基本信息
- 项目名称：
- 基于GIS的目标树经营辅助决策及其软件开发应用
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文利用定性和定量的方法建立了目标树和干扰树的决策体系，提出了相关算法和表达方法。然后基于C#开发语言,结合ArcGIS Engine9.3组件开发包, 建立了基于GIS技术的目标树经营系统，以直观可视化的方式帮助科研人员和相关管理者认识和理解森林空间结构状态，并进行有效的空间结构分析，实现对以目标树单株经营的决策支持和模拟，为研究和应用目标树经营提供了新的强有力的工具。
- 详细介绍：
- 林业信息化已成为我国林业发展的必然趋势，森林资源管理系统作为林业信息化的重要组成部分发展迅速。为了实现近自然经营活动中样地数据处理和目标树作业设计的自动化，本文通过总结当前近自然森林经营发展现状与趋势，针对当前近自然森林经营发展存在的瓶颈问题，并结合其发展方向，以临安市近自然森林经营实验区为例，在实地调查数据的基础上设计近自然森林辅助决策工具——目标树经营系统。 本次研究应用GIS技术研建一个以模块化设计思想为指导，可视化的目标树林分作业辅助设计系统。主要内容是：首先，根据近自然经营的理论，对林分树种结构、垂直结构和水平结构分析方法进行概述，同时，根据目标树单株木林分作业的理论与技术，建立目标树和干扰树的判定的标准和决策体系；其次，进行详细的系统设计；最后，采用.Net平台下的COM技术，基于C#开发语言，结合ArcGIS Engine9。3组件开发包，建立基于GIS技术的目标树经营系统，实现GIS框架模式下的近自然森林经营辅助决策支持分析。帮助科研人员和相关管理者认识和理解森林空间结构状态，并进行有效的空间结构分析，实现对以目标树单株经营的作业法的决策支持和模拟，为研究目标树经营提供了一种快捷方便的应用工具和实践方法。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：为了减缓气候变化，迫切需要寻找相适应的森林经营管理策略来提高单位面积森林的固碳潜力。目标树经营系统是解决这个问题的重要途径之一，但其基层人员难以掌握方法，需要一个辅助决策工具。 基本思路：定性定量表达目标树和干扰树的决策体系，并优化算法；将理论中的林分结构的分析方法和过程进行结构化并实现程序化，从而达到林分结构分析的自动化；根据制定的判定规则从而实现其判定的决策化、程序化和自动化
科学性、先进性及独特之处
- 首次建立近自然森林经营的可视化辅助决策工具，实现了基于空间分析的目标树和干扰树的可视化自动判定，从多方位多角度显示表达林分空间结构状态。根据目标树的选择条件，建立了目标树判定标准。通过结合目标树和它的邻近树在水平方向和垂直方向上的竞争指数来确定干扰等级，从而确定干扰树。与此同时，在冠幅模拟算法、竞争优势度算法以及水平竞争指数方面，对原有算法进行了改进，提高了模拟的逼真度和计算的精度。
应用价值和现实意义
- 本研究实现以目标树单株经营的作业法的决策支持和模拟，为研究目标树经营提供了新的强有力的工具。系统具有极强的实用性和易用性，为近自然森林经营的理念理解和目标树经营作业法的推广提供了一种有益的工具。如果利用本研究的的研究成果对森林进行经营，则有利于把对全部林木经营的传统思想转到对少数优秀单株个体经营的先进思想上来，则不但省时省力省财，而且目标树会长得更快更好，从而不断提升整个森林生态系统的质量。
学术论文摘要
- 目标树经营模式是改善森林经营水平，提升森林固碳能力重要途径之一。但是，目标树经营模式较难推广应用，原因在于目标树和干扰树的决策体系尚未建立，而且目标树经营模式需要大量专家知识和繁杂计算基层人员难以掌握。本文利用定性和定量的方法建立了目标树和干扰树的决策体系，提出了相关算法和表达方法。然后基于C#开发语言,结合ArcGIS Engine9.3组件开发包, 建立了基于GIS技术的目标树经营系统，以直观可视化的方式帮助科研人员和相关管理者认识和理解森林空间结构状态，并进行有效的空间结构分析，实现对以目标树单株经营的决策支持和模拟，为研究和应用目标树经营提供了新的强有力的工具。结果表明，研究成果科学可行，简单易用，具有广阔的应用前景。
