[发明专利]一种考虑空间结构的枝下高动态可视化模拟方法及系统

权利要求书

1.一种考虑空间结构的枝下高动态可视化模拟方法，其特征在于，包括：

选取具有代表性的长期观测样地进行逐年连续调查，得到调查数据，所述调查数据包括林木根部相对坐标、林木胸径、树高、冠幅和枝下高；

计算所述样地内每株林木的水平空间结构参数、垂直空间结构参数和空间结构单元平均距离；

根据所述调查数据、所述水平空间结构参数、所述垂直空间结构参数和所述空间结构单元平均距离，构建考虑空间结构的枝下高模型；

实时生成枝干可控的林木三维模型；

获取林木生长相关数学模型，所述林木生长相关数学模型包括林木胸径连年生长量模型、树高-曲线模型和冠幅面积估计模型；

根据所述林木三维模型、所述林木生长相关数学模型和所述考虑空间结构的枝下高模型，得到林木连年生长预测数据；

根据所述林木连年生长预测数据，实时调整林木的树干和枝干；

判断所述林木的生长阶段是否完成；

若是，则表示枝下高动态可视化模拟完成；

若否，则返回“实时生成枝干可控的林木三维模型”；

所述计算所述样地内每株林木的水平空间结构参数、垂直空间结构参数和空间结构单元平均距离，具体包括：

根据公式计算样地内每株林木的水平空间结构参数；

其中，CW_i为对象木i的冠幅半径，CW_j为邻近木j的冠幅半径，D_i为对象木i的胸径，D_j为邻近木j的胸径，d_ij为对象木i与邻近木j的水平距离，n为空间结构单元中最近邻近木的数量；

根据公式计算样地内每株林木的垂直空间结构参数；

其中，H_i为对象木i的树高，H_j为邻近木j的树高，d_ij为对象木i与邻近木j的水平距离，ΔZ为邻近木与对象木的海拔高度差，n为空间结构单元中邻近木的数量；

根据公式计算样地内每株林木的空间结构单元平均距离；

其中，d_ij为对象木i与邻近木j的水平距离，n为空间结构单元中最邻近木的数量；

所述根据所述调查数据、所述水平空间结构参数、所述垂直空间结构参数和所述空间结构单元平均距离，构建考虑空间结构的枝下高模型，具体包括：

将所述调查数据、所述水平空间结构参数、所述垂直空间结构参数和所述空间结构单元平均距离加入基础枝下高模型中，得到考虑空间结构的枝下高模型：

其中，H_CB为枝下高，H为树高，f(H，X)为考虑空间结构的枝下高模型表达形式，X为除树高H外的其他变量相关函数，D为胸径，Y为空间结构因子的线性组合；

所述实时生成枝干可控的林木三维模型，具体包括：

获取四个正方向枝干数量；

根据林木根部相对坐标(X，Y，Z)、树高H和枝下高H_CB在树干上生成枝干起始位置点(X，Y+(H_CB，H)，Z)；

根据冠幅CW在(0，CW)之间选取枝干投影长度Length，在(H_CB，H)之间选取枝干向上倾斜的高度Height，得到枝干末端位置点(X+Length，Y+Height，Z)，将枝干三维模型实时生成到起始位置点和末端位置点之间；

根据各正方向枝干数量、所述枝干起始位置点和所述枝干末端位置点，将枝干进行水平旋转；

判断是否所有枝干均生成完毕；

若是，则枝干可控的林木三维模型生成；

若否，则返回“获取四个正方向枝干数量”。

2.一种考虑空间结构的枝下高动态可视化模拟系统，其特征在于，包括：

调查数据获取模块，用于选取具有代表性的长期观测样地进行逐年连续调查，得到调查数据，所述调查数据包括林木根部相对坐标、林木胸径、树高、冠幅和枝下高；

参数计算模块，用于计算所述样地内每株林木的水平空间结构参数、垂直空间结构参数和空间结构单元平均距离；

考虑空间结构的枝下高模型构建模块，用于根据所述调查数据、所述水平空间结构参数、所述垂直空间结构参数和所述空间结构单元平均距离，构建考虑空间结构的枝下高模型；

枝干可控的林木三维模型生成模块，用于实时生成枝干可控的林木三维模型；

林木生长相关数学模型获取模块，用于获取林木生长相关数学模型，所述林木生长相关数学模型包括林木胸径连年生长量模型、树高-曲线模型和冠幅面积估计模型；

林木连年生长预测数据确定模块，用于根据所述林木三维模型、所述林木生长相关数学模型和所述考虑空间结构的枝下高模型，得到林木连年生长预测数据；

林木调整模块，用于根据所述林木连年生长预测数据，实时调整林木的树干和枝干；

生长阶段判断模块，用于判断所述林木的生长阶段是否完成；

可视化模拟完成模块，用于当所述林木的生长阶段完成时，表示枝下高动态可视化模拟完成；

返回模块，用于当所述林木的生长阶段未完成时，返回枝干可控的林木三维模型生成模块；

所述参数计算模块，具体包括：

水平空间结构参数计算单元，用于根据公式计算样地内每株林木的水平空间结构参数；

其中，CW_i为对象木i的冠幅半径，CW_j为邻近木j的冠幅半径，D_i为对象木i的胸径，D_j为邻近木j的胸径，d_ij为对象木i与邻近木j的水平距离，n为空间结构单元中最近邻近木的数量；

垂直空间结构参数计算单元，用于根据公式计算样地内每株林木的垂直空间结构参数；

其中，H_i为对象木i的树高，H_j为邻近木j的树高，d_ij为对象木i与邻近木j的水平距离，ΔZ为邻近木与对象木的海拔高度差，n为空间结构单元中邻近木的数量；

空间结构单元平均距离计算单元，用于根据公式计算样地内每株林木的空间结构单元平均距离；

其中，d_ij为对象木i与邻近木j的水平距离，n为空间结构单元中最邻近木的数量；

所述考虑空间结构的枝下高模型构建模块，具体包括：

考虑空间结构的枝下高模型构建单元，用于将所述调查数据、所述水平空间结构参数、所述垂直空间结构参数和所述空间结构单元平均距离加入基础枝下高模型中，得到考虑空间结构的枝下高模型：

其中，H_CB为枝下高，H为树高，f(H，X)为考虑空间结构的枝下高模型表达形式，X为除树高H外的其他变量相关函数，D为胸径，Y为空间结构因子的线性组合；

所述枝干可控的林木三维模型生成模块，具体包括：

枝干数量获取单元，用于获取四个正方向枝干数量；

枝干起始位置点确定单元，用于根据林木根部相对坐标(X，Y，Z)、树高H和枝下高H_CB在树干上生成枝干起始位置点(X，Y+(H_CB，H)，Z)；

枝干末端位置点确定单元，用于根据冠幅CW在(0，CW)之间选取枝干投影长度Length，在(H_CB，H)之间选取枝干向上倾斜的高度Height，得到枝干末端位置点(X+Length，Y+Height，Z)，将枝干三维模型实时生成到起始位置点和末端位置点之间；

枝干旋转单元，用于根据各正方向枝干数量、所述枝干起始位置点和所述枝干末端位置点将枝干进行水平旋转；

判断单元，用于判断是否所有枝干均生成完毕；

模型输出单元，用于当所有枝干均生成完毕时，输出枝干可控的林木三维模型；

返回单元，用于当所有枝干未生成完毕时，返回枝干数量获取单元。