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基于非线性混合模型的落叶松树干削度模型 总被引：4，自引：0，他引：4
以黑龙江省带岭林业局大青川林场84株人工落叶松解析木数据为例,采用Max和Burkhart分段削度模型作为基础模型,利用SAS软件中的似乎不相关回归过程得到该分段削度模型的4个参数和2个拐点参数同时估计。参数估计显著性检验(P<0.000 1)以及模型检验(F=31 392.30,P<0.000 1)都证明该分段模型能较好地描述落叶松树干干形变化。然后以该分段模型为基础模型,采用非线性混合模型的方法,建立落叶松人工林树干削度混合效应模型。结果表明:当考虑样地效应影响时,b1,b2同时作为混合参数时模型拟合最好;当考虑树木效应影响时,b2,b4同时作为混合参数时模型拟合最好。无论考虑样地效应影响还是考虑树木效应影响,混合模型的拟合精度都比基本模型的拟合精度高,并且考虑树木效应影响要比考虑样地效应影响的精度更高。模型检验结果表明:混合模型通过校正随机参数值能提高模型的预测精度。 相似文献
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【目的】基于湖南省永州市75块杉木人工林样地的调查数据,构建含气候因子的杉木人工林树干削度方程,为后续研究气候因子对杉木树干削度的影响提供理论依据。【方法】从4个备选基础模型中选取1个最优的作为基础模型,使用数量化方法Ⅰ筛选出显著的气候因子,在此基础上,将气候因子和林分密度因子通过混合效应模型方法添至最优的基础模型中,确定最优的随机效应添加形式,从而构建含气候因子和林分密度因子的杉木人工林树干削度方程。【结果】Kozak(2004)模型为最优基础模型,其Ra2为0.959 5;夏季平均最高温（Txmax）、生长积温（DD5）为影响树干削度显著的气候因子。单含林分密度因子的杉木人工林树干削度方程的Ra2为0.971 0,均方根误差（RMSE）和平均绝对误差（MAE）分别为0.757 2、0.546 7,而含气候因子和林分密度的杉木人工林树干削度方程Ra2为0.981 6,RMSE和MAE分别为0.603 4、0.431 2,相比最优基础模型Ra2提升了2.3%,RMSE降低了32.56%,MAE降低了34.56%;相比单含林分密度因子的杉木人工林树干削度方程Ra2提升了1.1%,RMSE... 相似文献
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《林业科学》2016,(2)
【目的】基于林业上广泛应用的Kozak(1988),Kozak(1994),Kozak(2001)和Kozak(2002)可变指数削度方程,构建适合大兴安岭不同区域兴安落叶松树干削度方程,同时检验不同区域的显著性。【方法】采用大兴安岭3个区域的兴安落叶松样木干形数据,利用SAS软件的非线性回归SUR法拟合4个削度方程,采用调整确定系数(R2adj)、平均误差(MAB)、均方根误差(RMSE)、相对误差(MPB)、预估精度(P%)和多重共线性指标(CN)以及相应的残差分布图等对削度方程进行综合比较分析。区域性检验采用非线性额外平方和方法,该方法需要拟合完整模型和简化模型。【结果】1)Kozak(1988)和Kozak(1994)削度方程拟合和预估精度较高,但是存在较高的多重共线性问题;其他削度方程降低了模型的多重共线性,但可提高对树干上部的预测能力。2)不同区域模型的F检验分析发现,区域3与区域1和区域2的树干削度相差较大,区域1和区域2的树干削度相差较小,任何2个区域的对比检验都是显著的(P0.000 1),说明模型在不同区域不能共用一套参数,应有不同的区域参数估计。3)从不同区域各模型的干曲线模拟可以看出,同一模型在3个区域的干曲线模拟结果不同,尤其模型(3)在3个区域中的干曲线更明显地体现出3个区域的不同。模型(1)、模型(2)和模型(4)在3个区域的干曲线模拟体现在区域1和区域2的模拟结果比较接近,区域3则与其有明显不同,该结果与F检验结果一致。不同区域对树木干曲线有显著影响,削度方程参数估计值在不同区域的错误应用会导致较大误差。【结论】Kozak(2002)可变指数削度方程在拟合统计量、残差分布图和多重共线性等方面都表现出了一致性,预估精度达99%以上,可作为大兴安岭3个区域兴安落叶松的最优削度方程。 相似文献
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利用地基激光雷达获取数据,构建TLS数据代替伐倒木实测数据的树干削度模型,采用地基激光雷达扫描林口林业局6块落叶松样地和18株解析木。首先对TLS数据提取的解析木不同高度处的直径进行精度分析,再分别采用解析木TLS数据与实测数据建立树干削度方程,利用R软件拟合5个基础模型,采用Bias、RMSE、R2、P%对削度方程进行评价。结果表明：地基激光雷达获取的树干直径精度达到98%以上;TLS数据与实测数据构建的削度方程拟合结果基本相同,最优模型都为Kozak (2002)-II方程。采用TLS获取数据具有较高的精度,0.7H为直径提取最适高度,模型拟合效果较好,可以利用TLS获取树干直径代替伐倒解析木量取数据。 相似文献
5.
