四川盆地西缘天然次生林种群格局模拟与林分可视化

摘要

种群空间分布格局受到多方面的因素影响，在自然界中大部分植物的稳定格局为聚集分布，研究林分的分布格局是研究种群内种间、种内关系的基础，也是实现林分三维可视化的基础，并且林分的三维可视化是实现数字林业、林业现代化经营管理的基础之一。本文主要研究了四川盆地西缘山地常绿阔叶林内主要树种的空间分布格局以及主要树种的种间、种内联结度，然后利用四义树原理结合ArcGIS相关工具实现了对样地内主要树种以及样地所在小班内主要树种空间分布格局的模拟和相关属性信息的传递，最后利用逼近度对模拟效果进行检验，结果较好，并结合OnyxTree6树木建模软件对主要树种建立三维模型，最终实现林分的三维可视化。研究的主要结论如下： 1．利用方差均值比的T检验和负二项分布K检验方法判断主要树种的分布格局与利用距离法——Ripley'K函数及L函数计算的结果较为一致，但是用L函数进行分布格局判断时是可以很清楚地看到随着距离的变化各主要树种空间分布格局的变化情况。 2．利用Ripley的双因素L12（t）函数对3号样地内的楤木和木姜子两个树种不同龄级组成的6个种对进行联结度分析、检验，结果表明在这6个种对中除楤木Ⅱ、Ⅲ龄级在距离尺度大于8米时由显著的正关联转为不显著外，其余5个种对在样地的尺度内表现出显著地正关联。 3．结合种群生态学、群落生态学、林学、计算机图形图像学以及计算生态学等理论，提出利用四叉树原理结合ArcGIS相关工具实现对样地以及该样地所在小班内的主要树种空间分布格局的模拟，该方法用于实现林分空间分布格局的模拟可行。 4．提出逼近度的指标来对模拟格局的精度进行检验。由于林木个体树冠的垂直水平投影就是该树种分布的有效范围，因此利用不同林木个体的树冠平均半径作缓冲区，通过统计模拟点位落入缓冲区的个数，来检验模拟的结果，具有一定的实际意义和理论价值。 5．在样地内对模拟树种相关属性数据传递。根据地统计学理论，利用ArcGIS中的克里格插值方法，分别将每一个树种的实测属性值（树高、胸径、冠幅、枝下高等）传递给模拟后的该树种所对应的字段上，这样达到模拟后的树种包含有其相应的属性数据，然后再根据统计学计算模拟后树种属性的特征值（以树高为例需计算：树高平均值、树高总和、树高最大值、最小值以及树高标准差），与实测数据的特征值进行比较，检验模拟树种属性传递的精度。 6．样地内主要树种空间分布格局和属性数据传递在ArcGIS中自动化半自动化的实现。利用ArcGIS Desktop中的建模工具Model Builder来实现样地内主要树种模拟过程和属性数据传递过程的半自动化，并且结果较为理想，基本上达到了我们期望的要求。 7．结合分形理论、空间自相似性以及GIS中栅格数据的数学模型，通过样地内主要树种的分布格局或者模拟的主要树种的空间分布格局来实现样地所在小班内，该主要树种的空间分布格局的模拟，并实现相关属性信息的传递。 8．林分三维可视化。利用著名的三维树木建模软件OnyxTree6．0分别对不同的主要树种的个体进行三维建模，并在ArcGIS中建立三维符号库，然后将主要树种的点图层叠加到林地的数字高程模型（DEM）上，在ArcGIS中利用点的三维符号化将对应的树种的三维模型添加到相应的位置上，最终实现林分（林木、林地）的三维可视化。

目录

文摘

英文文摘

声明

前言

1 文献综述

1.1 国内外研究现状及水平

1.2 发展趋势

1.3 林木种群空间分布格局的研究方法

1.3.1 样方法

1.3.2 距离法

1.4 林分三维可视化技术

1.4.1 林木种群空间分布格局模拟

1.4.2 林木个体属性信息的模拟(林木个体参数传递)

1.4.3 主要树种三维模型的实现

2.研究区域简介

3.研究内容及方法

3.1 研究内容

3.2 研究方法

3.2.1 主要树种空间格局、种间种内关联的分析方法

3.2.2 主要树种空间分布格局模拟方法

3.2.3 样地内主要树种属性数据的传递

3.2.4 样地所在小班内主要树种空间格局的模拟

3.2.5 模拟结果的检验

3.2.6 主要树种三维模型的建立

3.2.7 外业工作

3.2.8 内业工作

3.3 技术路线

4.研究的目的意义及特色与创新点

4.1 研究的目的及意义

4.2 研究特色

4.3 创新点

5.结果与分析

5.1 数据统计

5.2 主要树种分布格局的判断

5.2.1 传统样方法格局判断

5.2.2 距离法格局判断

5.3 主要树种种间关系

5.4 主要树种种内关系

5.5 主要树种三维模型制作及建库

5.6 样地内主要树种分布格局的模拟

5.7 样地内主要树种属性的传递

5.8 样地所在小班内主要树种分布格局的模拟

5.9 主要树种模拟的逼近度检验

5.10 主要树种模拟的半自动化实现(Model Builder)

5.11 主要树种在样地和小班内的三维可视化

5.11.1 样地内主要树种的三维可视化

5.11.2 小班内林木、林地的三维可视化

6.结论与讨论

7.进一步研究展望

附图：

参考文献

致谢

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