CN117077235B - 近自然森林群落设计和优化方法、装置和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及生态环境设计技术领域，尤其涉及近自然森林群落设计和优化方法、装置和电子设备，该方法包括：获取群落植株点位分布图；根据第一点位信息和第二点位信息，构建群落植株分布三角网图；根据群落植株分布三角网图确定相邻植株，并计算相邻植株间的竞争指数；将群落植株初始分布图中竞争指数超过阈值的植株对应的植株点位移除，获得近自然森林群落优化结果；将群落植株种植点位分布图中竞争指数超过阈值的植株对应的植株点位移动或移除，直至获得近自然森林群落设计结果。本方案通过在设计阶段对植株点位进行调控，能够对近自然森林群落进行空间结构的生成和优化，进而起到了提质增效的成果。
Description
技术领域
本申请实施例涉及生态环境设计技术领域，尤其涉及一种近自然森林群落设计和优化方法、装置和电子设备。
背景技术
近自然森林的概念来源于近自然林业，是指遵循潜在自然植被理论和自然演替规律营造的以乔木为主的人工林。由于具有稳定性强、物种多样性高、低维护等特点，比传统的大面积密植纯林具有更高的生态效益和社会经济效益，逐步成为一种植物景观设计的手段和风格被运用到城市植被的建设中。
近自然森林营造的主要目标是模拟地带性植被的群落结构特征。群落结构包括树种组成结构和群落空间结构。目前，基于营造过程引导的宫胁造林法是近自然造林最成熟的造林方式，在此基础上通过选择乡土植物搭配和组团式的平面布局来进行导则式的群落特征控制。
然而，过程式和导则式的营造手段均把实践的重点放在群落栽植过程和营造过程，忽略了在设计阶段对群落空间结构的调控，会造成近自然森林群落设计效果不理想的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种近自然森林群落设计和优化方法、装置和电子设备，以至少部分解决上述问题。
根据本申请实施例的第一方面，提供了一种近自然森林群落设计和优化方法，包括：获取群落植株点位分布图，其中，所述群落植株点位分布图包括群落植株初始分布图和群落植株种植点位分布图，所述群落植株初始分布图包括用于指示已建成近自然森林群落中植株所在的位置的第一点位信息，所述群落植株种植点位分布图包括用于指示已规划近自然森林群落中植株所在的位置的第二点位信息；根据所述第一点位信息和所述第二点位信息，构建群落植株分布三角网图；根据所述群落植株分布三角网图确定相邻植株，并计算所述相邻植株间的竞争指数；将所述群落植株初始分布图中所述竞争指数超过阈值的植株对应的植株点位移除，获得近自然森林群落优化结果；将所述群落植株种植点位分布图中所述竞争指数超过所述阈值的植株对应的植株点位移动或移除，直至所述群落植株种植点位分布图中不存在所述竞争指数超过所述阈值的植株，获得近自然森林群落设计结果。
根据本申请实施例的第二方面，提供了一种近自然森林群落设计和优化装置，包括：获取模块，用于获取群落植株点位分布图，其中，所述群落植株点位分布图包括群落植株初始分布图和群落植株种植点位分布图，所述群落植株初始分布图包括用于指示已建成近自然森林群落中植株所在的位置的第一点位信息，所述群落植株种植点位分布图包括用于指示已规划近自然森林群落中植株所在的位置的第二点位信息；构建模块，用于根据所述第一点位信息和所述第二点位信息，构建群落植株分布三角网图；计算模块，用于根据所述群落植株分布三角网图确定相邻植株，并计算所述相邻植株间的竞争指数；优化模块，用于将所述群落植株初始分布图中所述竞争指数超过阈值的植株对应的植株点位移除，获得近自然森林群落优化结果；设计模块，用于将所述群落植株种植点位分布图中所述竞争指数超过所述阈值的植株对应的植株点位移动或移除，直至所述群落植株种植点位分布图中不存在所述竞争指数超过所述阈值的植株，获得近自然森林群落设计结果。
根据本申请实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括：处理器、通信接口、存储器和通信总线，处理器、存储器和通信接口通过通信总线完成相互间的通信；存储器用于存放至少一可执行指令，可执行指令使处理器执行如实施例第一方面所述的方法对应的操作。
由上述技术方案，通过在设计阶段对群落植株点位分布图中的植株点位进行调控，相对于把实践的重点放在群落栽植过程和营造过程的过程式和导则式的营造手段，能够在设计阶段对近自然森林群落进行空间结构的生成和控制，对近自然森林群落的营造起到了提质增效的成果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本申请实施例的一种近自然森林群落设计和优化方法的步骤流程图；