基于分位数回归的华北落叶松干形曲线模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
干形是反映树干外部形态的重要指标,也是评价干材价值的重要依据,而削度方程是描述树木干形好坏的一个重要定量指标,其对干形模拟的准确性直接决定着树干材积和森林蓄积的估算结果。以河北省塞罕坝机械林场华北落叶松人工林为研究对象,基于4个常见的简单削度方程,模拟了260株样木的干形曲线,采用调整后决定系数(Ra^2)、均方根误差(RMSE)、平均误差(ME)和平均误差绝对值(MAE)评价模型的拟合效果和检验效果,筛选最优的基础模型,并利用分位数回归技术,构建人工华北落叶松干形曲线模型。结果表明,4个简单削度方程中,Kozak方程对华北落叶松干形的拟合效果最好(Ra^2=0.934,RMSE=1.985cm),检验结果也是最优的(ME=0.125cm,MAE=1.212cm)。因此,基于Kozak方程,结合分位数回归技术建立了华北落叶松干形曲线,相较于基础模型,分位数回归模型的拟合优度进一步提高。当分位点设置为0.1时,模型对靠近下部和上部的树干干形拟合效果较好;当分位点设置为0.5时,模型对位于中部的树干干形拟合效果较好;当分位点设置为0.9时,模型对树干基部的拟合效果较好。可见,分位数回归技术使模型具有更强的灵活性。 相似文献
6.
基于非线性分位数回归的落叶松树干削度方程 总被引：2，自引：0，他引：2
【目的】采用非线性分位数回归法构建落叶松树干削度方程,比较分析不同分位数(τ=0. 1、0. 2、0. 3、0. 4、0. 5、0. 6、0. 7、0. 8、0. 9)及其组合分位数的拟合及检验结果,以提高模型预测精度。【方法】基于大兴安岭落叶松干形数据,采用Koenker和Bassett提出的分位数回归法,利用SAS软件的NLP拟合基于各分位数的Max-Burkhart分段削度方程,选取确定系数(R2)、平均误差(MAB)、均方根误差(RMSE)、相对误差(MPB)和预估精度(P%)对削度方程进行对比分析。【结果】1) Max-Burkhart分段削度方程在9个不同分位点(τ=0. 1、0. 2、0. 3、0. 4、0. 5、0. 6、0. 7、0. 8、0. 9)均能收敛,说明分位数回归可以提供许多不同分位数的估计结果,进而可预测任意分位点处干形的变化趋势; 2)基本模型和分位点处(τ=0. 4、0. 5、0. 6)的分位数模型拟合结果相近,分位数组合(3、5、7、9)可提高模型拟合效果,其中基于3个分位数组合(τ=0. 3、0. 5、0. 7)、5个分位数组合(τ=0. 3、0. 4、0. 5、0. 6、0. 7)、7个分位数组合(τ=0. 1、0. 2、0. 4、0. 5、0. 6、0. 8、0. 9)、9个分位数组合(τ=0. 1、0. 2、0. 3、0. 4、0. 5、0. 6、0. 7、0. 8、0. 9)在分位数组合相同时分别表现最优; 3)模型检验表明,大多数分位数回归组合的检验统计量都优于基本模型和各分位数模型,相对于基本模型,5个分位数组合(τ=0. 3、0. 4、0. 5、0. 6、0. 7)模型的MPB、MAB、RMSE分别降低13. 9%、13. 9%、13%。【结论】分位数回归能够提高模型预测精度,基于5个分位数组合的Max-Burkhart分段削度方程在拟合及检验统计量等方面表现较好,适合于大兴安岭落叶松树干削度预测。 相似文献
7.
