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基于混合效应模型及EBLUP预测美国黄松林分优势木树高生长过程 总被引：1，自引：0，他引：1
【目的】基于加拿大哥伦比亚省美国黄松79株解析木数据,研究如何用经验线性无偏最优预测法( EBLUP)预测优势木树高生长过程,并分析预测精度与观测次数、观测间隔和预测时长的关系。【方法】随机抽取49株解析木数据拟合树高生长混合效应模型,30株解析木数据用于 EBLUP 的预测分析。树高生长模型以Richards,Logistic,Korf等为基础模型,选用AIC,BIC及Loglik 3个统计量评价模型的拟合效果。模型拟合用R软件的 nlme函数实现,预测分析以预测误差均方( MSPE)为评价标准。在分析观测间隔、观测次数和预测时长对 MSPE的影响时,为分离出1个因素的影响效果,将2个因素保持不变,以分析第3个因素的影响作用。在 R 软件拟合结果的基础上,用SAS的IML过程进行EBLUP预测分析。【结果】拟合结果表明,Logistic方程的拟合精度最高,选为EBLUP预测分析的基本模型。预测分析结果表明,观测次数、观测间隔和预测时长对预测精度均有显著影响。随着观测次数的增加,MSPE一般表现出减少的趋势,但下降幅度与观测间隔有关：当间隔较大时,不同的观测值可以提供更充分的生长过程信息,因而可以显著降低 MSPE 值;但当间隔较小时,观测值所提供的生长信息相互重叠,对提高预测精度的增益有限。从预测时长角度看,在观测值附近一定区域内,EBLUP预测结果非常精确,但随着预测时长增加,预测误差呈逐渐增加的趋势。【结论】EBLUP 预测相当于两阶段拟合过程的第二阶段。第一阶段拟合为估计混合参数模型确定参数的过程,而第二阶段则是在第一阶段拟合结果的基础上,依据一个特定林分的若干树高观测值用 EBLUP法预测此林分的随机效应值,并进一步预测树高生长过程。 相似文献
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以碳汇林基线情景低效针叶林,包括日本落叶松、杉木、马尾松、湿地松为研究对象,利用收集和调查的生物量与解析木实测数据,选择不同数学模型,通过曲线回归、非线性回归方法拟合模型参数,建立4个树种的单株生物量模型、胸径生长模型和树高生长模型。结果表明:4个树种的单株生物量模型、胸径生长模型采用相关系数较高、MSE值最小的幂函数模型、S模型拟合效果最好;4个树种的树高生长模型形式各异,日本落叶松、湿地松以Logistic模型拟合效果最好,杉木以抛物线模型拟合效果最好,马尾松以S模型拟合效果最好;检验结果表明,所建日本落叶松、杉木、马尾松、湿地松的生长模型预估精度均达到了95%以上,且都通过了F检验。 相似文献
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林地"一张图"是森林资源管理体系的重要平台,运用林分生长模型对林地"一张图"林分因子更新具有现实意义。基于昆明市第4次森林资源二类调查数据,建立了24个树种(组)林分生长模型,通过模型链接实现林分平均树高、平均胸径、每公顷株数、每公顷蓄积和平均蓄积生长量的过程动态模拟。树高生长模型拟合优度R~2介于0.21～0.64之间,胸径生长模型拟合优度R~2介于0.37～0.78之间,蓄积生长模型拟合优度R~2介于0.44～0.92之间;林分生长模型反演昆明市有林地蓄积量预测值与观测值相差37万m~3,云南省蓄积平均生长率反演昆明市有林地蓄积量预测值与观测值相差291万m~3。建立的24个树种(组)林分生长模型,能满足林地"一张图"林分因子更新要求,能动态掌握森林资源消长变化,可为林业政策的制定提供依据。 相似文献
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【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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根据福州市森林资源二类调查数据,利用非线性度量误差联立方程组方法,分别建立基于5种经验生长方程的胸径生长模型和树高曲线模型系统,以均方差(RMSE)、平均绝对偏差(MAD)、决定系数(R~2)和预估精度(P)作为模型评价指标,对比5种模型的拟合效果。结果表明:5种模型的预估精度均大于90%,其中Logistic模型拟合效果最优,胸径生长过程曲线和树高曲线的模型预估精度分别为92.85%和95.15%。经配对t检验,胸径和树高的实测值与预测值之间无明显差异,拟合效果优良。数据分析显示,米槠林分胸径快速生长期滞后于树高快速生长期,均处于林分中、幼龄林时期,然后生长速度逐渐变缓。该模型可以用来描述福州市米槠林分胸径和树高的生长变化规律,在优化模型结构的同时,减少误差对预测结果的影响,并建立了胸径、树高和林龄3者之间的相容性和一致性,为米槠林分的生长预测提供参考。 相似文献
