年生长率，各所述生长率间具有线性关系。
4.根据权利要求1的考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟方法，其特征在于，所述获取待模拟林木的特征变量，具体包括：
获取待模拟林木的单木根部相对坐标、单木胸径、树高、冠幅和活枝下高；
根据所述待模拟林木的单木根部相对坐标、单木胸径、树高、冠幅和活枝下高，计算待模拟林木基于空间结构单元的水平空间结构参数和垂直空间结构参数；
根据所述待模拟林木的单木根部相对坐标、单木胸径、树高、冠幅、活枝下高、水平空间结构参数和垂直空间结构参数，得到待模拟林木的特征变量。
5.根据权利要求1的考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟方法，其特征在于，所述根据所述马氏距离确定最相似的样本林木，具体包括：
根据所述马氏距离，得到多个所述待模拟林木与所述样本库中林木的相似度；
根据所述相似度值，确定最相似的样本林木。
6.一种考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟系统，其特征在于，包括：
样本库构建模块，用于构建林分生长样本库，所述林分生长样本库包括林分生长参数，所述林分生长参数包括单木根部相对坐标、林分年龄、地位指数、单木胸径、树高、冠幅、活枝下高、生存状况、水平空间结构参数和垂直空间结构参数；
第一获取模块，用于获取林木的连年生长率；
参数选择模块，用于根据所述林木的连年生长率对所述林分生长参数进行选择，得到样本库中的特征变量；
第二获取模块，用于获取待模拟林木的特征变量；
马氏距离计算模块，用于计算待模拟林木的特征变量与所述样本库中林木的特征变量的马氏距离；
最相似样本林木确定模块，用于根据所述马氏距离确定最相似的样本林木；
第三获取模块，用于获取所述样本林木的连年生长率；
预测模块，用于根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性，n为大于或等于1的整数；
判断模块，用于判断所述待模拟林木是否到达终止年龄，得到判断结果；
停止预测模块，用于若所述判断结果表示到达终止年龄，则停止根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性；
若所述判断结果表示没有到达终止年龄，则继续根据所述样本林木的连年生长率，模拟所述待模拟林木的第n年的生长属性。
7.根据权利要求6的考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟系统，其特征在于，所述样本库构建模块，具体包括：
调查单元，用于采用林业调查手段获取单木根部相对坐标、林分年龄、地位指数、单木胸径、树高、冠幅、活枝下高和生存状况；
第一计算单元，用于利用公式确定水平空间结构参数，其中，CWi为林木i的冠幅半径；CWj为竞争邻体j的冠幅半径；Di为林木i的胸径；Dj为竞争邻体j的胸径；dij为林木i与竞争邻体j的水平距离；n值为空间结构单元中竞争邻体株数，当PHi越大，林木所受到的冠幅挤压越强，当PHi为负值时，林木处于竞争优势地位；
第二计算单元，用于利用公式确定垂直空间结构参数，其中，Hi为对象木i的树高；Hj为竞争邻体j的树高；dij为对象木i与竞争邻体j的水平距离；Δz为竞争邻体与对象木的海拔高度差zj-zi；n值为空间结构单元中竞争邻体株数，当PVi越大，对象木所受到的光照遮盖越强，当PVi为负值时，对象木处于竞争优势地位。
8.根据权利要求6的考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟系统，其特征在于，所述第一获取模块中的林木的连年生长率包括胸径连年生长率、树高连年生长率、冠幅连年生长率和活枝下高连年生长率，各所述生长率间具有线性关系。
9.根据权利要求6的考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟系统，其特征在于，所述第二获取模块，具体包括：
获取单元，用于获取待模拟林木的单木根部相对坐标、单木胸径、树高、冠幅和活枝下高；
计算单元，用于根据所述待模拟林木的单木根部相对坐标、单木胸径、树高、冠幅和活枝下高，计算待模拟林木基于空间结构单元的水平空间结构参数和垂直空间结构参数；
特征变量确定单元，用于根据所述待模拟林木的单木根部相对坐标、单木胸径、树高、冠幅、活枝下高、水平空间结构参数和垂直空间结构参数，得到待模拟林木的特征变量。
10.根据权利要求6的考虑空间结构与生长交互的林分生长模拟系统，其特征在于，所述最相似样本林木确定模块，具体包括：
相似度计算单元，用于根据所述马氏距离，得到多个所述待模拟林木与所述样本库中林木的相似度；
最相似样本林木确定单元，用于根据所述相似度值，确定最相似的样本林木。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111462312A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-07-28 | 中国林业科学研究院资源信息研究所 | 一种考虑空间结构的枝下高动态可视化模拟方法及系统 |
| CN112434429A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-03-02 | 广东电网有限责任公司肇庆供电局 | 一种林分生长模型建立方法及系统 |
| CN115131517A (zh) * | 2022-07-08 | 2022-09-30 | 中国林业科学研究院资源信息研究所 | 一种基于内外竞争影响圈的竞争可视模型 |
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| FI19992319A (fi) * | 1999-10-28 | 2001-04-29 | Diware Oy | Menetelmä puustotunnusten määrittämiseksi sekä tietokoneohjelma menetelmän suorittamiseksi |
| CN103678870A (zh) * | 2013-09-24 | 2014-03-26 | 中国林业科学研究院资源信息研究所 | 一种林分生长与经营交互可视化模拟方法 |
| CN108510182A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-09-07 | 中南林业科技大学 | 一种天然异龄林年龄测计方法 |
-
2018
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| CN115131517B (zh) * | 2022-07-08 | 2024-03-15 | 中国林业科学研究院资源信息研究所 | 一种基于内外竞争影响圈的竞争可视模型 |
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