一种树冠空间分布的模拟方法、电子设备及存储介质技术

一种树冠空间分布的模拟方法，属于林木生长技术领域。为解决对树冠空间分布进行准确模拟的问题。本发明专利技术建立调查样地，将每株树木的树冠视为椭球体，将调查林自地表至林分内最高树木高度等间距分为若干高度层；判断树木树冠是否分布于特定高度层中；计算树冠在不存在干扰的情况下的树木树冠在高度级中的理论水平延伸范围；基于计算的树木树冠在高度级中的理论水平延伸范围为权重构建加权泰森多边形；将每株林木的圆形进行拼接，得到高度层中树冠空间面数据；以高度层中树冠空间面数据对得到的加权泰森多边形进行掩模提取，得到每株林木的树冠在高度层空间分布模拟结果计算每株林木的树冠的在高度级中的模拟面积；计算每株树木的树冠体积。的树冠体积。的树冠体积。

【技术实现步骤摘要】
一种树冠空间分布的模拟方法、电子设备及存储介质


[0001]本专利技术属于林木生长
，具体涉及一种树冠空间分布的模拟方法、电子设备及存储介质。

技术介绍

[0002]树木树冠空间分布的小尺度精确、快捷模拟是评估叶生物量空间分布、评估叶面积指数空间分布、模拟小尺度林下光通量、模拟冠层降水截留、模拟小尺度碳水循环(光合、呼吸、蒸腾等)的前提基础。每木检尺是林业工作的基本内容之一，检尺数据来源广泛。然而目前国内外基于每木检尺数据估算小尺度树冠空间分布的方法较少。而且森林生态系统中，不同林层中树木的树冠可相互遮盖。而处于相同林层或树高差异不大且生长位置邻近的树木间存在着邻体干扰，树木的树冠间存在空间生态位竞争；而为了补偿由于竞争使树冠损失的空间生态位，树冠通常会像不存在竞争的方向更多的延伸，这些机制造成了树木树冠的偏冠与窄冠现象。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的问题是对树冠空间分布进行准确模拟，提出一种树冠空间分布的模拟方法、电子设备及存储介质。
[0004]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种树冠空间分布的模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、建立调查样地，调查样地为单层林生态系统调查样地或复层林生态系统调查样地，对调查样地中的林木进行每木检尺，记录每木检尺信息；S2、将每株树木的树冠视为椭球体，将基于步骤S1得到的调查样地每木检尺信息中的树高与第一枝下高间的距离作为椭球体的垂直轴长2b，将实测冠幅的及最大延伸距离的二倍或理论冠幅作为椭球体的水平轴长2a；a为水平半轴长，b为垂直半轴长；S3、将调查林自地表至林分内最高树木高度等间距分为若干高度层；S4、基于步骤S1得到的调查样地每木检尺信息中的树高与第一枝下高与基于步骤S3得到的高度层判断树木树冠是否分布于特定高度层中；S5、基于步骤S4中树木的树冠在高度层中具有分布的情况，根据高度层高度与树木第一枝下高高度及树木树高高度的平均值间的差异，基于树冠椭球体的水平半轴长a与垂直半轴长b计算树冠在不存在干扰的情况下的树木树冠在高度层中的理论水平延伸范围；S6、对每一高度层逐一进行栅格化处理，以每株林木的空间分布坐标为中心、以步骤S5计算的树木树冠在高度层中的理论水平延伸范围为权重构建加权泰森多边形；S7、以步骤S1得到的每株林木的空间分布坐标为为圆心，以基于步骤S5得到的树木树冠在高度层中的理论水平延伸范围为半径绘制圆形，并将每株林木的圆形进行拼接，得到高度层中树冠空间面数据；S8、以步骤S7得到的高度层中树冠空间面数据对步骤S6得到的加权泰森多边形进行掩模提取，得到每株林木的树冠在高度层中的空间分布模拟结果；S9、利用步骤S8得到的每株林木的树冠在高度层中空间分布模拟结果，计算每株林木的树冠的在高度层中的模拟面积；将树冠在不同高度层中的分布范围合并可得到树木树冠的总面积；将不同高度层中树冠空间分布的的模拟结果以高度层高度为轴进行三维空间叠加可形成调查样地的树冠三维空间分布模拟结果；基于树冠的三维空间分布模拟结果可计算每株树木的树冠体积。