图2为根据本申请实施例的一种群落植株点位分布图获取方法的步骤流程图；
图3为根据本申请实施例的一种群落植株分布三角网图构建方法的步骤流程图；
图4为根据本申请实施例的一种近自然森林群落设计和优化装置的结构示意图；
图5为根据本申请实施例的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请实施例保护的范围。
下面结合本申请实施例附图进一步说明本申请实施例具体实现。
近自然森林的概念来源于近自然林业，是指遵循潜在自然植被理论和自然演替规律营造的以乔木为主的人工林。由于具有稳定性强、物种多样性高、低维护等特点，比传统的大面积密植纯林具有更高的生态效益和社会经济效益，逐步成为一种植物景观设计的手段和风格被运用到城市植被的建设中。
近自然森林营造的主要目标是模拟地带性植被的群落结构特征。群落结构包括树种组成结构和群落空间结构。基于营造过程引导（过程式）的宫胁造林法是近自然造林最成熟的造林方式，在此基础上一般还可以通过选择乡土植物搭配和组团式的平面布局来进行导则式的群落特征控制。然而，过程式和导则式的营造手段均把实践的重点放在群落栽植过程和营造过程，忽略了在设计阶段对群落空间结构的调控，营造效果受到实施水平的影响。因此，在设计阶段对近自然森林群落进行树种结构和空间结构的生成和控制，对于近自然森林营造的提质增效具有重要意义。进而，本方案提出了一种近自然森林群落设计和优化方案，以解决上述问题。
下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
图1为根据本申请实施例的一种近自然森林群落设计和优化方法的步骤流程图，如图1所示，该近自然森林群落设计和优化方法包括：
步骤101、获取群落植株点位分布图。
近自然森林群落设计和优化具体包括设计方案和优化方案两种，设计方案针对的是未种植植被，设计一个新的近自然森林群落的场景，优化方案针对的是对已建成的近自然森林群落进行优化的场景。但对于上述两个场景，均需要先获取群落植株点位分布图，群落植株点位分布图包括群落植株初始分布图和群落植株种植点位分布图，群落植株初始分布图包括用于指示已建成近自然森林群落中植株所在的位置的第一点位信息，群落植株种植点位分布图包括用于指示已规划近自然森林群落中植株所在的位置的第二点位信息。具体的获取方式包括但不限于雷达扫描、无人机拍摄或人工摄像等方式。
步骤102、根据第一点位信息和第二点位信息，构建群落植株分布三角网图。
在获取到群落植株点位分布图包括的第一点位信息和第二点位信息后，可以根据第一点位信息和第二点位信息为群落植株初始分布图和群落植株种植点位分布图分别构建群落植株分布三角网图。例如，可以通过delaunay三角剖分算法对第一点位信息和第二点位信息进行分析，生成所有群落植株的种植点相连的群落植株分布三角网图。在生成过程中，还可以先生成待处理群落植株分布三角网图，之后移除待处理群落植株分布三角网图中距离超过距离阈值的植株构成的三角形，距离阈值可以根据三角形中顶点植株的三倍冠幅确定，并以此为基准对待处理群落植株分布三角网图中的三角形进行筛选，在筛选完成后获得群落植株分布三角网图。
步骤103、根据群落植株分布三角网图确定相邻植株，并计算相邻植株间的竞争指数。
在获得群落植株分布三角网图后，根据群落植株分布三角网图确定相邻植株，例如，将在群落植株分布三角网图中通过直线相连的种植点位对应的植株确定为相邻植株，在确定相邻植株后，计算相邻植株间的竞争指数。竞争指数指示了植株间的竞争强度，植株间的竞争强度体现了植株间的对限制性资源的共同需求而产生阻碍或制约的相互关系，竞争指数越大，指示植株间的竞争强度越大，因此不利于植株的生长，需要对竞争指数过高的植株进行处理，降低竞争指数或移除其中一个竞争对象。
步骤104、将群落植株初始分布图中竞争指数超过阈值的植株对应的植株点位移除，获得近自然森林群落优化结果。
由于群落植株初始分布图是已建成的群落，如果进行植株移动的话会存在工程量较大的问题，因此，在计算获得竞争指数后，将群落植株初始分布图中竞争指数超过阈值的植株对应的植株点位移除，可以达到类似于间伐的效果，对群落植株的生长起到正向作用。
步骤105、将群落植株种植点位分布图中竞争指数超过阈值的植株对应的植株点位移动或移除，直至群落植株种植点位分布图中不存在竞争指数超过阈值的植株，获得近自然森林群落设计结果。
