[发明专利]一种顾及邻域与地理差异的林分平均高与胸径计算方法

说明书

本发明公开了一种顾及邻域与地理差异的林分平均高与胸径计算方法，包括数据提取、地域区域统计、建立分层数据集、模型训练、模型精度修正、模型计算和检查整体数据几个环节。本发明提出了一个以生长环境、树种、经营状况与各类调查数据为基础，对具有历史调查数据而又缺乏生长模型或现有生长模型不适用的树种结合现有常见的各类生长模型的建模过程，并应用空间区域统计、空间插值、地理加权回归、机器学习以及ArcGIS软件构建模型，能根据数据情况自我学习与优化的区域小班优势树种平均树高与平均胸径计算方法，可在区域范围内针对目标小班动态建立计算模型对小班的平均树高与胸径进行计算，可为森林蓄积量的计算提供可靠的数据支撑。

技术领域

本发明涉及林分生长研究技术领域，具体领域为一种顾及邻域与地理差异的林分平均高与胸径计算方法。

背景技术

近年来，林分生长模型数量之多、范围之广，已达到前所未有的程度。从早期的标准收获表到现在的单木生长模型，已经逐渐形成了一个连续的模型统一体。由于建立模型的目的不同，构造模型的数学方法也不同。Burkhart和Avery、唐守正根据模型的尺度和预估结果把林分生长模型分成了以下三类：以林分总体特征指标变量为基础的全林分模型(可分为可变密度模型和平均密度林分的生长模型)、以林木级为基本模拟单元的径阶分布模型和以单木生长信息为基础的单木生长模型(可分为与距离有关和距离无关两类)。目前，林分生长和收获模型逐渐由林分水平模型向径级水平模型、单木水平。最初，模拟森林动态的工具为图表，应用最普遍的就是收获表。世界上最早的收获表是德国林学家Reanmur于1721年发表的收获表，引起了各国林学研究者的关注，随后俄国、日本、美国等国家也发表了一系列的收获表。它是以表格的形式分别记载某一地域的不同林分、地位级在不同生长阶段林分因子的一种方法。随着数学公式的不断发展，1937年Mackinlley等人首次把回归分析技术应用到森林生长和收获的研究中。回归分析技术的应用使森林动态模拟方法有了重大突破，收获表从以前的固定密度收获表转变为可变密度收获表，收获表的精度也有所提高，同时出现了森林生长函数这种新形式来模拟森林动态变化。此后大量的学者基于回归方法结合不同的参数，1964年，J.H.smith和Newham建立了与距离有关的单木模型。Buckman首次利用林分密度建立回归方程，直接预估林分生长量。Bailey建立了以年龄、密度、立地指数、林分类型以及疏伐强度为输入变量的湿地松人工林株数相容性模型。Pienaar建立了祖鲁兰湿地松人工林生长和收获预测模型。Khatouri利用摩洛哥艾迪尔森林雪松的临时样地数据开发了一个一阶非线性方程组，用来预测雪松的直径分布及其生长和收获。Wenk研究和比较了纯林和混交林的生长和收获预测模型。Wimberly采用回归分析法建立了冷杉与距离有关和与距离无关的单木断面积生长方程。Fernando CastedoDorado针对加利西亚(西班牙西北部)的辐射松人工林，通过混合模型技术估计固定和随机参数，构建了基于Schnute函数的广义树高—胸径模型。Huuskonen用复位样地数据为芬兰幼龄樟子松建立了非线性混合效应模型，分析了樟子松的优势树高和平均直径，并适用非线性混合效应模型构建了断面积和材积模型。Coble针对东德克萨斯州的火炬松和湿地松，开发了一种可预测个体树存活和直径生长的年增长模型。Sghaier利用Richards，Lundqvist，Hossfeld IV和Weibull的基函数得出的四个差分方程，使用与年龄无关的增长函数公式进行测试，建立突尼斯东北部金钟柏天然林与距离无关的单木胸径增长模型。二十世纪八十世纪以后，基本上很少出现具有突破性意义的新模型，大多数都是对现有模型的改进，Trimble和Shriner仅在美国范围内就总结出了100个林分生长模型。