黄丰桥国有林场经营可视化系统研建

摘要

在“数字地球”大背景影响下,森林资源管理中的信息可视化研究显得越来越重要,成为当前林业科学领域的研究热点之一,尤其在森林景观设计,林区规划及其他森林经营活动中都有着广泛的应用,它能够实现森林场景的真实感表达,弥补了以往基于二维GIS的森林资源信息系统对于现实世界表达的逼真程度低,以及理解不便的不足。同时,它能够带给人们对森林资源信息的全新的理解方式,能为用户提供视觉上的感受,让用户对森林资源信息具有感性的认识,更使森林资源管理的决策者对森林资源信息有更为生动、客观的了解和认识,提高了森林场景的交互性和实时性。
　　 本文以湖南省攸县黄丰桥国有林场的森林资源调查数据和遥感影像数据为基础数据源,在ArcEngine开发平台上,结合SQL Server关系型数据库和空间数据库引擎ArcSDE等工具,开发了一套国有林场经营可视化系统。主要研究结果如下:
　　 1.Landsat TM遥感影像的最佳视觉效果组合波段为7(R)5(G)3(B)。对研究区Landsat TM遥感影像进行图像处理,处理方式包括辐射校正、几何精校正、图像增强等,几何精校正的误差保持在1个像元以内,地表植被在波段组合7(R)5(G)3(B)时,显示效果最明显,能够体现地表植被特征。
　　 2.利用建模软件建立基于图像的单木模型。由于GIS软件在建模方面显示效果不够真实,本文采用建模软件3DS MAX进行单面贴图,构建单木三维模型,这种方式既保证了图像的显示效果,又能够减少模型的数据量。
　　 3.虚拟森林场景的建立与显示效果的优化。根据林场范围内的等高线数据和林相图,以小班为单位,直接读取林场等高线数据,建立DEM模型,并与处理后的遥感影像图叠加,生成三维地形。在此基础上加载单木模型,生成森林的虚拟三维场景。在已生成的森林三维场景中,采用了光照、材质、纹理映射、明暗处理、层次细节技术(LOD)、HUD水平视距、指北针等技术,提高了森林三维场景的渲染速度,改善了三维场景的可视化效果,增强了森林场景的真实感以及用户在场景中的沉浸感。
　　 4.不同种植点配置方式的造林模拟。通过研究林分密度控制等相关理论与造林技术规范,在虚拟森林场景中,以不同种植点配置方式下,模拟虚拟林分的造林过程。
　　 5.在森林择伐、渐伐理论的基础上实现虚拟林分的择伐、渐伐。在相关理论技术的研究基础上,以黄丰桥国有林场为例进行了实例研究,利用可视化编程工具模拟虚拟森林环境的林分经营方法,实现异龄林的择伐和同龄林的渐伐经营方法,包括带状渐伐、群状渐伐等,使森林经营活动在可视化系统中更为直观地表达。
　　 6.国营林场三维可视化系统开发与集成。在相关理论算法研究的基础上,设计了一套面向森林经营管理的国营林场三维可视化系统,实现了虚拟森林的漫游,二维数据的查询、统计,造林模拟,森林经营模拟等功能。

目录

文摘

英文文摘

1 引言

1.1 选题背景

1.2 相关领域的研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 存在的问题与困难

1.4 研究目标和主要内容

1.4.1 研究目标

1.4.2 论文主要内容

1.4.3 技术路线

2 研究区概况与数据处理

2.1 研究区地理位置和自然概况

2.2 遥感数据源简介

2.3 遥感图像处理

2.3.1 遥感影像辐射校正

2.3.2 图像几何精校正

2.3.3 图像增强处理

3 森林场景可视化研究

3.1 三维地形建模

3.2 基于图像的树木建模

3.3 三维场景生成

3.3.1 光照效果

3.3.2 纹理映射

3.3.3 消除隐藏面

3.3.4 场景数据的层次细节技术(LOD)

3.4 空间数据库的组建

3.4.1 森林资源属性数据

3.4.2 森林资源空间数据库

4 虚拟森林环境的经营模拟

4.1 森林森林环境中经营模拟的优势

4.2 择伐的理论基础

4.3 择伐的种类

4.4 渐伐的理论基础

4.5 渐伐的种类

4.6 虚拟森林环境的造林模拟

4.6.1 造林的方案设计

4.6.2 虚拟森林环境的造林模拟方法

4.7 虚拟森林环境的经营模拟方法

5 三维可视化系统的设计与实现

5.1 开发环境与平台

5.1.1 ArcsDE的体系结构与Arcengine组件

5.1.2 系统特点

5.1.3 可视化系统结构

5.2 系统功能

5.3 系统实现实例

5.3.1 信息查询功能

5.3.2 三维分析功能

5.3.3 林分经营模拟

6 结论与讨论

6.1 结论

6.2 讨论

参考文献

附录 A 三维可视化系统部分源代码

附录 B 攻读学位期间的主要学术成果

致谢