对于群落植株种植点位分布图，因为其并未进行实际植株的种植，因此可以将群落植株种植点位中竞争指数超过阈值的植株对应的植株点位移动或移除，并进行反复迭代，直至群落植株种植点位分布图中不存在竞争指数超过阈值的植株。
在本申请实施例中，通过在设计阶段对群落植株点位分布图中的植株点位进行调控，相对于把实践的重点放在群落栽植过程和营造过程的过程式和导则式的营造手段，能够在设计阶段对近自然森林群落进行空间结构的生成和控制，对近自然森林群落的营造起到了提质增效的成果。
在一种可行方式中，计算相邻植株间的竞争指数的过程还可以包括：根据群落植株分布三角网图，获取相邻植株的植株冠幅半径、植株三维坐标、植株树高和植株耐阴性指标，之后根据植株冠幅半径、植株三维坐标、植株树高和植株耐阴性指标计算相邻植株间的竞争指数。
生成群落空间结构的过程非常复杂，但主要的过程机制是竞争机制。在群落中植株竞争的过程中，植株间由于资源竞争而产生竞争的相互作用，从而将整个群落调整到合适的密度，并形成在各个水平和垂直位置都能够充分利用资源的生态位分布。因此通过竞争指数判断植株之间的竞争关系。传统的Hegyi竞争指数以单树和相邻树作为竞争单元。在计算过程中以植株的二维坐标和胸径作为计算因子，以对象植株和竞争植株的胸径比和的距离比量化竞争优势。
但是，Hegyi竞争指数中的计算因子采用植株的胸径，只能代表部分树种，对于其余部位的投影半径超过胸径的树种，通过Hegyi竞争指数进行评价会造成一定的偏差，因此，可以使用植株的冠幅代替胸径，植株的冠幅表示植株的平面投影范围。此外，除了Hegyi竞争指数中的二维坐标只能表示植株在平面中的状况，对于近自然森林群落设计和优化来说精度较低。由于近自然群落营造的区域一般是人工造林或者造景区域，竖向高程经过人为改造，局部高程变化可能较为显著，因此相邻树种植点的高程差异可能较大；其次，考虑植株自身高度。因为在群落栽植过程中，植株的高度规格受树龄和树种的影响，因此植株的高度可能相差较大，对树间竞争的影响较大，因此将植株三维坐标和植株树高加入计算因子。由于种植植株的种类不同，如果植株比较耐阴，即使处在一个树冠高度交叠的相邻树环境中，生长状态可能也不会受到很强的影响，因此将耐阴性指标加入计算因子。例如，耐阴性指标的阈值可以是[0,1]，1是指完全不耐阴，而0代表非常耐阴，即生长不受到光照变化的影响。
在本申请实施例中，通过获取相邻植株的植株冠幅半径、植株三维坐标、植株树高和植株耐阴性指标，能够提高竞争指数的计算精度，进而提高近自然森林群落设计和优化的质量。
具体的，相邻植株间的竞争指数可以根据如下公式计算：
其中，为对象植株/>与竞争植株/>间的竞争指数，对象植株/>与竞争植株/>为相邻植株，/>和/>为对象植株/>的树高和竞争植株/>的树高，/>和/>为对象植株/>和竞争植株/>的高程，/>、/>为对象植株/>和竞争植株/>的冠幅半径，/>、/>为对象植株/>和竞争植株/>的耐阴性指标，/>为对象植株/>与竞争植株/>之间的距离，/>、/>和/>根据对象植株/>的植株三维坐标与竞争植株/>的植株三维坐标确定，N的数量等于对象植株/>的相邻植株的数量。
在一种可行方式中，将群落植株种植点位分布图中竞争指数超过阈值的植株对应的植株点位移动或移除的过程还可以包括：当群落植株种植点位分布图中植株的竞争指数超过阈值，且该植株对应的植株点位具有移动空间时，将该植株点位移动至移动空间，当群落植株种植点位分布图中植株的竞争指数超过阈值，且该植株对应的植株点位不具有移动空间时，将该植株点位移除。
对于群落植株种植点位分布图来说，在确定群落植株种植点位中植株与相邻植株之间的竞争指数超过阈值时，首先判断竞争指数超过阈值的种植点位是否具有移动空间，具有移动空间代表该种植点位存在优化的可能性，因此可以将该种植点位优化至移动空间。反之，当该种植点位不具有移动空间时，选择将该种植点位移除。
需要说明的是，种植点位具有的移动空间可以是具体位置的点位，也可以是一个区域，当移动空间为具体位置的点位时，移动种植点位的方式是直接将种植点位移动至具体的点位，当移动空间为一个区域时，移动种植点位的方式是将种植点位移动至移动空间中的某个位置。
在本申请实施例中，通过判断是否具有移动空间的方式对竞争指数超过阈值的群落植株种植点位进行移动或移除，能够在保证近自然森林群落设计结果中植株的健康生长情况下同时保证群落植株种植数量。
在一种可行方式中，近自然森林群落设计和优化的过程还可以包括：分别计算对象植株的冠幅的最小外接圆的圆心和竞争植株的冠幅的最小外接圆的圆心的距离，与对象植株的冠幅半径和与竞争植株的冠幅半径之和的差值，获得计算结果，其中，对象植株与竞争植株为相邻植株，当至少一个计算结果大于零时，确定对象植株对应的植株点位具有移动空间。