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遗传算法对5种理论生长方程的最优拟合研究 总被引：1，自引：0，他引：1
利用北美林肯小区黄杉6个分期的数据,选择Logistic、Richards、Korf、Gompertz和Mitscherlich 5种生长方程建立胸径随年龄变化的生长模型.分别利用遗传算法和传统拟合方法确定参数,并对拟合效果进行对比分析.研究结果显示：遗传算法对于Richards和Korf方程的拟合精度要明显高于传统拟合方法,对于Logistic、Gompertz以及Mitscherlich方程的拟合精度几乎一致.通过将检验数据带入由遗传算法拟合的方程中,除拟合后不符合生物学意义的Korf方程外,发现由剩下4种方程计算得到的预测值与实际值无明显差异（P值均大于0.05）.最终表明遗传算法对生长方程的最优拟合较传统拟合方法更有优势. 相似文献
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重庆市石宝镇马尾松单木生长模型研究 总被引：1，自引：0，他引：1
为了更加科学地保护和利用马尾松森林资源并为其可持续经营提供参考依据,利用多模型选优法对重庆市忠县石宝镇马尾松的单木胸径生长模型进行了探讨与分析,结果表明：对竞争优势木和竞争劣势木的拟合效果最好的均是Richards函数,其次是Schumacher函数,而Gauss函数和Logistic函数的拟合效果较差.考虑到模型运算的简便性和结构的清晰性,结合研究区马尾松胸径生长量的预测情况,选取了模型参数相对较少的Schumacher 函数作为描述重庆市忠县石宝镇马尾松生长过程的最佳模型. 相似文献
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选取小兴安岭地区天然针阔混交林为样地,以红松、冷杉、云杉、水曲柳、枫桦、紫椴等6种主要优势树种为研究对象,分别进行树高和胸径、冠幅和胸径的相关性分析。通过SPSS 20.0软件将调查的数据代入备选的8个经典数学模型中进行回归分析,得到各方程的P值、决定系数R~2和相关参数,并采用总误差、平均误差、平均相对误差和均方根误差等验证拟合精度,最终选出最优的树木生长模型。结果表明:针叶树的树高和胸径、冠幅与胸径相关性显著,在树高-胸径模型中平均决定系数为0.809,在冠幅-胸径模型中平均决定系数为0.498。相对于针叶树来说,阔叶树树高和胸径、冠幅和胸径的相关性略差,其决定系数平均值分别为0.608,0.395。不同树种适应不同树木生长模型,在树高-胸径的相关性分析中,以幂函数、S函数模型居多,冠幅-胸径模型以三次多项式模型最为显著。 相似文献
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基于非线性混合模型的针阔混交林树高与胸径关系 总被引：4，自引：0，他引：4
《林业科学》2016,(1)
[目的]建立多树种、多层次混交林的树高-胸径生长关系非线性混合效应模型,为研究混交林多树种生长规律提供参考依据。[方法]以河北省塞罕坝国家森林公园华北落叶松-白桦针阔混交林为研究对象,基于87块标准地(20 m×30 m)的4 953株华北落叶松和3 608株白桦单木数据,选取13个具有代表性且具有生物学意义的树高-胸径模型进行拟合,从中筛选出拟合优度较高的模型作为构建混合效应模型的基础模型,并在混合效应模型中加入哑变量以解决样地内不同树种带来的差异。[结果]1)在13个树高-胸径候选模型中,模型13的确定系数最大(R2=0.915 7),绝对误差(Bias=1.200 6)、均方根误差(RMSE=0.129 1)最小,其拟合效果较好。2)以模型13为基础模型建立华北落叶松-白桦混交林树高-胸径关系混合效应模型,华北落叶松混合模型确定系数(R2)为0.926 4,AIC值为319.7,均方根误差(RMSE)值1.070 8,绝对误差(Bias)为0.084 1;白桦混合模型确定系数(R2)为0.918 7,AIC值为297.6,均方根误差(RMSE)为1.102 2,绝对误差(Bias)为0.070 5,表明模型拟合效果较好。3)利用所构建的混合效应模型,以2 cm为一个径阶对华北落叶松和白桦树高进行预测,其树高预测结果与测量值分布一致,表明包含树种哑变量混合效应模型中的参数充分反映出相同径级树高的变异趋势,提高了混交林树高-胸径模型预估精度。[结论]包含哑变量的混合效应生长模型可解决混交林中样地间及样地内树种对树高-胸径生长关系的影响,提高模型精度及适用性,为该地区提高针阔混交林经营水平及经营效果提供科学支撑。 相似文献
