一种树干解析预测树木生长过程数据的方法与装置

本发明涉及林业技术，尤其涉及一种树干解析预测树木生长过程数据的方法与装置。

背景技术：

1、树干解析是研究树木生长过程的基本方法，在生产和科研中经常采用，即将树干截成若干段，在每个横断面上可以根据年轮的宽度确定各年龄(或龄阶)的直径生长量；在纵断面上，根据断面高度以及相邻两个断面上的年轮数之差可以确定各年龄的树高生长量，从而可进一步算出各龄阶的材积和形数。

2、传统树干解析内业数据计算的复杂、专业性强,普通用户难以掌握，也缺乏专业的知识判断各种计算结果的准确程度和适用性，需要一种容易使用的树干解析预测方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种树干解析预测树木生长过程数据的方法与装置。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种树干解析预测树木生长过程数据的方法，包括以下步骤：

3、1)将树干样木分段截取圆盘，查定各圆盘年轮数并量测每个圆盘东西、南北两条直径线上各龄阶直径，通过计算两个方向上同一龄阶的直径平均数，获取各龄阶的直径；

4、2)获取树干样木的类型属性；

5、3)对步骤1)获取的各龄阶的直径数据进行数据校验，剔除错误采样数据；所述数据校验为根据采集数据剔除明显错误数据；

6、4)确定各龄阶的树高，计算方法采取以下6种公式分别进行计算；

7、4.1)

8、4.2)

9、4.3)

10、4.4)

11、4.5)

12、4.6)

13、其中，i为龄阶；j为圆盘数；hi为龄阶为i时的树高；hj为第j个圆盘的断面高；n′为龄阶为i时的树龄，即等于i；nj为第j个圆盘的年轮数；ab为第j+1个圆盘且龄阶为i+1时的圆盘直径；cd为第j个圆盘且龄阶为i+1时的圆盘直径；cd为第j个圆盘且龄阶为i时的圆盘直径；ef为第j-1个圆盘且龄阶为i时的圆盘直径。

14、5)根据树干样木的类型属性、树干样木各龄阶的直径和步骤4)中各龄阶的树高确定的候选结果进行综合评价，输出高精度优选结果，具体如下：

15、5.1)根据树干样木的类型属性、树干样木各龄阶的直径选择适合的计算结果；

16、若树木类型为速生树种或为幼中龄林，丢弃公式4.1)和4.3)的计算结果；

17、若存在龄阶高小于第二断面高的情况，则丢弃公式4.5)和4.6)的计算结果；

18、5.2)对选出的结果进行聚类获取聚类中心，计算其他样本与聚类中心的平均距离，将与聚类中心距离小于平均值的计算值以及聚类中心对应的均值作为高精度优选结果推送；

19、6)计算各龄阶的材积；

20、计算方法包括中央断面积区分求积式、平均断面积区分求积式两种方法；

21、对中央断面积区分求积式、平均断面积区分求积式两种方法的结果进行补偿，作为最终结果推送；

22、v＝a1λ1+a2λ2；

23、其中，λ1为中央断面积区分求积式的材积计算结果，λ2为平均断面积区分求积式的材积计算结果，a1和a2为权重系数，a1取0.7，a2取0.3；

24、7)根据各龄阶的材积计算结果获得解析树木生长过程的数据，包括胸径、树高、材积的总生长量、平均生长量和连年生长量数据。

25、本发明还提供一种树干解析预测树木生长过程数据的装置，包括：

26、采集模块，用于采集待解析预测树干样本的各龄阶的直径和树干样木的类型属性；

27、其中，采集待解析预测树干样本的各龄阶的直径，具体为：将树干样木分段截取圆盘，查定各圆盘年轮数并量测每个圆盘东西、南北两条直径线上各龄阶直径，通过计算两个方向上同一龄阶的直径平均数，获取各龄阶的直径；

28、数据校验模块，用于对采集模块获取的各龄阶的直径数据进行数据校验，剔除错误采样数据；所述数据校验，

29、树高确定模块，用于确定各龄阶的树高，确定各龄阶的树高采取以下6种公式分别进行计算，作为候选结果；

30、4.1)

31、4.2)

32、4.3)

33、4.4)

34、4.5)

35、4.6)

