[發明專利]一種考慮空間結構的枝下高動態可視化模擬方法及系統

有效

• 申請號: 202010250327.X
• 申請日: 2020-04-01
• 公開（公告）號: CN111462312B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 張懷清;朱念福;楊廷棟;李永亮
• 申請（專利權）人: 中國林業科學研究院資源信息研究所
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉鳳玲

1.一種考慮空間結構的枝下高動態可視化模擬方法，其特征在于，包括：

選取具有代表性的長期觀測樣地進行逐年連續調查，得到調查數據，所述調查數據包括林木根部相對坐標、林木胸徑、樹高、冠幅和枝下高；

計算所述樣地內每株林木的水平空間結構參數、垂直空間結構參數和空間結構單元平均距離；

根據所述調查數據、所述水平空間結構參數、所述垂直空間結構參數和所述空間結構單元平均距離，構建考慮空間結構的枝下高模型；

實時生成枝干可控的林木三維模型；

獲取林木生長相關數學模型，所述林木生長相關數學模型包括林木胸徑連年生長量模型、樹高-曲線模型和冠幅面積估計模型；

根據所述林木三維模型、所述林木生長相關數學模型和所述考慮空間結構的枝下高模型，得到林木連年生長預測數據；

根據所述林木連年生長預測數據，實時調整林木的樹干和枝干；

判斷所述林木的生長階段是否完成；

若是，則表示枝下高動態可視化模擬完成；

若否，則返回“實時生成枝干可控的林木三維模型”；

所述計算所述樣地內每株林木的水平空間結構參數、垂直空間結構參數和空間結構單元平均距離，具體包括：

根據公式計算樣地內每株林木的水平空間結構參數；

其中，CW_i為對象木i的冠幅半徑，CW_j為鄰近木j的冠幅半徑，D_i為對象木i的胸徑，D_j為鄰近木j的胸徑，d_ij為對象木i與鄰近木j的水平距離，n為空間結構單元中最近鄰近木的數量；

根據公式計算樣地內每株林木的垂直空間結構參數；

其中，H_i為對象木i的樹高，H_j為鄰近木j的樹高，d_ij為對象木i與鄰近木j的水平距離，ΔZ為鄰近木與對象木的海拔高度差，n為空間結構單元中鄰近木的數量；

根據公式計算樣地內每株林木的空間結構單元平均距離；

其中，d_ij為對象木i與鄰近木j的水平距離，n為空間結構單元中最鄰近木的數量；

所述根據所述調查數據、所述水平空間結構參數、所述垂直空間結構參數和所述空間結構單元平均距離，構建考慮空間結構的枝下高模型，具體包括：

將所述調查數據、所述水平空間結構參數、所述垂直空間結構參數和所述空間結構單元平均距離加入基礎枝下高模型中，得到考慮空間結構的枝下高模型：

其中，H_CB為枝下高，H為樹高，f(H，X)為考慮空間結構的枝下高模型表達形式，X為除樹高H外的其他變量相關函數，D為胸徑，Y為空間結構因子的線性組合；

所述實時生成枝干可控的林木三維模型，具體包括：

獲取四個正方向枝干數量；

根據林木根部相對坐標(X，Y，Z)、樹高H和枝下高H_CB在樹干上生成枝干起始位置點(X，Y+(H_CB，H)，Z)；

根據冠幅CW在(0，CW)之間選取枝干投影長度Length，在(H_CB，H)之間選取枝干向上傾斜的高度Height，得到枝干末端位置點(X+Length，Y+Height，Z)，將枝干三維模型實時生成到起始位置點和末端位置點之間；