为了判断对象植株是否具有移动空间，可以分别计算对象植株的冠幅的最小外接圆的圆心和竞争植株的冠幅的最小外接圆的圆心的距离，与对象植株的冠幅半径和与竞争植株的冠幅半径之和的差值，当计算结果小于或等于零时，确定对象植株与相邻植株之间的树冠有重叠部分或相接部分，二者存在竞争关系，只有对象植株与至少一个相邻植株之间不存在竞争关系时，对象植株对应的植株点位才具有移动空间。
在本申请实施例中，通过分别计算对象植株的冠幅的最小外接圆的圆心和竞争植株的冠幅的最小外接圆的圆心的距离，与对象植株的冠幅半径和与竞争植株的冠幅半径之和的差值，能够确定对象植株的植株点位是否具有可以进行移动的移动空间。
在一种可行方式中，将该植株点位移动至移动空间的过程还可以包括：将计算结果小于零时对应的竞争植株确定为重叠植株，获取对象植株的冠幅的最小外接圆与重叠植株的冠幅的最小外接圆的重叠区域，与对象植株的冠幅的最小外接圆的圆心，和重叠植株的冠幅的最小外接圆的圆心的连线的相交部分，并将该相交部分确定为重叠向量，根据重叠向量，确定对象植株的植株点位的移动向量，根据移动向量将对象植株的植株点位移动至移动空间。
在确定植株点位具有移动空间后，可以先将计算结果小于零时对应的竞争植株确定为重叠植株，由于移动的目的是使对象植株与重叠植株不存在竞争关系，因此获取对象植株的冠幅的最小外接圆与重叠植株的冠幅的最小外接圆的重叠区域，与对象植株的冠幅的最小外接圆的圆心，和重叠植株的冠幅的最小外接圆的圆心的连线的相交部分，并将该相交部分确定为重叠向量。依据重叠向量，确定竞争植株的移动向量，例如，当重叠向量有多个时，可以对重叠向量进行相加，以相加后的向量作为对象植株的移动向量，以对对象植株所在的植株点位进行移动。
在本申请实施例中，通过获取对象植株的冠幅的最小外接圆与重叠植株的冠幅的最小外接圆的重叠区域，与对象植株的冠幅的最小外接圆的圆心，和重叠植株的冠幅的最小外接圆的圆心的连线的相交部分的方式确定重叠向量，并根据重叠向量确定对象植株的植株点位的移动向量，能够使对象植株的植株点位移动更加精确。
图2为根据本申请实施例的一种群落植株点位分布图获取方法的步骤流程图，如图2所示，群落植株点位分布图获取方法包括如下步骤：
步骤201、获取待种植群落的苗木表和待设计地块的场地高程图。
对于未建成近自然森林群落的群落植株点位分布图获取过程，首先获取待种植群落的苗木表和待设计地块的场地高程图。苗木表指示了待种植植株的树种和数量等信息，场地高程图指示了待设计地块的场地中任一点的海拔。
步骤202、根据待种植群落的苗木表中包括的植株数量，在待设计地块的范围内随机分布用于种植植株数量的植株的种植点，获得种植点位随机预分布图。
在获取到待种植群落的苗木表和待设计地块的场地高程图后，将待设计地块的边界内按照苗木表中待种植植株的数量生成种植点位随机预分布图。
步骤203、对待设计地块的场地高程图进行适宜性分区，生成场地适宜性图。
例如，由于场地高程图指示了待设计地块的场地中任一点的海拔，因此可以通过场地高程图计算待设计地块中的坡度与坡向，并将坡度与坡向作为适宜性的主要影响条件，设定坡度大于30°的场地设置为不适宜植被生长，西北、正北两个坡向为阴坡，其余为阳坡。将待设计地块根据尺度划分为正方形方格单元，为待设计地块中的每个单元根据坡度（适宜：0，不适宜：1）与坡向（阳坡：0，阴坡：1）赋予二值化的适宜性，生成场地适宜性图。场地适宜性图用于指示待设计地块种植植株的适宜度。
步骤204、根据待种植群落的苗木表中的各植株对种植地的适宜度，和场地适宜性图，为种植点位随机预分布图中的种植点分配种植植株的种类，生成群落植株种植点位分布图。
对照场地适宜性图和苗木表中每个待种植植株的树种的生境适宜性，为种植点位随机预分布图中的点位分配树种，生成群落植株种植点位分布图。
需要说明的是，当场地适宜性图指示待设计地块中的单元的坡度和/或坡向不适宜种植时，将该单元内的种植点位从群落植株种植点位分布图中删除。
步骤205、根据植株空间初始点位图、及对应于植株空间初始点位图中的种植点位上的植株种类，生成群落植株初始分布图。
对于已建成近自然森林群落的群落植株初始分布图获取过程，可以根据地面激光雷达、RTK或手持定位等方式，获取现状的植株种植点位，并根据现场观察为所有点位标注植株种类，生成群落植株初始分布图。
步骤206、根据群落植株种植点位分布图和群落植株初始分布图，获得群落植株点位分布图。
在生成群落植株初始分布图和群落植株种植点位分布图后，获得群落植株点位分布图。
