一种基于多要素的树木胸径生长率模型及标准化生长表构建方法技术

本发明专利技术提供了一种基于多要素的树木胸径生长率模型及标准化生长表构建方法，综合考虑了竞争、林分、地形和气候等四大要素体系，建立主要树种的胸径生长率模型，基于树高

【技术实现步骤摘要】
一种基于多要素的树木胸径生长率模型及标准化生长表构建方法
一、

[0001]本专利技术涉及一种基于多要素的树木胸径生长率模型及标准化生长表构建方法。
二、技术背景
[0002]传统的胸径生长率模型通常仅考虑胸径本身对生长率的影响，而对环境要素的考虑较少。然而，在实际过程中，树木的生长受到多个环境要素的综合影响，包括树木之间的竞争关系、林分结构、地形地势和气候等。树木之间的竞争关系包括光线竞争、养分竞争和空间竞争等。在竞争激烈的环境中，树木的生长速度往往较为缓慢。郁闭度是一个关键的林分结构要素，它反映了林分中树冠的覆盖程度，高郁闭度的林分会减少阳光直射到地面的比例，从而影响树木的生长和发育。地形地势要素如海拔、坡度和坡向会影响水分和养分的分布，进而影响树木的生长。气候要素如温度和降水对树木的生长具有重要影响，直接影响着水分利用和营养吸收等生理过程。因此，将这些环境要素纳入胸径生长率模型中，可以更全面地分析树木之间的竞争关系、林分结构、地形地势和气候对单木生长的影响，从而提供更准确的生长预测。
三、
技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种基于多要素的树木胸径生长率模型及标准化生长表构建方法。本专利技术综合考虑了竞争、林分、地形和气候四大要素体系，构建单木胸径生长率模型。通过引入竞争指数、林分指数、地形指数和气候指数四类指数，实现对地块的精细化管理。基于树高
‑
胸径模型、二元材积模型和胸径生长率模型，分5cm、15cm、25cm、35cm和45cm五个径阶组，计算五年后单木的胸径生长量、树高生长量和材积生长量三个指标，构建标准化生长表。另外，本专利技术还提供了将标准化生长表推广到任意地块的流程。通过计算目标地块的四类指数，并将其带入标准化生长表中，可以快速获得适用于该地块的生长表，无需进行繁琐的数据收集和重新建立模型。
[0004]主要
技术实现思路
：
[0005]1、构建综合考虑多要素的胸径生长率模型；
[0006]2、构建标准化生长表；
[0007]本项专利技术与现有方法相比具有以下优点：
[0008](1)相对于传统方法仅考虑胸径本身对生长率的影响，本专利技术综合考虑竞争、林分、地形和气候等多个因素，建立主要树种的胸径生长率模型，从而提供更准确的生长预测。
[0009](2)引入了竞争指数、林分指数、地形指数和气候指数四类指数来描述不同环境因素对树木生长的影响。这种指数化的描述方式可以更直观地了解各种环境因素对树木生长的影响程度。通过计算每个地块的四类指数，可以实现地块的个性化管理和决策。
[0010](3)提出了一种构建标准化生长表的方法。应用到其他地块时，只需计算目标地块
的四类指数，并将其带入标准化生长表中，就能够快速获得适用于该地块的生长表，无需进行繁琐的数据收集和重新建立模型，具有便捷性和高效性。
四、具体实施方式
[0011]1.建立主要树种j的胸径生长率模型。
[0012]根据四期国家森林资源一类清查数据(每期间隔五年)，以单木为最小样本单元，收集每个单木i的胸径时间序列数据，记作其中j表示树种类别，为单木i在时刻t的胸径值。计算单木i在时刻t的胸径生长率数据序列每个样本数据包括胸径生长率和对应的胸径值构成单木数据集。另外，需要获取影响单木生长的环境因子。具体地，利用遥感技术，根据地块的经纬度坐标，匹配获取地块的气候数据。建立竞争、林分、地形和气候四大要素体系，其中包括竞争因子如林分密度指数x1、Simpson多样性指数x2、单木胸径与林分平均胸径的比例x3，林分因子如郁闭度x4、土壤厚度x5，地形因子如海拔x6、坡度x7、坡向x8、坡位x9，以及气候因子如降雨量x
10
、平均温度x
11
。根据树种类别，划分出不同数据集，针对每个树种j建立胸径生长率模型。以指数函数为结构式，模型表达式如下：
[0013][0014]其中p
j
为树种j的胸径生长率，a0为常数项，a1,a2为单木自身影响参数，b1,b2,b3为竞争影响参数，b4,b5为林分条件影响参数，b6,b7,b8,b9为地形影响参数，b
10
,b
11
为气候影响参数。
[0015]2.定义四类指数来描述不同环境因子对树木生长的影响，包括竞争指数I
竞争
、林分指数I
