一种单体活立木生物量估算方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种单体活立木生物量估算方法及系统。所述方法包括：基于待测单体活力木的茎体水分、胸径和树高，利用单体活立木生物量估算模型，得到所述单体活立木的生物量。本发明专利技术提供的一种单体活立木生物量估算方法及系统，通过单体活立木茎体水分、胸径和树高与生物量对应关系建立的估算模型，可以快速得到单体活立木的生物量，进而对整个森林生态系统中的生物量进行估测，测量时不需要大量破坏活立木，测量方便且有利于环境保护。

A method and system for estimating biomass of individual standing trees

The invention provides a single body living tree biomass estimation method and system. The method comprises the following steps: based on the stem moisture, DBH and tree height of the single living tree to be measured, the biomass of the single living tree is obtained by using the biomass estimation model of the single living tree. The invention provides a method and system for estimating the biomass of single living tree. By establishing an estimating model based on the corresponding relationship between stem moisture, DBH and tree height and biomass of single living tree, the biomass of single living tree can be quickly obtained, and then the biomass of the whole forest ecosystem can be estimated without need of measurement. To destroy the living trees in large quantities, it is convenient to measure and is conducive to environmental protection.

【技术实现步骤摘要】
一种单体活立木生物量估算方法及系统
本专利技术涉及林区植物生物量估算
，更具体地，涉及一种单体活立木生物量估算方法及系统。
技术介绍
生物量是指某一时刻单位面积内实存生活的有机物质(干重)(包括生物体内所存食物的重量)的总称，测定群落的生物量，可以反映群落利用自然潜力的能力，衡量群落生产力的高低，也是研究森林生态物质循环的基础。对单体活立木来说，测定其生物量可以评价该树种的生产能力并对提高营林能力水平和综合其产品都具有重要意义。但是目前活立木生物量的测量方法主要为皆伐法和平均木标准法。其中，皆伐法是在典型林分地段设置标准样地，皆伐样地内的所有林木，分不同器官测定其重量，而对下木及草本层则设置若干小样方进行皆伐收割，最后根据样地面积和样地内林分的生物量确定单位面积生物量，该方法还需将一定面积的林木连根挖出称重。而平均木法是根据样地立木调查的资料计算出全部立木的平均胸高断面积，选出代表该样地最接近这个平均值的几株标准木，伐倒后求出平均木的生物量，再乘以该林分单位面积上的株数，得单位面积上林分乔木层的生物量；或按不同径阶株数权重选取样木，伐倒称重后再乘上各径阶株数，最后合计得到全林分生物量。平均木法比较适用于林木大小具有小的或中等离散度的正态频率分布的林分，例如人工林。上述活立木生物量测量方法需要将活立木伐倒，甚至连根拔起，具有一定破坏性，并且整个测量过程比较繁琐，费时费力。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的单体活立木生物量估算方法及系统。根据本专利技术的一个方面，提供一种单体活立木生物量估算方法，包括：基于待测单体活力木的茎体水分、胸径和树高，利用单体活立木生物量估算模型，得到所述单体活立木的生物量。优选地，所述单体活立木生物量估算模型的建立包括：S1，在人工林中采样测量不同时间节点下的茎体水分、胸径和树高，并测量对应时间节点下的生物量；S2，将所述每个节点下的茎体水分、胸径和树高作为输入，对应时间节点下的生物量作为输出校准值，对循环神经网络模型进行训练，最终得到所述活立木生物量的估算模型。优选地，在步骤S1和S2之间还包括：S11，对所述不同时间节点下的茎体水分进行温度补偿；S12，对所述不同时间节点下的茎体水分、胸径和树高进行滤波处理。优选地，所述待测单体活力木的茎体水分、胸径和树高的获取过程包括：对所述单体活立木的茎体水分、胸径和树高进行测量；对所述单体活立木的茎体水分进行温度补偿；对所述单体活立木的茎体水分、胸径和树高进行滤波处理。优选地，所述茎体水分采用双金属环式结构测量，并对预设时间段内对所述茎体水分进行预设频率的间隔测量。优选地，所述温度补偿具体包括：采用温度测量模块测量实时温度，建立温度影响下所述茎体水分变化的温度补偿模型，将测量得到的实时温度代入温度补偿模型对所述茎体水分进行温度补偿。优选地，所述温度补偿模型通过测量不同温度下同一活立木对应的茎体水分值，并对所述不同温度和不同温度对应的茎体水分进行线性化拟合。优选地，采用限幅平均滤波法对所述茎体水分、胸径和树高进行滤波处理。