森林面积资源的计算机仿真及其应用.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：森林面积资源的计算机仿真及其应用张冰峰**张冰峰硕士研究生主要研究方向:森林资源系统管理的仿真技术（北京林业大学信息学院100083）摘要本文论述了森林面积资源的计算机仿真理论、方法及其应用。森林面积资源仿真是进行森林面积资源现代化管理的理论依据和重要的系统方法之一具有广泛的应用。关键词森林面积资源计算机仿真应用1引言仿真技术已成为研究各种复杂系统的重要工具在生态环境和林业上的应用已成为研究的热点之一。森林面积资源的计算机仿真就是对描述森林面积资源的数学模型在计算机上进行各种模拟、试验和分析以便描述森林面积资源的动态变化规律和运动轨迹。目前国内外林业上进行的森林和森林资源的计算机仿真所使用的数学模型不是统计模型就是经验模型并且多为常微分方程这些模型都不是根据森林资源的动态变化规律和生灭过程而推导出来的数理方程因而它们不能精确的对森林资源系统进行描述。本文所使用的模型是根据森林面积资源的动态变化规律和生灭过程而推导出来的数理方程是偏微分方程它能对森林面积资源的动态变化规律和生灭过程做出精确的表达能建立科学的森林面积资源的仿真理论。它无论是在理论上还是在实际应用中都有重要的意义。2森林面积资源仿真的数学模型2.1仿真的连续型数学模型描述森林面积资源的方程一般有：2.1.1同龄纯林的林龄面积分布结构变化方程[1]：P(t)：表示同龄纯林面积的林龄分布密度函数μ(t)：表示同龄纯林的相对采消率函数:表示单位时间内林龄的变化率即林龄与时间的换算量P(0)：表示方程的初始条件φ(t)：表示t时刻单位时间内造林更新并郁闭成林的面积β(t):表示t时刻单位时间内的造林更新率γ(t):表示t时刻单位时间内的郁闭成林率：为干扰项2.1.2面积按树种混交系数·平均年龄分布结构变化方程[2]：A：表示林分的树种组成系数或比例：表示平均年龄：表示t时刻树种混交的隶属度为平均年龄数为的分布密度函数连续型模型在理论分析中是比较方便的但不适合实际计算和统计分析。为了与现实中采集的数据相结合和实现森林面积资源数学模型的计算机仿真须对模型离散化。2.2离散型模型为了便于讨论下面以同龄纯林的林龄面积分布结构变化方程为例给出该模型离散化后以向量形式表示的代数方程和以矩阵形式表示的矩阵方程。（1）式离散化后的向量代数方程形式为[1]：（3）S(k+1):表示k+1分期同龄纯林面积向量H(k):表示面积的林龄转移矩阵S(k):表示k分期同龄纯林面积向量M(k):表示消耗率矩阵G(k):表示同龄纯林因突然大面积的火灾、滥砍乱伐等干扰因素使森林减少的面积向量S(0):表示初始条件向量（1）式离散化后的矩阵方程为[1]：=.+γ(k)β(k)-（4）M(k)：为消耗率矩阵H(k)：为林龄面积转移矩阵Si(k+1)：为k+1分期第i龄级的面积Si(k)：为k分期第i龄级的面积β(k)：为k分期的造林更新率γ(k)：为k分期的郁闭成林率：为k分期第i龄级的同龄纯林因突然的干扰因素使森林减少的面积离散化后上述矩阵方程可视为是同龄纯林面积资源仿真的仿真模型便可根据分布参数的仿真语言编制仿真软件从而在计算机上实现仿真计算。3森林面积资源仿真的计算设计3．1仿真的辅助计算设计要在计算机上实现森林面积资源的仿真计算需要许多参数和数据而这些参数和数据必须预先从许多图面资料、调查数据、统计资料经过提取、统计、分析或外推而得到。有了这些准确的参数和数据才能进行准确的计算机仿真。而为了获取这些参数和数据所进行的计算设计称为仿真的辅助计算设计一般有：3.1.1参数的提取这些参数包括H(k)、M(k)、γ(k)、β(k)等要提取出这些参数可以通过林业上的连续清查（一类调查）、二类调查(经理调查)、档案材料以及林场自行设计的记录档案也可通过遥感图象的卫片、航片的判读材料获取。3.1.2参数的外推要利用上述模型进行森林面积资源的预测必须进行参数的外推。因为在预测时我们首先必须对这些参数函数的动态特性未来的变化趋势给出合理的假定和较准确的估计使之符合未来实际发展情况。参数的外推通常的做法是对过去的统计资料或调查资料进行统计分析研究采用平行外推、曲线拟合、参数辩识、时序模型等方法得出它的函数方程就可进行参数