林分
、地形指数I
地形
和气候指数I
气候
。竞争指数可反映树木之间的竞争关系，林分指数可表示林分环境对单木生长的影响，地形指数可描述地块的地形特征对树木生长的影响，气候指数可反映气候因素对树木生长的影响。
[0016][0017][0018][0019][0020]3.结合树高
‑
胸径模型、二元材积模型和胸径生长率模型，分树种类别、径阶组(单木胸径中值分别为5cm、15cm、25cm、35cm和45cm)，计算五年后单木的胸径生长量、树高生长量和材积生长量三个指标，生成一张标准化生长表，并提供了将标准化生长表推广到任意地块的流程。
[0021]第一步，根据胸径树高模型利用参数计算每个树种类别和不同径阶
组的树高H
j
；根据二元材积模型利用参数计算每个树种类别和不同径阶组的材积V
j
，其中D
j
为树种的j胸径，H
j
为树种j的树高，V
j
为树种j的材积，a
j
,b
j
,c
j
,d
j
,e
j
为参数。
[0022]第二步，综合影响指数(I)计算。设定综合影响指数(I)为四类指数的乘积，即I＝I
竞争
·
I
林分
·
I
地形
·
I
气候
。考虑到指数函数的乘积性质，可以存在I＝1的情况。在此基础上，生成一张标准化生长表，包括五年内的胸径生长量ΔD
j
、树高生长量ΔH
j
和材积生长量ΔV
j
三个指标，具体过程如下：
[0023][0024][0025][0026][0027]其中表示当前的单木胸径值，表示五年后单木的胸径值。
[0028]表1标准化生长表
[0029][0030]第三步，将标准化生长表推广到其他地块，获得适用于目标地块的生长预测结果，而无需进行繁琐的数据收集和重新建立模型。具体步骤如下：获取目标地块的相关数据，包括地形、林分、竞争和气候等影响因素的信息。根据目标地块的数据，计算目标地块的竞争指数、林分指数、地形指数和气候指数，得到目标地块的综合影响指数I0。将计算得到的综合影响指数I0乘以已建立的标准化生长表中的胸径生长量、树高生长量和材积生长量，得到适用于目标地块的生长表。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多要素的树木胸径生长率模型及标准化生长表构建方法，其特征是：建立主要树种的胸径生长率模型，定义四类指数来描述不同环境因子对树木生长的影响，包括竞争指数、林分指数、地形指数和气候指数；结合树高
‑
胸径模型、二元材积模型和胸径生长率模型，分树种类别、径阶组(单木胸径中值分别为5cm、15cm、25cm、35cm和45cm)，计算五年后单木的胸径生长量、树高生长量和材积生长量三个指标，生成一张标准化生长表，并提供了将标准化生长表推广到任意地块的预测流程，具体步骤如下：1)建立主要树种j的胸径生长率模型；根据四期国家森林资源一类清查数据(每期间隔五年)，以单木为最小样本单元，收集每个单木i的胸径时间序列数据，记作其中j表示树种类别，为单木i在时刻t的胸径值；计算单木i在时刻t的胸径生长率数据序列每个样本数据包括胸径生长率和对应的胸径值构成单木数据集；另外，需要获取影响单木生长的环境因子；具体地，利用遥感技术，根据地块的经纬度坐标，匹配获取地块的气候数据；建立竞争、林分、地形和气候四大要素体系，其中包括竞争因子如林分密度指数x1、Simpson多样性指数x2、单木胸径与林分平均胸径的比例x3，林分因子如郁闭度x4、土壤厚度x5，地形因子如海拔x6、坡度x7、坡向x8、坡位x9，以及气候因子如降雨量x
10
、平均温度x
11
；根据树种类别，划分出不同数据集，针对每个树种j建立胸径生长率模型。以指数函数为结构式，模型表达式如下：其中p
j
为树种j的胸径生长率，a0为常数项，a1,a2为单木自身影响参数，b1,b2,b3为竞争影响参数，b4,b5为林分条件影响参数，b6,b7,b8,b9为地形影响参数，b
10
,b
11
为气候影响参数；2)定义四类指数来描述不同环境因子对树木生长的影响，包括竞争指数I
竞争
、林分指数I
林分
、地形指数I
地形
和气候指数I
气候
；竞争指数可反映树木之间的竞争关系，林分指数可表示林分环境对单木生长的影响，地形指数可描述地块的地形特征对树木生长的影响，气候指数可反映气候因素对树木生长的影响...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯仲科，王珊，季文旭，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：