在本申请实施例中，通过对待设计地块的场地高程图进行适宜性分区，能够提高生成的群落植株点位分布图的质量，进而提升近自然森林群落设计和优化的质量。
图3为根据本申请实施例的一种群落植株分布三角网图构建方法的步骤流程图，如图3所示，群落植株分布三角网图构建方法包括如下步骤：
步骤301、从第一点位信息和第二点位信息中选取未被标记的点位作为目标点位，并根据目标点位中植株的植株冠幅半径确定子三角网图构建范围。
在构建群落植株分布三角网图时，首先从第一点位信息和第二点位信息中选取未被标记的点位作为目标点位，之后以目标点位中植株的植株冠幅半径作为子三角网图构建范围。例如，子三角网图构建范围可以是目标点位中植株的植株冠幅半径的三倍。
步骤302、根据三角网图构建范围内的点位构建子三角网图，并对目标点位进行标记。
对三角网图构建范围内的点位进行连接，以构建子三角网图，在构建完成子三角网图后，标记该目标点位。
步骤303、判断第一点位信息和第二点位信息中是否存在未被标记的点位，若存在，则执行步骤301，若不存在，则执行步骤304。
当第一点位信息和第二点位信息中还存在未被标记的点位时，则子三角网图可能未生成完全，需要重复执行步骤301至步骤302，生成对应的子三角网图。
步骤304、根据子三角网图构建群落植株分布三角网图。
在第一点位信息和第二点位信息中不存在未被标记的点位时，子三角网图生成完毕，根据子三角网图构建群落植株分布三角网图。
在本申请实施例中，通过首先确定子三角网图构建范围，之后构建子三角网图，进而生成群落植株分布三角网图的方式，能够避免相距过远的植株点位生成子三角网图，进而提高群落植株分布三角网图的质量。
图4为根据本申请实施例的一种近自然森林群落设计和优化装置的结构框图，如图4所示，该近自然森林群落设计和优化装置400可以包括：获取模块401、构建模块402、计算模块403、优化模块404和设计模块405。
获取模块401，用于获取群落植株点位分布图，其中，群落植株点位分布图包括群落植株初始分布图和群落植株种植点位分布图，群落植株初始分布图包括用于指示已建成近自然森林群落中植株所在的位置的第一点位信息，群落植株种植点位分布图包括用于指示已规划近自然森林群落中植株所在的位置的第二点位信息。
近自然森林群落设计和优化具体包括设计方案和优化方案两种，设计方案针对的是未种植植被，设计一个新的近自然森林群落的场景，优化方案针对的是对已建成的近自然森林群落进行优化的场景。但对于上述两个场景，均需要先通过获取模块401获取群落植株点位分布图，群落植株点位分布图包括群落植株初始分布图和群落植株种植点位分布图，群落植株初始分布图包括用于指示已建成近自然森林群落中植株所在的位置的第一点位信息，群落植株种植点位分布图包括用于指示已规划近自然森林群落中植株所在的位置的第二点位信息。具体的获取方式包括但不限于雷达扫描、无人机拍摄或人工摄像等方式。
构建模块402，用于根据第一点位信息和第二点位信息，构建群落植株分布三角网图。
在获取模块401获取到群落植株点位分布图包括的第一点位信息和第二点位信息后，构建模块402可以根据第一点位信息和第二点位信息为群落植株初始分布图和群落植株种植点位分布图分别构建群落植株分布三角网图。例如，可以通过delaunay三角剖分算法对第一点位信息和第二点位信息进行分析，生成所有群落植株的种植点相连的群落植株分布三角网图。在生成过程中，还可以先生成待处理群落植株分布三角网图，之后移除待处理群落植株分布三角网图中距离超过距离阈值的植株构成的三角形，距离阈值可以根据三角形中顶点植株的三倍冠幅确定，并以此为基准对待处理群落植株分布三角网图中的三角形进行筛选，在筛选完成后获得群落植株分布三角网图。
计算模块403，用于根据群落植株分布三角网图确定相邻植株，并计算相邻植株间的竞争指数。
在构建模块402获得群落植株分布三角网图后，计算模块403根据群落植株分布三角网图确定相邻植株，例如，将在群落植株分布三角网图中通过直线相连的种植点位对应的植株确定为相邻植株，在确定相邻植株后，计算相邻植株间的竞争指数。竞争指数指示了植株间的竞争强度，植株间的竞争强度体现了植株间的对限制性资源的共同需求而产生阻碍或制约的相互关系，竞争指数越大，指示植株间的竞争强度越大，因此不利于植株的生长，需要对竞争指数过高的植株进行处理，降低竞争指数或移除其中一个竞争对象。
优化模块404，用于将群落植株初始分布图中竞争指数超过阈值的植株对应的植株点位移除，获得近自然森林群落优化结果。
