经营单位级森林经营方案编制可视化模拟技术

摘要

建设智慧林业操作平台，提高林业智能化经营水平，是当今以及未来林业发展的重要方向。研究传统森林经营方案编制技术，提出基于林业规则和人类经验的方案可视化编制系统，对于林业发展意义重大。本文从当代林业生产需求出发，应用计算机虚拟现实技术，研究森林经营方案的编制过程，提出了经营单位级森林经营方案编制可视模拟技术。依据森林经营规则构建了森林经营方案编制知识库，研发了基于三维场景的森林经营方案可视化模拟系统，提高了经营单位级森林经营方案编制的科学性以及经营过程的直观可靠性，从整体上提高森林经营水平，为发展智慧林业过程中的实际问题提供具体解决方案。所取得的主要成果如下:
　　(1)构建了森林经营方案编制知识库
　　通过剖析已有森林经营方案，借鉴经营措施匹配方法，构建了森林经营措施知识库，并以产生式方式实现小班数据与经营措施知识库匹配;依据国家行业标准“二元立木材积表”，归纳常用森林蓄积模型，构建了森林蓄积知识库;森林经营措施知识库和森林蓄积知识库的构建为森林经营策略自动生成和森林经营方案智能化定制提供了知识基础。
　　(2)面向经营者的森林经营方案编制可视化技术
　　通过定义森林经营方案编制活动模块，构建了森林经营方案编制工作流模型，提出了面向经营者的森林经营方案编制可视化模拟技术。该技术提供自动工作平台，经营者通过拖曳方式，自定义设计经营工作流，以流程图形式可视化呈现经营过程，并以参数化方式设置模块属性，实现了数据层与业务层交互，最终通过输出模块实现了森林经营方案的三维可视化场景展现。
　　(3)基于森林经营方案模拟的三维场景搭建技术
　　基于MOGRE三维引擎，以天空、地形、太阳、林木为构建元素，搭建了基于森林经营方案模拟的三维场景。使用天空穹技术，保证了全角度无差别天空模拟;使用地形纹理结合DEM数据方法，模拟真实地形地势;以Billboard形式渲染太阳，实现了太阳自然运动轨迹描述;以自主构建的林木模型为树木模型数据，采用LOD加载策略，实现了场景内不同细节模型按规则调用，保证了林木多样性和真实性。
　　(4)经营单位级森林经营方案编制可视化模拟系统设计及应用
　　以经营方案编制知识库、交互式经营方案编制技术、三维场景搭建技术为基础，开发了经营单位级森林经营方案编制可视化模拟系统。将系统应用于湖南黄丰桥国有林场，结果表明:该系统操作简单、交互性强，经营者可以在可视方式下，设计并查看森林经营方案。由此，可将系统应用到森林经营方案编制实践中，以提高森林经营科学水平。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 森林经营方案编制现状

1．2．2 森林经营可视化模拟现状

1．2．3 基于计算机技术的森林经营方案编制现状

1．3 目前存在的问题

1．4 研究目的和意义

1．4．1 课题来源

1．4．2 研究目的

1．4．3 研究意义

1．5 主要研究内容

1．5．1 森林经营方案知识库构建

1．5．2 森林经营方案编制可视化技术

1．5．3 基于三维场景的森林经营方案可视化模拟

1．6 研究方法和技术路线图

1．6．1 研究方法

1．6．2 技术路线图

1．6．3 解决关键问题

2 森林经营方案知识库构建

2．1 森林经营方案经营措施知识库

2．1．1 经营措施知识获取

2．1．2 经营措施知识表达

2．1．3 经营措施知识规则表设计

2．1．4 经营措施知识库推理机制

2．2 森林经营方案蓄积知识库

2．2．1 蓄积知识获取

2．2．2 森林经营方案蓄积知识表达

2．2．3 蓄积知识库知识规则构建

2．2．4 蓄积知识库推理策略

2．3 本章小结

3 森林经营方案编制可视化技术

3．1 森林经营方案编制可视化技术基础

3．1．1 WF技术简介

3．1．2 WF引擎结构

3．1．3 WE工作流创作模式

3．1．4 可视工作流设计器

3．2 森林经营方案编制流程

3．2．1 自定义森林经营方案编制活动

3．2．2 森林经营方案编制工作流模型

3．2．3 参数化设置森林经营方案编制活动属性

3．2．4 森林经营方案输出可视化

3．3 本章小结

4 经营单位级森林经营方案编制可视化模拟系统开发

4．1 系统设计

4．1．1 系统架构设计

4．1．2 系统功能设计

4．2 系统数据库设计

4．3 森林三维场景模拟技术

4．3．1 三维场景组织结构

4．3．2 森林三维场景渲染环境元素

4．3．3 经营单位级林场渲染技术

4．4 系统开发环境与运行环境

4．4．1 硬件环境

4．4．2 系统环境

4．5 经营单位级森林经营方案编制可视化模拟实例

4．5．1 实验区概况及数据来源

4．5．2 经营方案编制工作流模型

4．5．3 经营方案编制活动模块属性设计

4．5．4 经营方案执行及结果展示

4．6 本章小结

5 结论与讨论

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 讨论

参考文献

攻读学位期间的主要学术成果

致谢