樟子松人工林樹(shù)冠動(dòng)態(tài)三維圖形模擬技術(shù)的研究

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)指導(dǎo)教師姓名：申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：論文提交日期：授予學(xué)位單位：學(xué)校代碼：10225學(xué)號(hào)：088008學(xué)位論文樟子松人工林樹(shù)冠動(dòng)態(tài)三維圖形模擬技術(shù)的研究支Ij兆岡1j李風(fēng)日教授博士2007年10月東北林業(yè)大學(xué)學(xué)科專(zhuān)業(yè)：森林經(jīng)理論文答辯日期：2007年12月授予學(xué)位日期：答辯委員會(huì)主席：唐守正論文評(píng)閱人：李夢(mèng)孫晶波范文義春必符素大學(xué)院士研究員教授級(jí)高工教授萬(wàn)方數(shù)據(jù)UniversityCode·10225RegisterCode：088008DissertationfortheDegreeofDoctorTheThreeDimensionalCom

2、puterGraphicsSimulationTechniqueofTreeCrownDynamicforMongolianScotsPineinPlantationCandidate：Supervisor：AssociateSupervisor：LiuZhaogangProf．LiFengriAcademicDegreeAppliedfor：Ph．DSpeciality：DateofOralExamination：University：ForestManagementDecember，2007NortheastForestry萬(wàn)方數(shù)據(jù)摘要本文

3、以東北林業(yè)大學(xué)帽兒山實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)樟子松人工林為研究對(duì)象，采用樹(shù)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(shí)測(cè)了2298個(gè)一級(jí)枝活枝條變量因子(包括總著枝深度(DINC)、方位角(由)、著枝角度(e)、基徑(BD)、枝長(zhǎng)(BL)、弦長(zhǎng)(BCL)、弓高(BAH))數(shù)據(jù)資料?；诶碚摶蚪?jīng)驗(yàn)生長(zhǎng)方程，建立了樟子松人工林樹(shù)冠結(jié)構(gòu)靜態(tài)模型及樹(shù)冠動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)模型。采用VC+

4、+6．0語(yǔ)言1為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，結(jié)合OpenGL開(kāi)放式圖形庫(kù)，將生長(zhǎng)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(shù)冠動(dòng)態(tài)三維圖形可視化模擬系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和生長(zhǎng)模型的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)單木和林分的可視化模擬。因此，基于生長(zhǎng)模型的林分可視化三維樹(shù)冠動(dòng)態(tài)模擬豐要核心問(wèn)題從兩個(gè)方面進(jìn)行研究，一是基丁野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建樹(shù)冠結(jié)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模型。另一方面是利用編程語(yǔ)言‘實(shí)現(xiàn)模擬的過(guò)程。本文詳細(xì)研究工作包括以卜．內(nèi)容：1樟子松人工林樹(shù)冠結(jié)構(gòu)靜態(tài)模型的建立。主要從樹(shù)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(cè)樟子松一級(jí)枝條數(shù)據(jù)，利用總者枝深度枝條變量因子和林木胸徑

5、和樹(shù)高變量建立了最優(yōu)的反映樹(shù)冠形狀模型的枝條基徑模型和枝長(zhǎng)模型；著枝角度總體上是隨著總著枝深度的增加而增人，但構(gòu)建的模型精度過(guò)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(shù)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(shù)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)；枝條的水平分布町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(lái)分析枝條方位水平分布非常有用的工具。文中通過(guò)對(duì)樹(shù)冠內(nèi)一級(jí)枝條的空間分布規(guī)律的研究，可以為

6、樟子松人工林樹(shù)冠結(jié)構(gòu)的動(dòng)念模擬提供基礎(chǔ)。基于實(shí)測(cè)各樹(shù)冠變量，同時(shí)建立了基于林木和林分測(cè)定因子的全樹(shù)冠葉量和單個(gè)枝條著葉量的預(yù)估模型，并對(duì)樹(shù)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(zhǎng)(CL)作為合適的樹(shù)木變量，可以用來(lái)構(gòu)建樟子松單木全樹(shù)冠葉量的預(yù)估模型；單個(gè)枝條葉量與枝條基徑、枝長(zhǎng)和枝條在樹(shù)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(shù)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2．014．52之

7、間，所有樣木均通過(guò)t檢驗(yàn)，相關(guān)指數(shù)r2(0．958—0．997)均大于0．95。36株樣水中有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(shù)冠上的垂直分布符合正態(tài)分布，即大多數(shù)樣木樹(shù)冠葉量集中在中部，較小級(jí)別的樣木表現(xiàn)出樹(shù)冠葉量向上部?jī)A斜，這是處于林冠下層的被壓木，為了獲取更多光能以萬(wàn)方數(shù)據(jù)東北林業(yè)大學(xué)博ij學(xué)位論文維持自身生命活動(dòng)導(dǎo)致的結(jié)果。2樟子松人工林樹(shù)冠結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)模型的建立。在樹(shù)冠靜態(tài)模型的基礎(chǔ)上，為了反映樹(shù)冠結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，根據(jù)實(shí)測(cè)樣木一級(jí)枝條枝解析基徑、枝條生長(zhǎng)數(shù)據(jù)，引入年齡因子作為自變量，建立了樹(shù)冠內(nèi)一級(jí)枝條

8、基徑、枝條的動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)模型。由于樹(shù)冠內(nèi)的枝長(zhǎng)和基徑生長(zhǎng)主要與樹(shù)木的胸徑、樹(shù)高相關(guān)，因此在研究樹(shù)冠動(dòng)態(tài)變化規(guī)律時(shí)有必要建立反映樹(shù)高、胸徑動(dòng)態(tài)變化的生長(zhǎng)模型