由于群落植株初始分布图是已建成的群落，如果进行植株移动的话会存在工程量较大的问题，因此，在计算模块403计算获得竞争指数后，优化模块404将群落植株初始分布图中竞争指数超过阈值的植株对应的植株点位移除，可以达到类似于间伐的效果，对群落植株的生长起到正向作用。
设计模块405，用于将群落植株种植点位分布图中竞争指数超过阈值的植株对应的植株点位移动或移除，直至群落植株种植点位分布图中不存在竞争指数超过阈值的植株，获得近自然森林群落设计结果。
对于群落植株种植点位分布图，因为其并未进行实际植株的种植，因此设计模块405可以将群落植株种植点位中竞争指数超过阈值的植株对应的植株点位移动或移除，并进行反复迭代，直至群落植株种植点位分布图中不存在竞争指数超过阈值的植株。
在本申请实施例中，通过在设计阶段对群落植株点位分布图中的植株点位进行调控，相对于把实践的重点放在群落栽植过程和营造过程的过程式和导则式的营造手段，能够在设计阶段对近自然森林群落进行空间结构的生成和控制，对近自然森林群落的营造起到了提质增效的成果。
需要说明的是，上述近自然森林群落设计和优化装置内的各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与前述近自然森林群落设计和优化方法实施例基于同一构思，具体内容可参见前述近自然森林群落设计和优化方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
本实施例中，提供一种电子设备500，如图5所示，该电子设备500可以包括：处理器(processor)501、通信接口(Communications Interface)502、存储器(memory)503、以及通信总线504。其中：
处理器501、通信接口502、以及存储器503通过通信总线504完成相互间的通信。
通信接口502，用于与其他电子设备或服务器进行通信。
处理器501，用于执行程序505，具体可以执行前述近自然森林群落设计和优化方法实施例中的相关步骤。
具体地，程序505可以包括程序代码，该程序代码包括计算机操作指令。
处理器501可能是CPU，或者是特定集成电路ASIC（Application SpecificIntegrated Circuit），或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。智能设备包括的一个或多个处理器，可以是同一类型的处理器，如一个或多个CPU；也可以是不同类型的处理器，如一个或多个CPU以及一个或多个ASIC。
存储器503，用于存放程序505。存储器503可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。
程序505具体可以用于使得处理器501执行前述实施例中的近自然森林群落设计和优化方法。
程序505中各步骤的具体实现可以参见前述近自然森林群落设计和优化方法实施例中的相应步骤和单元中对应的描述，在此不赘述。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的设备和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程描述，在此不再赘述。
本申请实施例的电子设备，通过在设计阶段对群落植株点位分布图中的植株点位进行调控，相对于把实践的重点放在群落栽植过程和营造过程的过程式和导则式的营造手段，能够在设计阶段对近自然森林群落进行空间结构的生成和控制，对近自然森林群落的营造起到了提质增效的成果。
本实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，存储用于使一机器执行如本文的近自然森林群落设计和优化方法的指令。具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机（或CPU或MPU）读出并执行存储在存储介质中的程序代码。
在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本申请的一部分。
用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘（如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW）、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。