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Richards生长函数在意大利杨树无性系人工林生长预测上的应用 总被引：1，自引：0，他引：1
以Ｒｉｃｈａｒｄｓ生长函数为木模型，根据安徽省贵池市林场的２９块意大利场树无性系临埋标准地和标准木调查材料，拟合出林分生长预测模型，对其生长量和生长率进行估测。并对胸径、树高、单株材积、蓄积量分别用拟合样本，检验样本以及拟合数据与检验数据并组成的样本数据进行了拟合效果检验。 相似文献
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《福建林业科技》2021,(3)
为进一步提高桉树胸径的预测精度,以肇庆地区5875个森林资源二类调查桉树小班为研究对象,利用3个经验生长方程和3个理论生长方程构建桉树的胸径基础模型;采用方差分析方法确定影响桉树胸径生长的立地因子后,在基础模型中引入立地因子构建桉树的胸径哑变量生长模型。结果表明,显著影响肇庆地区桉树胸径生长的立地因子是坡向和坡度;经验方程和理论方程在拟合桉树胸径生长过程中无显著差异,最终选取Schumacher方程作为桉树的胸径生长基础模型;加入坡向和坡度哑变量后,模型的预测精度显著改善,决定系数R~2提高了0.118,相对均方根误差RRMSE降低了1.69%。本研究基于坡向和坡度哑变量构建的桉树胸径生长模型,结构简单,预测精度较高,可为肇庆地区的桉树培育提供参考。 相似文献
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基于异速生长和理论生长方程的广东省木荷生物量动态预测 总被引：1，自引：0，他引：1
【目的】将异速生长方程与理论生长方程相结合,预测广东省木荷生物量动态,为广东省木荷林碳汇计量提供模型和方法,为其他树种碳汇计量提供可借鉴的方法学支持。【方法】基于实测样木生物量调查数据,包括40株树干解析资料,构建由胸径和年龄的理论生长方程以及地上生物量和胸径的异速生长方程组成的模型系,利用非线性度量误差联立方程组,在胸径生长速度分级情况下拟合模型参数;基于3期森林资源连续清查固定样地样木数据,对广东省木荷生物量动态进行预测。采用决定系数( R 2)和均方根误差(RMSE)评价模型拟合效果,通过生物量存量估计误差和增量估计误差判断模型预测效果。【结果】在胸径生长速度分级情况下,理论生长方程中年龄对胸径的解释率达0.95以上,比不分级提高0.166 3,均方根误差下降到1.97 cm,降低2.16 cm以上,预测胸径对地上生物量的解释率提高到近0.82;接近独立异速生物量模型中实测胸径对地上生物量的解释率达0.88以上,比不分级提高近0.30,均方根误差下降到51 kg左右,下降30 kg以上。在胸径生长速度不分级情况下,各期生物量存量估计误差变动幅度在-46.31%~77.45%之间,而分级情况下下降到-16.13%~7.06%;在尺度上,分级与不分级均呈相同规律,即单木误差小于林分误差、林分误差小于区域误差。不分级时,单木水平和区域尺度间的误差不大于10%,而分级时小于8%。不同间隔期生物量增量估计误差,不分级时估计值普遍偏大,在32.57%~115.45%之间,而分级时下降到-6.57%~15.77%之间,在单木尺度上不超过±10%;随着尺度增大,增量估计误差不断增加,不分级时单木水平和区域尺度间的误差介于10%~15%之间,分级时稳定在8%左右。【结论】对于理论生长方程和异速生长方程组成的模型系,分级可极大提高模型精度,减小预测估计误差;生长速度不分级时,仅利用胸径或年龄数据,分级时,则可利用2期胸径数据或1期胸径和年龄数据,就可预测未来生物量动态,简单方便,在森林资源连续清查和碳汇造林的碳汇量计量中具有极大应用价值,区域尺度上的估计误差也可基本满足精度要求。 相似文献