【目的】验证解析木数据参数化3-PG模型的可行性,利用解析木数据标定的模型预测长白落叶松人工林生长变化,为扩展参数化3-PG模型数据源提供依据,为模型数据选择提供参考。【方法】以孟家岗林场长白落叶松人工林为研究对象,基于2019年解析木数据模拟胸径连续观测数据,结合相关公式计算叶、干、根生物量和蓄积量。根据参数敏感性分析结果,采用直接计算、参考文献、迭代拟合和默认参数等方法对3-PG模型进行参数化,利用密度试验林和固定样地数据对模型输出进行精度验证,并对模型输出与地面观测值进行回归分析。【结果】验证结果表明,模型拟合精度很高（P<0.01,n=138）,可以较好反映解析木样地中林分生长变化。胸径、叶干生物量比、干生物量、总生物量和蓄积量的决定系数（R2）在0.95以上,根生物量拟合精度略低（R2=0.88）。密度试验林数据（n=140）和固定样地数据（n=87）与模型输出之间具有较高相关性,各计算量的R2在0.81～0.97之间（P<0.01）。敏感性分析结果表明,当胸径为20 cm时,叶与干生物量分配比（p... 相似文献
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9.
以湖南省栎类为研究对象,基于157株样木的直径-树高干形数据,拟合3种简单削度方程和3种可变参数削度方程。选取常用的模型评价指标,结合模型残差图和模型相对排序法,对6个模型进行综合对比评价,利用“留一法”对模型进行适用性检验。结果表明：6种削度方程的确定系数R2和预估精度P分别超过0.94和99%,模型拟合效果较好;3种简单削度方程在树干基部均存在明显的系统偏差,而可变参数削度方程可有效减少这种系统偏差,拟合效果均优于简单削度方程;从模型评价指标和相对排序值可以看出,除MSE外,模型4的其余5项指标均在6个模型中表现最好,且模型4的整体排序值最小,可作为湖南省栎类的最优削度方程。 相似文献
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【目的】基于节子分析技术构建落叶松人工林树冠基部高动态预测模型,分析落叶松树冠衰退规律及其影响因素,为制定合理的经营措施提供理论依据。【方法】以2007年设立的8块落叶松人工林标准地获取的40株解析木数据为基础数据,采用节子分析技术,得到树冠基部高随年龄的动态变化数据,应用传统线性模型、理查德和逻辑斯蒂非线性模型构建落叶松树冠基部高动态模型。【结果】传统线性模型、理查德和逻辑斯蒂非线性模型可较好拟合树冠基部高动态变化过程,模型参数均具有统计意义(P0.01),以理查德方程为基础模型构建的树冠基部高模型拟合效果最好,加入权重因子可消除异方差,降低估计参数标准误,提高预测精度,模型的确定系数(R~2)为0.904,绝对误差(Bias)和均方根误差(RMSE)分别为0.002和1.251,最优落叶松树冠基部高模型形式为HCB=(3.146+0.036CCF+0.225Bas+0.788HT-0.481CL)(1-e~(-0.086 t))~(4.278)。【结论】树冠基部高动态变化过程与林分发育规律一致,符合"S"形生长曲线,可通过树冠竞争因子(CCF)、林分断面积(Bas)、调查当年的树高(HT)和冠长(CL)解释,解释率达90.4%。树高、树冠竞争因子和林分断面积增大会导致树冠基部高上升,加速落叶松树冠衰退。竞争对树冠的影响较敏感,落叶松人工林10～41年间,树冠竞争因子大(187.33)的林分冠长率从75%下降到36%,而树冠竞争因子小(105.82)的林分冠长率从75%下降到40%;落叶松人工林树冠基部高平均每年上升0.66 m。本研究构建的树冠基部高动态模型可较好模拟落叶松人工林树冠基部高动态变化过程,利用单木和林分变量能够解释落叶松人工林树冠衰退趋势。通过检验验证,基于节子分析技术获取的树冠基部高数据构建的动态模型精度较高,可作为一种获取长期树冠动态变化数据的有效手段。 相似文献