根据本专利技术的另一方面，提供一种单体活立木生物量估算系统，包括：模型估算单元，用于根据采集的单体活力木的茎体水分、胸径和树高，并利用单体活立木生物量估算模型，得到所述单体活立木的生物量。优选地，所述系统还包括：数据采集单元，用于采集单体活力木的茎体水分、胸径和树高；温度补偿单元，用于对所述茎体水分进行温度测量和补偿；滤波单元，用于对所述茎体水分、胸径及树高进行滤波处理。本专利技术提供的一种单体活立木生物量估算方法及系统，通过根据单体活立木茎体水分、胸径和树高与生物量对应关系建立的估算模型，可以快速得到单体活立木的生物量，进而对整个森林生态系统中的生物量进行估测，并且不需要大量破坏活立木，测量过程方便。附图说明图1为根据本专利技术的单体活立木生物量估算模型建立的流程图；图2为根据本专利技术一个优选实施例的单体活立木生物量估算模型建立的流程图；图3为根据本专利技术一个优选实施例的一种单体活立木生物量估算系统的连接关系图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。循环神经网络(RecurrentNeuralNetworks，RNNs)的主要思想是使用序列信息。在传统的神经网络中，认为所有的输入和输出彼此之间是互相独立的，但是对于很多任务而言并不合适。循环神经网络之所以称之为循环，是因为对于序列中每个元素都执行相同的任务，输出依赖于之前的计算。本实施例利用循环神经网络模型进行单体活立木生物量估算模型的建立，一种单体活立木生物量估算方法，包括：基于待测单体活力木的茎体水分、胸径和树高，利用单体活立木生物量估算模型，得到所述单体活立木的生物量。具体地，为了方便的得到单体活立木的生物量，采用预先建立的单体活立木生物量估算模型，将单体活力木的茎体水分、胸径和树高作为输入，由于单体活立木生物量估算模型中已经建立了茎体水分、胸径和树高与生物量的对应关系，经过模型对茎体水分、胸径和树高的特征提取，输出单体活立木的生物量。上述实施例提供的单体活立木生物量估算方法，根据单体活立木茎体水分、胸径和树高与生物量的对应关系，可以快速得到单体活立木的生物量，进而对整个森林生态系统中的生物量进行估测，并且不需要大量破坏活立木，测量过程方便。基于上述实施例的内容，图1为根据本专利技术的单体活立木生物量估算模型建立的流程图，如图1所示，单体活立木生物量估算模型的建立包括：S1，在人工林中采样测量不同时间节点下的茎体水分、胸径和树高，并测量对应时间节点下的生物量；S2，将所述每个节点下的茎体水分、胸径和树高作为输入，对应时间节点下的生物量作为输出校准值，对循环神经网络模型进行训练，得到所述活立木生物量的估算模型。具体地，单体活立木生物量估算模型的建立首先需要人工取样。取样包括在人工林中采样测量不同时间节点下的茎体水分、胸径和树高，每一时间节点下的茎体水分、胸径和树高数据作为一组输入样本，对应的每一时间节点下的生物量作为一组输入样本的输出校准值。其中，在取样时由于数据样本较少，每一时间节点下的生物量可采用常用的皆伐法或平均木标准法获得。本实施例采用循环神经网络模型进行建模，并使用BP(BackPropagation)误差反向传播算法对循环神经网络模型进行训练，在进行循环神经网络训练时，对茎体水分、胸径和树高进行初始化限定，将单体活立木生物量视为有着受限权重的前馈网络并指定其终极状态，通过对终极状态进行指定从而获得各层单元的误差信号，进而修正各单元的矩阵权值，并且循环神经网络能够将每个时间步上得到的对应参数的导数加起来，最终训练得到活立木生物量的估算模型。上述实施例提供的单体活立木生物量估算方法，利用循环神经网络模型进行活立木生物量的估算模型建立和训练，能够在时间序列上对不同时间节点的输入和输出样本数据进行有效的拟合，提高模型建立的准确性。基于上述各实施例的内容，图2为根据本专利技术一个优选实施例的单体活立木生物量估算模型建立的流程图，如图2所示，在S1和S2之间还包括：S11，对不同时间节点下的茎体水分进行温度补偿；S12，对不同时间节点下的茎体水分、胸径和树高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单体活立木生物量估算方法，其特征在于，包括：基于待测单体活力木的茎体水分、胸径和树高，利用单体活立木生物量估算模型，得到所述单体活立木的生物量。

【技术特征摘要】
1.一种单体活立木生物量估算方法，其特征在于，包括：基于待测单体活力木的茎体水分、胸径和树高，利用单体活立木生物量估算模型，得到所述单体活立木的生物量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单体活立木生物量估算模型的建立包括：S1，在人工林中采样测量不同时间节点下的茎体水分、胸径和树高，并测量对应时间节点下的生物量；S2，将所述每个节点下的茎体水分、胸径和树高作为输入，对应时间节点下的生物量作为输出校准值，对循环神经网络模型进行训练，得到所述活立木生物量的估算模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在S1和S2之间还包括：S11，对所述不同时间节点下的茎体水分进行温度补偿；S12，对所述不同时间节点下的茎体水分、胸径和树高进行滤波处理。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测单体活力木的茎体水分、胸径和树高的获取过程包括：对所述单体活立木的茎体水分、胸径和树高进行测量；对所述单体活立木的茎体水分进行温度补偿；对所述单体活立木的茎体水分、胸径和树高进行滤波处理。5.根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于，所述茎...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵燕东，田昊，赵玥，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11