36、其中，i为龄阶；j为圆盘数；hi为龄阶为i时的树高；hj为第j个圆盘的断面高；n′为龄阶为i时的树龄，即等于i；nj为第j个圆盘的年轮数；ab为第j+1个圆盘且龄阶为i+1时的圆盘直径；cd为第j个圆盘且龄阶为i+1时的圆盘直径；cd为第j个圆盘且龄阶为i时的圆盘直径；ef为第j-1个圆盘且龄阶为i时的圆盘直径。

37、优选模块，用于根据树干样木的类型属性、树干样木各龄阶的直径和树高确定模块的候选结果进行综合评价，输出高精度优选结果，具体如下：

38、1)根据树干样木的类型属性、树干样木各龄阶的直径选择适合的计算结果；

39、若树木类型为速生树种或为幼中龄林，丢弃公式4.1)和4.3)的计算结果；

40、若存在龄阶高小于第二断面高的情况，则丢弃公式4.5)和4.6)的计算结果；

41、2)对选出的结果进行聚类获取聚类中心，计算其他样本与聚类中心的平均距离，将与聚类中心距离小于平均值的计算值以及聚类中心对应的均值作为高精度优选结果推送；

42、材积计算模块，用于计算各龄阶的材积；

43、计算方法包括中央断面积区分求积式、平均断面积区分求积式两种方法；

44、对中央断面积区分求积式、平均断面积区分求积式两种方法的结果进行补偿，作为最终结果推送；

45、中央断面积区分求积式多为“负”误差，平均断面积区分求积式多为“正”误差；

46、v＝a1λ1+a2λ2；

47、其中，λ1为中央断面积区分求积式的材积计算结果，λ2为平均断面积区分求积式的材积计算结果，a1和a2为权重系数，a1取0.7，a2取0.3；

48、树干解析数据获取模块，用于获得解析树木生长过程的数据，包括胸径、树高、材积的总生长量、平均生长量和连年生长量数据。

49、本发明产生的有益效果是：

50、1、本发明对计算结果进行了综合误差补偿，对于非树木年轮技术领域内的专业技术人员，不需要了解树干解析内业数据的计算过程和计算结果选择方法，可以根据设置属性自行各种计算结果进行比较，以选择适宜的结果来减少误差。

51、2、非树木年轮技术领域内的专业技术人员可以快速容易的通过本发明获得高精度的解析树木生长过程的数据，包括胸径、树高、材积的总生长量、平均生长量和连年生长量数据，在科研和生产中使用。

技术特征：

1.一种树干解析预测树木生长过程数据的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的树干解析预测树木生长过程数据的方法，其特征在于，所述步骤4)中确定各龄阶的树高，计算方法采取以下6种公式分别进行计算，作为各龄阶的树高的候选结果；

3.根据权利要求2所述的树干解析预测树木生长过程数据的方法，其特征在于，所述步骤5)中，根据树干样木的类型属性、树干样木各龄阶的直径和步骤4)中各龄阶的树高确定的候选结果进行综合评价，输出高精度优选结果，具体如下：

4.根据权利要求1所述的树干解析预测树木生长过程数据的方法，其特征在于，所述步骤6)中，权重系数a1取0.7，a2取0.3。

5.一种树干解析预测树木生长过程数据的装置，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的树干解析预测树木生长过程数据的装置，其特征在于，所述材积计算模块中，权重系数a1取0.7，a2取0.3。

7.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4任一所述的树干解析预测树木生长过程数据的方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一所述的树干解析预测树木生长过程数据的方法。

技术总结
本发明公开了一种树干解析预测树木生长过程数据的方法与装置，该方法包括以下步骤：1)获取树干样木各龄阶的直径；2)获取树干样木的类型属性；3)对步骤1)获取的各龄阶的直径数据进行数据校验，剔除错误采样数据；4)确定各龄阶的树高，作为各龄阶的树高的候选结果；5)根据树干样木的类型属性、树干样木各龄阶的直径和步骤4)中各龄阶的树高确定的候选结果进行综合评价，输出高精度优选结果；6)计算各龄阶的材积；7)获得解析树木生长过程的数据，包括胸径、树高、材积的总生长量、平均生长量和连年生长量数据。本发明对计算结果进行了综合误差补偿，可以快速容易的获得高精度的解析树木生长过程的数据。

技术研发人员：马丰丰,胡兵,徐晓君,张勰,邓楠,田育新,吴小丽
受保护的技术使用者：湖南省林业科学院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12