根據各正方向枝干數量、所述枝干起始位置點和所述枝干末端位置點，將枝干進行水平旋轉；

判斷是否所有枝干均生成完畢；

若是，則枝干可控的林木三維模型生成；

若否，則返回“獲取四個正方向枝干數量”。

2.一種考慮空間結構的枝下高動態可視化模擬系統，其特征在于，包括：

調查數據獲取模塊，用于選取具有代表性的長期觀測樣地進行逐年連續調查，得到調查數據，所述調查數據包括林木根部相對坐標、林木胸徑、樹高、冠幅和枝下高；

參數計算模塊，用于計算所述樣地內每株林木的水平空間結構參數、垂直空間結構參數和空間結構單元平均距離；

考慮空間結構的枝下高模型構建模塊，用于根據所述調查數據、所述水平空間結構參數、所述垂直空間結構參數和所述空間結構單元平均距離，構建考慮空間結構的枝下高模型；

枝干可控的林木三維模型生成模塊，用于實時生成枝干可控的林木三維模型；

林木生長相關數學模型獲取模塊，用于獲取林木生長相關數學模型，所述林木生長相關數學模型包括林木胸徑連年生長量模型、樹高-曲線模型和冠幅面積估計模型；

林木連年生長預測數據確定模塊，用于根據所述林木三維模型、所述林木生長相關數學模型和所述考慮空間結構的枝下高模型，得到林木連年生長預測數據；

林木調整模塊，用于根據所述林木連年生長預測數據，實時調整林木的樹干和枝干；

生長階段判斷模塊，用于判斷所述林木的生長階段是否完成；

可視化模擬完成模塊，用于當所述林木的生長階段完成時，表示枝下高動態可視化模擬完成；

返回模塊，用于當所述林木的生長階段未完成時，返回枝干可控的林木三維模型生成模塊；

所述參數計算模塊，具體包括：

水平空間結構參數計算單元，用于根據公式計算樣地內每株林木的水平空間結構參數；

其中，CW_i為對象木i的冠幅半徑，CW_j為鄰近木j的冠幅半徑，D_i為對象木i的胸徑，D_j為鄰近木j的胸徑，d_ij為對象木i與鄰近木j的水平距離，n為空間結構單元中最近鄰近木的數量；

垂直空間結構參數計算單元，用于根據公式計算樣地內每株林木的垂直空間結構參數；

其中，H_i為對象木i的樹高，H_j為鄰近木j的樹高，d_ij為對象木i與鄰近木j的水平距離，ΔZ為鄰近木與對象木的海拔高度差，n為空間結構單元中鄰近木的數量；

空間結構單元平均距離計算單元，用于根據公式計算樣地內每株林木的空間結構單元平均距離；

其中，d_ij為對象木i與鄰近木j的水平距離，n為空間結構單元中最鄰近木的數量；

所述考慮空間結構的枝下高模型構建模塊，具體包括：

考慮空間結構的枝下高模型構建單元，用于將所述調查數據、所述水平空間結構參數、所述垂直空間結構參數和所述空間結構單元平均距離加入基礎枝下高模型中，得到考慮空間結構的枝下高模型：

其中，H_CB為枝下高，H為樹高，f(H，X)為考慮空間結構的枝下高模型表達形式，X為除樹高H外的其他變量相關函數，D為胸徑，Y為空間結構因子的線性組合；

所述枝干可控的林木三維模型生成模塊，具體包括：

枝干數量獲取單元，用于獲取四個正方向枝干數量；

枝干起始位置點確定單元，用于根據林木根部相對坐標(X，Y，Z)、樹高H和枝下高H_CB在樹干上生成枝干起始位置點(X，Y+(H_CB，H)，Z)；

枝干末端位置點確定單元，用于根據冠幅CW在(0，CW)之間選取枝干投影長度Length，在(H_CB，H)之間選取枝干向上傾斜的高度Height，得到枝干末端位置點(X+Length，Y+Height，Z)，將枝干三維模型實時生成到起始位置點和末端位置點之間；

枝干旋轉單元，用于根據各正方向枝干數量、所述枝干起始位置點和所述枝干末端位置點將枝干進行水平旋轉；

判斷單元，用于判斷是否所有枝干均生成完畢；

模型輸出單元，用于當所有枝干均生成完畢時，輸出枝干可控的林木三維模型；

返回單元，用于當所有枝干未生成完畢時，返回枝干數量獲取單元。