2.根据权利要求1所述的一种树冠空间分布的模拟方法，其特征在于，步骤S1的具体实现方法包括如下步骤：S1.1、建立调查样地的坐标系，坐标系x轴与y轴垂直；S1.2、对调查样地中的林木进行每木检尺，记录每木检尺信息，包括每株树木在调查样地坐标系中的空间分布坐标、树高、第一枝下高、胸径、树种、冠幅、相邻树木的树冠间是否存在竞争、以及树冠在不存在竞争的枝条的最大延伸距离。3.根据权利要求1或2所述的一种树冠空间分布的模拟方法，其特征在于，步骤S2的具体实现方法包括如下步骤：S2.1、建立树冠椭球体时的水平半轴的长度为a，当存在邻体竞争则以最大延伸距离的二倍为轴长，当不存在林龄竞争时以实测冠幅为轴长；S2.2、当以理论冠幅作为水平轴的长度2a时，根据特定树种的胸径与冠幅间的相对生长关系模型推导，得到不同树种的理论冠幅的公式：红松的理论冠幅的公式＝1.8659*DBH
0.3242
‑
0.6696，R2＝0.638，适用范围DBH为5cm
‑
90cm；云杉的理论冠幅的公式＝1.6440*DBH
0.3740
‑
0.7553，R2＝0.537，适用范围DBH为5cm
‑
75cm；冷杉的理论冠幅的公式＝0.8534*DBH
0.4994
+0.3446，R2＝0.582，适用范围DBH为5cm
‑
60cm；紫椴与糠椴的理论冠幅的公式＝0.5209*DBH
0.6511
+0.6363，R2＝0.433，适用范围DBH为5cm
‑
70cm；枫桦的理论冠幅的公式＝0.46184*DBH
0.76442
‑
0.15464，R2＝0.447，适用范围DBH为5cm
‑
55cm；水曲柳的理论冠幅的公式＝0.34581*DBH
0.79416
‑
0.05282，R2＝0.431，适用范围DBH为5cm
‑
55cm；其他阔叶树种的理论冠幅的公式＝0.48700*DBH
0.75022
‑
0.48214，R2＝0.501，适用范围DB H为5cm
‑
55cm；其中，DBH为胸径；S2.3、记录树冠椭球体的垂直轴的中心为树木第一枝下高与树高的均值。4.根据权利要求3所述的一种树冠空间分布的模拟方法，其特征在于，步骤S4的具体判断方法为当高度层高度大于树木第一枝下高且小于树木树高时，树木树冠在高度层中有分布；步骤S5中树木树冠在高度层中的理论水平延伸范围的计算表达式为：其中，x为树木树冠在高度层中的理论水平延伸范围，Δy为高度层的高度与树冠椭球体垂直轴中心高度间的高度差。5.根据权利要求4所述的一种树冠空间分布的模拟方法，其特征在于，步骤S6的具体实现方法包括如下步骤：S6.1、高度层栅格化处理，每个栅格具有空间位置坐标，计算表达式为：S
gird
＝{f
g
(1),f
g
(2),f
g
(3),...,f
g
(n)}其中，S
gird
为某一高度层的栅格集合，f
g
(n)为第n个栅格；S6.2、采集树冠分布于高度层中的每株林木信息，得到：S
tree
＝{f
t
(1),f
t
(2),f
t
(3),...,f
t
(n
’
)}其中，S
tree
为树冠分布在高度层中的林木信息集合，f
t
(n
’
)为第n
’
株林木的林木信息；S6.3、以步骤S6.2得到的高度层中每株林木的空间分布坐标为中心、以步骤S5中得到的树冠理论水平延伸范围为权重，构建加权泰森多边形；S6.3.1、首先计算高度层中第i株林木与第j个栅格间的加权距离d
weight
(i,j)，计算表达式为：其中，f
t
(i,x)为第i株林木的x坐标，f
t
(i,y)为第i株林木的y坐标，f
g
(j,x)为第j个栅格的x坐标，f
g
(j,y)为第j个栅格的y坐标，f
t
(i,weight)为第i株林木在高度层中的权重值，即树冠在高度级中的理论水平延伸...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜昕，董雪，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：