【技术实现步骤摘要】
一种基于关系模型的林分生长建模方法
本专利技术涉及一种基于关系模型的林分生长建模方法,可用于模拟林分生长的软件实现。
技术介绍
21世纪以来,随着计算机、网络、遥感技术和3D信息技术等学科的高速发展,这些技术也逐步成为林业科学与应用的研究热点。“数字林业”和“智慧林业”建设战略的提出,更是极大的加快了林业信息化的脚步,使林业管理从简单的信息管理朝经营决策方向发展。林分生长三维结构的动态模拟能够描述林分动态变化时的三维可视化图形,立体地反映林分的空间格局、林地利用状况,更直观地模拟现实林分生长过程中的动态变化。可以更详细、更准确、更直观明了地反映林分信息,以便科学地评价森林经营效果,使森林在人为控制下发挥最大的经济、生态、社会和文化效益,人们对森林实施经营管理,提高森林经营的集约程度,充分发挥森林的效益。林分生长三维结构动态模拟能帮助人们研究森林生长演化的科学规律,从而定制正确、合理的森林经营方案,具有重要的科学意义和广阔的应用前景。近年来国内外对数字林业相关技术的研究,随着各相关技术的成熟,得到了快速发展,并出现了一系列的有价值的理论研究成果。目前林分模拟与可视化主要从数学模型和图形学方面入手,对林分进行阐释。如,数学模型方面,国内外很多林学家从数学模型的角度对林分的空间分布格局、树木生长等角度展开研究,总结了很多经验方程与生长预测模型;20世纪80年代以来,国内外的可视化软件从单纯的图形可视化发展到树木和林分可视化仿真,但这些软件大部分都是在图形学的基础上展示林分整体。对于数字化森林资源中林分生长可视化的研究,目前存在如下一些瓶颈问题:对于林分中树木建模 ...
【技术保护点】
一种基于关系模型的林分生长建模方法,其特性在于包括下述步骤:(1)构建树木枝干,将枝干视为由单个或若干个圆台结构组成的模型;(2)控制枝干弯曲,通过调整所述若干个圆台的相对位置来控制枝干的弯曲程度,将树木枝干的形状拟合成抛物线集合,相邻圆台之间做光滑拼接处理;(3)控制树枝的仰角,在枝干上设置树枝,将树枝的仰角设定为服从正态分布规律,并通过一个概率密度函数结合随机函数确定树枝的初始仰角;(4)控制树枝的方位角,使用混沌函数控制树枝的方位角;(5)绘制叶子,在树枝上设置叶子,在树枝上设置叶子采用图像矢量化与三角化剖分或树叶照片透明化高效处理;(6)建立树木生长模型;(7)建立林分生长模型。
【技术特征摘要】
1.一种基于关系模型的林分生长建模方法,其特性在于包括下述步骤:(1)构建杉树的树木枝干,将枝干视为由单个或若干个圆台结构组成的模型;(2)控制杉树枝干弯曲,通过调整所述若干个圆台的相对位置来控制枝干的弯曲程度,将树木枝干的形状拟合成抛物线集合,相邻圆台之间做光滑拼接处理;(3)控制杉树树枝的仰角,在枝干上设置树枝,将树枝的仰角设定为服从正态分布规律,并通过一个概率密度函数结合随机函数确定树枝的初始仰角;其中,树枝生长的仰角指与父级枝的夹角,普遍适合正态分布规律,集中在0-90°区间,用正态分布函数作为树枝仰角概率密度:其中,θ0=35表示树枝仰角为35°,且在偏离35°方向上的出现概率逐渐减小;θ∈[0,75]表示树枝仰角变化范围,δ和a为不同树种树枝仰角的特征参数;这里杉木取δ=1和a=0.5,因为杉木树枝仰角分布比较规律,且集中于35°的位置;(4)控制杉树树枝的方位角,使用混沌函数控制树枝的方位角;(5)绘制杉树叶子,在树枝上设置叶子,在树枝上设置叶子采用图像矢量化与三角化剖分或树叶照片透明化高效处理;(6)建立杉树生长模型:构建过程为,按胸径分别将不同生长期的枝底半径、枝顶半径、枝长、子枝个数作为空间向量,得到一系列空间向量,把胸径作为参数,运用三次或五次Bezier曲线进行拟合,构建树木各部件之间和各部件与时间的曲线方程;(7)建立林分生长模型:根据建立的杉树生长模型建立林分生长模型。2.根据权利要求1所述的基于关系模型的林分生长建模方法,其特征在于:所述步骤(7)建立林分生长模型的步骤,先得到平均胸径、平均树高的平均数据,再而按“强者越强,弱者越弱”竞争原则,将林分的平均生长量分配到每棵树木上。3.根据权利要求2所述的基于关系模型的林分生长建模方法,其特征在于:增长量分配原则为,通过竞争指数和竞争力来将增长量分配在每棵树上。4.根据权利要求1所述的基于关系模型的林分生长建模方法,其特征在于:所述步骤(3)中,设θ步长θi+1-θi=5,在[0,75]中抽取15个数,分别代入(Ⅰ)式计算每个θi对应的εi,再由下式计算出si:其中(i=1,2,3…15);作为θi出现的次数,si为0表示θi不出现,si为1表示θi出现1次,si≥2表示θi出现多次,然后将出现的θi顺序排列作为一个一维数组Li;该方法不仅能够计算树枝生长的仰角,还能够计算树枝出现的概率。5.根据权利要求1所述的基于关系模型的林分生长建模方法,其特征在于:所述步骤(5)绘制叶子,在树枝上设置叶子选择下述两种方法之一:基于图像矢量化的树叶绘制方法或者基于图像透明化处理的树叶绘制方法。6.根据权利要求1所述的基于关系模型的林分生长建模方法,其特征在于:所述步骤(4),使用Logistic函数控制树枝的方位角。7.根据权利要求2所述的基于关系模型的林分生长建模方法,其特征在于:所述步骤(6)建立树木生长模型的时候Bezier曲线进行拟合方法为,五次Bezier曲线方程为其中,t∈[0,1];Vk为控制点集合,其中k=0,1,2,3,4,5;一个三维空间点集P={P0,P1,…,Pn},用五次Bezier曲线拟合,那么应使空间数据点与曲线的距离最小;由Bezier曲线的性质可知,曲线通过向量P0和向量Pn,有:V0=P0,V5=Pn;空间点到曲线的偏移量定义如下:di=[Q(ti,V)-Pi]T·[Q(ti,V)-Pi](...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。