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【目的】构建冬奥核心区华北落叶松和白桦单木冠幅预测模型,对比不同模型的优缺点,给出模型选择建议,为获取更多的单木和林分参数提供支撑,为华北落叶松和白桦科学经营决策提供理论依据。【方法】以冬奥核心区4 537株华北落叶松和2 603株白桦为研究对象,首先,选取10种常用冠幅-胸径模型作为备选模型分别拟合华北落叶松和白桦数据,从中选出AIC和BIC最小的模型作为基础模型;然后,在基础模型中进一步添加与冠幅相关系数大的变量作为协变量构建修正模型;最后,在修正模型基础上分别构建华北落叶松和白桦冠幅的非线性最小二乘模型、单水平非线性混合效应模型、加性模型和组级贝叶斯模型。【结果】4种华北落叶松冠幅模型中,加性模型的预测精度最高(R2＿mean=0.704 3,RMSE＿mean=0.512 7),4种白桦冠幅模型中,非线性混合效应模型的预测精度最高(R2＿mean=0.664 3,RMSE＿mean=0.794 4)。在变量方面,华北落叶松和白桦冠幅均随其胸径递增,华北落叶松冠幅随其树高缓慢递增、枝下高递减,白桦冠幅随其冠长率先减小后增大,并受林分密度... 相似文献
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【目的】探究Landsat8 OLI数据和KNN算法在森林蓄积量估测中的潜力。【方法】以湖南省湘潭县为研究区,采用Landsat8 OLI数据和同时期的二类调查数据,通过距离相关系数筛选特征,分别采用线性回归模型(MLR)、K-近邻模型(KNN)、距离加权KNN模型(DW-KNN)和优化欧式KNN模型(FW-KNN)对森林蓄积量进行估测。使用十折交叉方法进行精度检验,对检验结果进行对比分析。【结果】3种KNN模型的估测结果均高于传统的线性模型,并且在3种KNN模型中,FW-KNN算法效果最好,决定系数达到0.69,为3种模型中最高;3种KNN模型中,本研究优化欧氏距离KNN模型的估测精度最高,其均方根误差为30.3%,相比于传统KNN模型的均方根误差降低了5.1%,相比于DW-KNN模型降低了3.3%。【结论】采用DW-KNN蓄积量估测结果明显优于其他两种模型,说明通过特征与蓄积量的相关性优化样本间的距离是一种可行的KNN优化方法。 相似文献
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【目的】以人工落叶松为例,探索基于无人机激光雷达（Unmanned aerial vehicle LiDAR, UAVLiDAR）点云的单木探测提取树高的误差对胸径反演的影响并校准,实现单木参数（胸径、树高）的准确度量,为大尺度高效便捷估测单木参数提供新的思路。【方法】以东北林业大学帽儿山实验林场13块4个龄组（幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林）的落叶松人工林样地UAV-LiDAR数据及野外调查数据为数据源,基于UAVLiDAR点云的单木探测提取的树高,分别以普通最小二乘法（Ordinary least squares, OLS）和3种误差变量回归（标准主轴（Standard major axis, SMA）、远程主轴（Ranged major axis, RMA）和极大似然估计（Maximum likelihood estimate, MLE））构建胸径-树高模型,研究探测误差对各龄组人工落叶松胸径反演的影响并校准。【结果】利用UAV-LiDAR点云的单木探测提取4个龄组树高的相对均方根误差（rRMSE）,误差范围为3.41%～5.14%;在胸径-树高模型预测方面,3种误差变量回归均优... 相似文献
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含地域和起源因子的马尾松立木生物量与材积方程系统 总被引：1，自引：0，他引：1
