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基于TLS的长白落叶松人工林根径-材积相关关系模型
1
作者
刘陈妤
贾炜玮
+2 位作者
王帆
郭昊天
李丹丹
《中南林业科技大学学报》
北大核心
2025年第9期82-93,共12页
【目的】探究地基激光雷达(Terrestrial laser scanning,TLS)对长白落叶松各相对高度处直径的提取精度,分析黑龙江省南部不同林分条件下长白落叶松的根径、材积之间的关系,验证不同建模方法在材积预测中的效果,为当林木仅剩伐根时预测...
【目的】探究地基激光雷达(Terrestrial laser scanning,TLS)对长白落叶松各相对高度处直径的提取精度,分析黑龙江省南部不同林分条件下长白落叶松的根径、材积之间的关系,验证不同建模方法在材积预测中的效果,为当林木仅剩伐根时预测单木材积提供科学依据。【方法】以黑龙江省孟家岗林场的8块长白落叶松Larix olgensis人工林样地为研究对象,利用地基激光雷达提取的根径(dst)与胸径(DBH)数据代入一元立木材积公式,计算单木材积(V)。在此基础上,采用非线性最小二乘法构建根径-材积基础回归模型;进一步引入林分密度(株数密度N)和林木年龄(AGE)作为协变量,构建广义线性模型(GLM);随后以样地为随机效应因子,构建线性混合效应模型(LME)。通过比较各模型的拟合精度与预测性能,并优选最优模型,最后采用分径阶检验法对模型的稳定性与适用性进行验证。【结果】TLS在根径处的提取精度为93.42%,对比胸径的提取精度(P=98.98%)下降了5.56%,40株解析木材积(V解)与一元材积式求算材积的相关性较高(R^(2)=0.9887),相对误差(RE)的平均值为9.19%;基础模型中,Berkhart模型的均方根误差最小(RMSE为0.1949),拟合效果最好(R^(2)=0.8452、R^(2)_(a)=0.8448);相关性分析中,林木材积与根径、林木年龄呈显著正相关,与株数密度呈显著负相关,林木年龄对林木材积的影响略大于株数密度;广义模型的R^(2)_(a)相比基础模型提高了7.98%,RMSE从0.1955下降到0.1949;混合效应模型中,随机效应在b1和b2位置表现最优,相比广义模型Ra 2提高了1.66%,RMSE从0.1955下降到0.1942;分径阶检验中,当11 cm≤dst<43 cm时,Berkhart模型、广义模型和混合效应模型的平均绝对误差(MAE)随着根径的增大而增大,且MAE的增长速率由大到小依次为基础模型>广义模型>混合效应模型。【结论】TLS提取的根径及胸径可作为建模数据,解析木材积与单木材积的RE均值在合格范围内(±10%),单木材积可作为建模数据;基础模型的拟合优度由大到小依次为Berkhart模型>Krenn模型>Meyer模型>Gehrardt模型;广义模型由于株数密度和树木年龄的加入显著提高了模型预测精度;混合效应模型评价指标R^(2)_(a)和RMSE的表现均优于广义模型。
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关键词
长白落叶松
根径-材积模型
地基激光雷达
混合效应
模型
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职称材料
题名
基于TLS的长白落叶松人工林根径-材积相关关系模型
1
作者
刘陈妤
贾炜玮
王帆
郭昊天
李丹丹
机构
东北林业大学林学院
出处
《中南林业科技大学学报》
北大核心
2025年第9期82-93,共12页
基金
国家重点研发计划项目(2023YFD2200802)。
文摘
【目的】探究地基激光雷达(Terrestrial laser scanning,TLS)对长白落叶松各相对高度处直径的提取精度,分析黑龙江省南部不同林分条件下长白落叶松的根径、材积之间的关系,验证不同建模方法在材积预测中的效果,为当林木仅剩伐根时预测单木材积提供科学依据。【方法】以黑龙江省孟家岗林场的8块长白落叶松Larix olgensis人工林样地为研究对象,利用地基激光雷达提取的根径(dst)与胸径(DBH)数据代入一元立木材积公式,计算单木材积(V)。在此基础上,采用非线性最小二乘法构建根径-材积基础回归模型;进一步引入林分密度(株数密度N)和林木年龄(AGE)作为协变量,构建广义线性模型(GLM);随后以样地为随机效应因子,构建线性混合效应模型(LME)。通过比较各模型的拟合精度与预测性能,并优选最优模型,最后采用分径阶检验法对模型的稳定性与适用性进行验证。【结果】TLS在根径处的提取精度为93.42%,对比胸径的提取精度(P=98.98%)下降了5.56%,40株解析木材积(V解)与一元材积式求算材积的相关性较高(R^(2)=0.9887),相对误差(RE)的平均值为9.19%;基础模型中,Berkhart模型的均方根误差最小(RMSE为0.1949),拟合效果最好(R^(2)=0.8452、R^(2)_(a)=0.8448);相关性分析中,林木材积与根径、林木年龄呈显著正相关,与株数密度呈显著负相关,林木年龄对林木材积的影响略大于株数密度;广义模型的R^(2)_(a)相比基础模型提高了7.98%,RMSE从0.1955下降到0.1949;混合效应模型中,随机效应在b1和b2位置表现最优,相比广义模型Ra 2提高了1.66%,RMSE从0.1955下降到0.1942;分径阶检验中,当11 cm≤dst<43 cm时,Berkhart模型、广义模型和混合效应模型的平均绝对误差(MAE)随着根径的增大而增大,且MAE的增长速率由大到小依次为基础模型>广义模型>混合效应模型。【结论】TLS提取的根径及胸径可作为建模数据,解析木材积与单木材积的RE均值在合格范围内(±10%),单木材积可作为建模数据;基础模型的拟合优度由大到小依次为Berkhart模型>Krenn模型>Meyer模型>Gehrardt模型;广义模型由于株数密度和树木年龄的加入显著提高了模型预测精度;混合效应模型评价指标R^(2)_(a)和RMSE的表现均优于广义模型。
关键词
长白落叶松
根径-材积模型
地基激光雷达
混合效应
模型
Keywords
Larix olgensis
stump diameter
-
volume model
terrestrial laser scanning
mixed effects model
分类号
S719.22 [农业科学—林学]
S758.1 [农业科学—森林经理学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于TLS的长白落叶松人工林根径-材积相关关系模型
刘陈妤
贾炜玮
王帆
郭昊天
李丹丹
《中南林业科技大学学报》
北大核心
2025
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