获奖情况
- 本研究成果之一《林分目标树经营系统》于2010年11月在北京获得“SuperMap杯第八届全国高校GIS大赛”全国三等奖；于2010年12月在北京获得“Esri杯”中国大学生GIS软件开发竞赛全国三等奖。
鉴定结果
- 临安市林业技术服务总站证明材料（详细见附件）
参考文献
- [1] Birdsey, R., Pregitzer, K., and Lucier, A. Forest carbon management in the United States: 1600-2100. J. Environ. Qual. 2006,35(4): 1461–1469. [2] Cannell, M G.. Carbon sequestration and biomass energy offset: theoretical, potential and achievable capacities globally, in Europe and the UK. Biomass and Bioenergy, 2003,24: 97-116. [3] 陈永亮，耿叙武，李桂秋等．红松人工林不同经营密度与红松分叉的关系．东北林业大学学报，2000，28(3)：32-35． [4] 陈云霞，施新程，马浩．毛白杨无形系树体性状的关系分析．河南林业科技，1998，18（3）：8-1． [5] 惠刚盈，角尺度——一个描述林木个体分布格局的结构参数．林业科学1999，35(1)：37-42． [6] 陆元昌，张守攻．中国天然林保护工程区目前急需解决的技术问题和对策．林业科学研究，2003，16（6）：731-738． [7] 陆元昌．近自然森林经营理论与实践[M]．北京：科学出版社，2006． [8] 孟宪宇主编．测树学．北京：中国林业出版社，2006． [9] 赵丹宁，熊耀国，宋露露．泡桐性状的典型相关分析．遗传，1996，18（1）：19-22． [10] 陆元昌，栾慎强，张守攻 等.从法正林转向近自然林：德国多功能森林经营在国家、区域和经营单位层面的实践.世界林业研究，2010，23（1）：1-11.
同类课题研究水平概述
- 1 目标树经营概述 自上世纪末期以来，我国很多学者也在致力于宣传和推广近自然森林经营的理论和技术（邵青还 1994； 张鼎华，林卿 2000；陆元昌等 2002；邵青还 2003；黄清麟 2005）。张志达、李世东（1999）介绍了德国近自然林业经营的原则，共包括五个方面：尽量减少人为干预的原则、利用天然更新原则、调整林分结构原则、不要皆伐原则和林地要持续覆盖原则。陆元昌和Knut Sturm、甘敬等（2004）介绍了近自然森林经营理论及其在北京密云县不同植被区域的人工林近自然化经营试点研究成果。在2006年6月，陆元昌教授出版了《近自然森林经营的理论与实践》一书（陆元昌，2006），该书在总结德国近自然经营的研究成果的基础上，结合对近自然经营的理解和实践及近自然经营的发展趋势，在我国第一次系统地提出了近自然经营理论和技术，从而为近自然经营理论在我国的发展和实践奠定了坚实的基础。 2 林分可视化概述 国际上许多软件将林分和景观层次的模拟结合起来，如美国的LMS（Landscape management system）软件，SVS模块主要是实现林分层次的模拟，FVS模块可以实现景观层次的模拟。该软件把森林调查、生长和收获模型，计算机可视化和分析软件综合为一个林分景观水平的分析工具，可以模拟森林经营措施的影响。FORCYTE是加拿大不列颠哥伦比亚大学（The university of British Columbia）著名森林生态学家J.P. Kimmins 教授主持开发的计算机软件。该软件是一个以林分群体特征及林地养分循环为基础的森林生态系统管理软件。 我国的学者也作了这方面的研究工作，例如陈崇成，唐丽玉等2005年以福建漳浦林区为示范区，开发了一个集虚拟现实、林木生长模拟与信息管理一体化的虚拟森林景观原型系统(VFIS)，中国林科院资源信息研究所开发的单木可视化软件SimTree等。我国的林分可视化软件的开发工作还刚起步，大都是基于传统可视技术开发的，通用性及交互能力不强。