【目的】建立含地域和起源因子的相容性立木生物量与材积方程系统,为准确估计森林生物量提供依据。【方法】以我国南方主要针叶树种马尾松为研究对象,基于301和104株样木的实测地上生物量、树干材积和地下生物量数据,综合利用哑变量建模方法和误差变量联立方程组方法,建立集地上生物量、树干材积和地下生物量为一体、确保与生物量转换因子和根茎比等变量相容的一元和二元方程系统,并分析立木生物量和材积估计是否受地域和起源的影响。【结果】所建立的马尾松一元和二元相容性立木生物量方程与材积方程,确定系数(R~2)均在0.92以上,其中地上生物量方程的平均预估误差在4%以内,地下生物量方程的平均预估误差在8%以内。对马尾松地上生物量和树干材积的估计,二元模型均显著优于一元模型,其F统计量远大于临界值;但对地下生物量的估计,二元模型反而不如一元模型效果好。不论是一元模型还是二元模型,地域和起源对马尾松地上生物量估计均无显著影响,地上生物量模型具有很好的通用性,同时也进一步印证了曾伟生等(2012)提出的通用性地上生物量模型M=0.3ρD~(7/3)的广泛适用性。对马尾松地下生物量的估计,不同地域的模型存在显著差异;相同直径的林木,总体1地域范围内(长江流域东南部)的地下生物量要大于总体2(长江流域中西部)。对马尾松树干材积的估计,二元模型不受地域和起源影响,但一元模型受起源影响;相同直径的林木,人工林的材积估计值大于天然林。【结论】将哑变量引入误差变量联立方程组,可同时解决多个变量之间的相容性及地上生物量和地下生物量样本单元数不相等时如何联合建模的问题,是切实可行的生物量建模方法;研究所建立的马尾松立木生物量方程、材积方程及其相容的生物量转换因子和根茎比方程,达到相关技术规定预估精度要求,可推广应用。 相似文献
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《林业科学》2016,(7)
【目的】探讨林分乔木层生物量的估算方法,为大区域、大尺度森林生物量的估算提供理论依据。【方法】利用1990—2010年5期大兴安岭东部天然落叶松林固定样地数据,选择基于林分变量的林分生物量模型和基于林分蓄积量的林分生物量模型作为林分乔木层生物量估算的方法,利用似然分析法去判断2种模型的误差结构(相加型和相乘型),并采用聚合型可加性生物量模型建立其林分生物量模型,模型参数估计采用非线性似乎不相关回归模型方法。采用"刀切法"评价所建立的林分生物量模型。【结果】经似然分析法判断,2种模型的误差结构是相乘型的,对数转换的线性回归更适合用来拟合林分生物量数据;2种模型的调整后确定系数R2a0.94,平均相对误差ME为0%~5%,平均相对误差绝对值MAE15%;所建立的2种可加性林分生物量模型的预测精度在98%以上。【结论】虽然基于林分蓄积量的林分生物量和基于林分变量的林分生物量模型形式不同,但二者都具有较好的预测精度;就本研究而言,2种估算林分生物量的方法都能对大兴安岭东部天然落叶松林林分生物量进行很好地估算。 相似文献
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【目的】探讨采用Landsat-8遥感影像数据,基于距离相关系数特征选择的Catboost模型在森林蓄积量估测中的潜力和适应性,为森林蓄积量的估测方法再增加一种可能性,也能为“双碳”目标的实现提供理论支撑。【方法】以浙江省龙泉市为研究区域,使用多源数据,包括Landsat-8卫星影像数据、森林资源二调数据和数字高程模型的数据,整个过程使用十字折交叉验证法对模型检验。首先使用基于距离相关系数的方法筛选特征因子,在不区分树种的情况下,分别利用K最近邻算法（KNN）、装袋算法（Bagging）、决策树梯度提升算法（LGBM）、梯度增强集成分类器算法（Catboost）4种方法建立蓄积量估测模型。之后再选取样本数据中数量比较大的杉木、针叶混交林、马尾松3种优势树种,分别使用Catboost方法进行蓄积量估测,再按权求和与未区分树种情况下的估测结果进行比较。【结果】Catboost方法表现优势明显,优于K最近邻算法（KNN）、装袋算法（Bagging）以及决策树梯度提升算法（LGBM）,其模型的精确度达到了81.43%,建模估测的精确度达到了76.74%,并且与3种不同优势树种按权求和的结果对比... 相似文献