本实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机指令，该计算机指令指示计算设备执行上述多个方法实施例中的任一对应的操作。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请实施例中描述的各个部件/步骤拆分为更多部件/步骤，也可将两个或多个部件/步骤或者部件/步骤的部分操作组合成新的部件/步骤，以实现本申请实施例的目的。
上述根据本申请实施例的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可存储在记录介质（诸如CD ROM、RAM、软盘、硬盘或磁光盘）中的软件或计算机代码，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件（诸如ASIC或FPGA）的记录介质上的这样的软件处理。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件（例如，RAM、ROM、闪存等），当软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现在此描述的方法。此外，当通用计算机访问用于实现在此示出的方法的代码时，代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的方法的专用计算机。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件或名称，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
需要说明的是，虽然结合附图对本申请的具体实施例进行了详细的描述，但不应理解为对本申请的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属于本申请的保护范围。
本申请实施例的示例旨在简明地说明本申请实施例的技术特点，使得本领域技术人员能够直观了解本申请实施例的技术特点，并不作为本申请实施例的不当限定。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种近自然森林群落设计和优化方法，其特征在于，包括：
获取群落植株点位分布图，其中，所述群落植株点位分布图包括群落植株初始分布图和群落植株种植点位分布图，所述群落植株初始分布图包括用于指示已建成近自然森林群落中植株所在的位置的第一点位信息，所述群落植株种植点位分布图包括用于指示已规划近自然森林群落中植株所在的位置的第二点位信息；
根据所述第一点位信息和所述第二点位信息，构建群落植株分布三角网图；
根据所述群落植株分布三角网图确定相邻植株，并计算所述相邻植株间的竞争指数；
将所述群落植株初始分布图中所述竞争指数超过阈值的植株对应的植株点位移除，获得近自然森林群落优化结果；
将所述群落植株种植点位分布图中所述竞争指数超过所述阈值的植株对应的植株点位移动或移除，直至所述群落植株种植点位分布图中不存在所述竞争指数超过所述阈值的植株，获得近自然森林群落设计结果；
所述计算所述相邻植株间的竞争指数，包括：
根据所述群落植株分布三角网图，获取相邻植株的植株冠幅半径、植株三维坐标、植株树高和植株耐阴性指标；
根据所述植株冠幅半径、所述植株三维坐标、所述植株树高和所述植株耐阴性指标计算所述相邻植株间的竞争指数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取群落植株点位分布图，包括：
获取待种植群落的苗木表和待设计地块的场地高程图；
根据所述待种植群落的苗木表中包括的植株数量，在所述待设计地块的范围内随机分布用于种植所述植株数量的植株的种植点，获得种植点位随机预分布图；
对所述待设计地块的场地高程图进行适宜性分区，生成场地适宜性图，其中，所述场地适宜性图用于指示所述待设计地块种植植株的适宜度；
根据所述待种植群落的苗木表中的各植株对种植地的适宜度，和所述场地适宜性图，为所述种植点位随机预分布图中的种植点分配种植植株的种类，生成所述群落植株种植点位分布图；
根据植株空间初始点位图、及对应于所述植株空间初始点位图中的种植点位上的植株种类，生成所述群落植株初始分布图；
根据所述群落植株种植点位分布图和所述群落植株初始分布图，获得所述群落植株点位分布图。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述植株冠幅半径、所述植株三维坐标、所述植株树高和所述植株耐阴性指标计算所述相邻植株间的竞争指数，包括：
根据如下公式计算所述相邻植株间的竞争指数：