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广东主要乡土阔叶树种单木生长模型构建 总被引：2，自引：0，他引：2
以广东主要乡土阔叶树种樟树(Cinnamomum camphora)、木荷(Schima superba)和枫香(Liquidambar formosana)不同径阶各90株伐倒木为研究对象,以年龄为自变量分起源进行建模,并对其生长规律进行研究。结果表明:(1)在现有立地水平下,广东省樟树、木荷、枫香人工起源的胸径自然生长极值依次为47.8、56.6和50.3 cm,天然起源的胸径自然生长极值依次为44.8、52.6和43.4 cm;人工起源的树高自然生长极值依次为17.0、21.5和20.3 m,天然起源的树高自然生长极值依次为13.3、20.1和18.1 m;人工起源的材积自然生长极值依次为1.437、2.161和3.308 m3,天然起源的材积自然生长极值依次为1.177、1.572和1.366 m3;人工起源的胸径、树高和材积自然生长极值均比天然的要高。(2)拟合出樟树人工林胸径、树高和材积的最优生长模型分别为Schumacher、Gompertz和Schumacher模型,樟树天然林胸径、树高和材积的最优生长模型分别为Gompertz、Richards和Logistic模型;木荷人工林胸径、树高和材积的最优生长模型分别为Schumacher、Richards和Logistic模型;木荷天然林胸径、树高和材积的最优生长模型分别为Gompertz、Schumacher和Logistic模型;枫香人工林胸径、树高和材积的最优生长模型分别为Gompertz、Logistic和Schumacher模型;枫香天然林胸径、树高和材积的最优生长模型均为Logistic模型。(3)模型检验采用樟树、木荷、枫香的胸径、树高和材积最优模型的理论值与实际值进行线性拟合,模型拟合效果都非常显著;胸径的R~2值在0.669 6~0.874 5之间,树高的R~2值在0.580 5~0.873 7之间,材积的R~2值在0.614 8~0.734 7之间。 相似文献
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[目的]研究湖南速生、中生、慢生阔叶树组的生物量碳计量参数,构建相关生长模型,以期为湖南省林业碳汇项目大面积的开发奠定基础。[方法]以湖南省速生、中生、慢生阔叶树组为研究对象,利用收集和调查的生物量、解析木实测数据,选择不同数学模型,通过曲线回归、非线性回归方法拟合模型参数,建立阔叶林碳汇基线情景、项目情景下的碳汇计量方程,并进行模型精度检验。[结果]不论是基线情景,还是项目情景,幂函数模型均是各阔叶树组的单株生物量模型的最优模型;各阔叶树组胸径、树高生长模型形式各异,对于胸径生长模型,两种情景多以S模型拟合效果最好,对于树高生长模型,两种情景多以Logistic模型拟合效果最好。[结论]所建两种情景各阔叶树组的生长模型预测精度均达到了90%以上,均通过了F检验,适用于估算各阔叶树组不同情景下的碳汇量。 相似文献
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[目的]通过构建杉木生长样本库,研究一种考虑林分空间结构与生长之间交互过程的生长模拟方法,同时结合三维可视化技术,实现林分生长动态可视化模拟。[方法]以2012—2017年湖南省黄丰桥国有林场6块杉木样地的连续调查数据为数据源,考虑相邻木树冠侧方挤压及上方光照遮盖对中心木生长的影响,研建基于空间结构单元的水平、垂直空间结构参数,在此基础上,选取特征指标构建样本库,以马氏距离作为待模拟林木与样本库的匹配准则,对林木与样本库进行迭代匹配,实现考虑空间结构与生长交互过程的林分生长模拟。同时基于三维模型剖分及动态组织方法,采用节点动画技术对林分生长动态进行可视化表达。[结果]经相关性对比分析,选取年龄、胸径、水平、垂直空间结构参数及胸径连年生长率作为特征指标构建样本库预测胸径生长(包含杉木8 934株,其中死亡97株),采用线性建模预测树高、冠幅、活枝下高生长。通过对样地观测值与生长预测值进行配对样本T检验及线性回归,结果表明:胸径、树高、冠幅、活枝下高的生长预测效果良好,具体顺序为胸径树高冠幅活枝下高,线性回归决定系数R~2分别为0.925、0.556、0.482、0.459。[结论]基于样本库的林分生长动态可视化模拟方法能实现胸径、树高、冠幅、活枝下高4个指标的生长可视化,效果形象直观,能满足林业科研和生产实践要求。 相似文献