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Marín POMPA-GARC 《林业研究》2009,20(4):293-300
比较了Kozak（1988）,Bi（2000）和Fang等（2000）的削度模型,形成了橡树商品材材积核算系统。在所研究的不同树龄、不同密度的松树．橡树混交林内,采集了298株橡树削度数据。结果表明,Fang等（2000）建立的可兼容分段模型可以很好地描述实验数据,可用于估测树木在指定树高的直径、树高一指定直径比、商品材材积量和总体积。本研究建立的公式可作为该研究区内森林调查的基本工具,简便、易于操作。统计分析结果表明,尽管本研究所建立的公式具有局地适应性,但仍可应用于其他区域。图4表4参53。 相似文献
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《中南林业科技大学学报(自然科学版)》2020,(11)
【目的】建立华北暖温带华北落叶松与白桦针阔混交林树高与胸径关系的非线性混合效应模型,为研究针阔混交林中不同树种相互作用及其生长发育规律提供科学依据。【方法】以河北省塞罕坝机械林场的华北落叶松与白桦针阔混交林为研究对象,基于83块30 m×30 m的标准地调查数据,首先选取5个具有生物学意义的非线性树高与胸径关系基础模型进行拟合,确定最优基础模型;其次通过相关分析确定影响树高生长的主要因子;最后基于最优基础模型和主要因子建立包含哑变量的华北落叶松与白桦针阔混交林树高与胸径关系预测模型。【结果】在5个候选非线性树高与胸径关系模型中,Richard模型具有最好的拟合结果,其模型确定系数(R2=0.918 6)最大,均方根误差(RMSE=2.405 8)及绝对误差(Bias=0.194 5)最小;通过相关分析确定海拔和林分断面积与树高生长均在P 0.01水平上呈现显著性;基于基础模型构建了包含哑变量及主要影响因子的不同树种树高与胸径关系混合效应模型,当随机效应参数作用在林分断面积上时,模型预测精度较高。【结论】基于主要影响因子和包含哑变量的非线性混合效应树高与胸径关系预测模型,能够有效解决混交林中树种及主要因子对树高与胸径关系的影响,提高了预测模型的适用性及预测精度,为混交林森林质量精准提升提供科学依据。 相似文献
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【目的】确保立木材积和树皮材积预测的一致性并提高预测精度。【方法】以大兴安岭兴安落叶松为研究对象,分别采用控制法和分解法研建了可加性模型系统。利用SAS统计软件模型模块proc model中的NSUR法进行拟合及参数估计。拟合结果采用确定系数(R2)和均方根误差(RMSE)进行评价;检验结果则通过确定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、平均相对误差(MRE)、平均误差绝对值(MAB)和相对误差绝对值(MPB)进行评价。【结果】从模型的整体评价结果来看,两种方法的拟合和检验效果均很好,基于分解法构建的模型略优于基于控制法构建的模型;不同径阶的检验表明,对于中等径阶的树木(20≤D<36 cm),基于控制法的模型相对较好,而对于小径阶(5≤D<20 cm)和大径阶的树木(D≤36 cm),基于分解法的带皮、去皮、树皮材积模型的预测精度要比基于控制法的各立木材积模型要稍好。【结论】总的来说,两种可加性模型系统均能很好地预测单木带皮材积、去皮材积和树皮材积,并确保得到满足一致性的预测结果,在具体应用时可根据实际情况选择适合的可加性材积模型系统。 相似文献