其中，为对象植株/>与竞争植株/>间的竞争指数，所述对象植株/>与所述竞争植株/>为所述相邻植株，/>和/>为所述对象植株/>的树高和所述竞争植株/>的树高，/>和/>为所述对象植株/>和所述竞争植株/>的高程，/>、/>为所述对象植株/>和所述竞争植株/>的冠幅半径，/>、/>为所述对象植株/>和所述竞争植株/>的耐阴性指标，/>为对象植株/>与竞争植株/>之间的距离，/>、/>和/>根据对象植株/>的植株三维坐标与竞争植株/>的植株三维坐标确定，N的数量等于所述对象植株/>的相邻植株的数量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述群落植株种植点位分布图中所述竞争指数超过所述阈值的植株对应的植株点位移动或移除，包括：
当所述群落植株种植点位分布图中植株的所述竞争指数超过所述阈值，且该植株对应的植株点位具有移动空间时，将该植株点位移动至所述移动空间；
当所述群落植株种植点位分布图中植株的所述竞争指数超过所述阈值，且该植株对应的植株点位不具有所述移动空间时，将该植株点位移除。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
分别计算对象植株的冠幅的最小外接圆的圆心和竞争植株的冠幅的最小外接圆的圆心的距离，与所述对象植株的冠幅半径和与所述竞争植株的冠幅半径之和的差值，获得计算结果，其中，所述对象植株与所述竞争植株为所述相邻植株；
当至少一个所述计算结果大于零时，确定所述对象植株对应的植株点位具有移动空间。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将该植株点位移动至所述移动空间，包括：
将所述计算结果小于零时对应的竞争植株确定为重叠植株；
获取所述对象植株的冠幅的最小外接圆与所述重叠植株的冠幅的最小外接圆的重叠区域，与所述对象植株的冠幅的最小外接圆的圆心，和所述重叠植株的冠幅的最小外接圆的圆心的连线的相交部分，并将该相交部分确定为重叠向量；
根据所述重叠向量，确定所述对象植株的植株点位的移动向量；
根据所述移动向量将所述对象植株的植株点位移动至所述移动空间。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一点位信息和所述第二点位信息，构建群落植株分布三角网图，包括：
从所述第一点位信息和所述第二点位信息中选取未被标记的点位作为目标点位，并根据所述目标点位中植株的植株冠幅半径确定子三角网图构建范围；
根据所述三角网图构建范围内的点位构建子三角网图，并对所述目标点位进行标记；
当所述第一点位信息和所述第二点位信息中不存在未被标记的点位时，根据所述子三角网图构建所述群落植株分布三角网图。
8.一种近自然森林群落设计和优化装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取群落植株点位分布图，其中，所述群落植株点位分布图包括群落植株初始分布图和群落植株种植点位分布图，所述群落植株初始分布图包括用于指示已建成近自然森林群落中植株所在的位置的第一点位信息，所述群落植株种植点位分布图包括用于指示已规划近自然森林群落中植株所在的位置的第二点位信息；
构建模块，用于根据所述第一点位信息和所述第二点位信息，构建群落植株分布三角网图；
计算模块，用于根据所述群落植株分布三角网图确定相邻植株，并计算所述相邻植株间的竞争指数；
优化模块，用于将所述群落植株初始分布图中所述竞争指数超过阈值的植株对应的植株点位移除，获得近自然森林群落优化结果；
设计模块，用于将所述群落植株种植点位分布图中所述竞争指数超过所述阈值的植株对应的植株点位移动或移除，直至所述群落植株种植点位分布图中不存在所述竞争指数超过所述阈值的植株，获得近自然森林群落设计结果；
所述计算模块，还用于根据所述群落植株分布三角网图，获取相邻植株的植株冠幅半径、植株三维坐标、植株树高和植株耐阴性指标，并根据所述植株冠幅半径、所述植株三维坐标、所述植株树高和所述植株耐阴性指标计算所述相邻植株间的竞争指数。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、通信接口、存储器和通信总线，处理器、存储器和通信接口通过通信总线完成相互间的通信；
存储器用于存放至少一可执行指令，可执行指令使处理器执行如权利要求1-7中任一项所述的方法对应的操作。
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