森林面积资源计算机仿真应* 文国家然科学基金资助项目
张冰峰** 张冰峰 硕士研究生 研究方 森林资源系统理仿真技术
（北京林业学信息学院100083）
摘 文述森林面积资源计算机仿真理方法应森林面积资源仿真进行森林面积资源现代化理理重系统方法具广泛应
关键词 森林面积资源 计算机仿真 应
1 引言
仿真技术已成研究种复杂系统重工具生态环境林业应已成研究热点森林面积资源计算机仿真描述森林面积资源数学模型计算机进行种模拟试验分析便描述森林面积资源动态变化规律运动轨迹目前国外林业进行森林森林资源计算机仿真数学模型统计模型验模型常微分方程模型根森林资源动态变化规律生灭程推导出数理方程精确森林资源系统进行描述文模型根森林面积资源动态变化规律生灭程推导出数理方程偏微分方程森林面积资源动态变化规律生灭程做出精确表达建立科学森林面积资源仿真理理实际应中重意义
2 森林面积资源仿真数学模型
21仿真连续型数学模型
描述森林面积资源方程般：
211 龄纯林林龄面积分布结构变化方程[1]：
P(t)： 表示龄纯林面积林龄分布密度函数
μ(t)： 表示龄纯林相采消率函数
表示单位时间林龄变化率林龄时间换算量
P(0)： 表示方程初始条件
φ(t) ： 表示 t 时刻单位时间造林更新郁闭成林面积
β(t) 表示t时刻单位时间造林更新率
γ(t) 表示t时刻单位时间郁闭成林率
： 干扰项
212 面积树种混交系数·均年龄分布结构变化方程[2]：
A： 表示林分树种组成系数例
： 表示均年龄
：表示t时刻树种混交隶属度均年龄数分布密度函数
连续型模型理分析中较方便适合实际计算统计分析现实中采集数相结合实现森林面积资源数学模型计算机仿真须模型离散化
22 离散型模型
便讨面龄纯林林龄面积分布结构变化方程例出该模型离散化量形式表示代数方程矩阵形式表示矩阵方程
（1）式离散化量代数方程形式[1]：
（3）
S(k+1) 表示k+1 分期龄纯林面积量
H(k) 表示面积林龄转移矩阵
S(k) 表示k分期龄纯林面积量
M(k) 表示消耗率矩阵
G(k) 表示龄纯林突然面积火灾滥砍乱伐等干扰素森林减少面积量S(0) 表示初始条件量
（1）式离散化矩阵方程[1]：
+
γ(k)β(k) （4）
M(k) ： 消耗率矩阵
H(k) ： 林龄面积转移矩阵
Si(k+1) ： k+1 分期第i龄级面积
Si(k) ： k分期第i龄级面积
β(k) ： k分期造林更新率
γ(k) ： k分期郁闭成林率
： k分期第i龄级龄纯林突然干扰素森林减少面积
离散化述矩阵方程视龄纯林面积资源仿真仿真模型便根分布参数仿真语言编制仿真软件计算机实现仿真计算
3 森林面积资源仿真计算设计
3．1仿真辅助计算设计
计算机实现森林面积资源仿真计算需许参数数参数数必须预先许图面资料调查数统计资料提取统计分析外推准确参数数进行准确计算机仿真获取参数数进行计算设计称仿真辅助计算设计般：
311参数提取
参数包括H(k)M(k) γ(k)β(k)等提取出参数通林业连续清查（类调查）二类调查(理调查)档案材料林场行设计记录档案通遥感图象卫片航片判读材料获取
312参数外推
利述模型进行森林面积资源预测必须进行参数外推预测时首先必须参数函数动态特性未变化趋势出合理假定较准确估计符合未实际发展情况参数外推通常做法统计资料调查资料进行统计分析研究采行外推曲线拟合参数辩识时序模型等方法出函数方程进行参数外推
313指标参数计算设计
计算机仿真时需森林面积资源进行评估需预先知道评估时许指标参数确定种指标参数计算公式方法仿真时容易计算出种指标参数森林面积资源进行适时客观评价
例：计算某林业局某树种总面积：
已知某树种林龄面积数分布结构利面公式计算出结构总面积：
结构总面积：S(k) Si(k)表示k分期林龄i面积数
计算某林业局某树种面积占林业局总面积率
S(k)k时某树种分布结构总面积
S总(k)k时某林业局总面积
样利式计算出某树种林业局森林覆率
样建立许指标参数计算公式方法结构龄级龄组面积林龄分布率特征数等种营指标参数成熟林系数育林系数采系数抚育系数择伐指数等指标参数直接出计算公式方法指标参数森林面积资源理提供种定量评价指标
32 仿真计算设计
通仿真计算设计确定仿真目标达目计算机仿真具模拟试验协调控制优化决策等功作森林面积资源计算机仿真计算容：
321 模拟森林面积资源动态变化生灭程仿真计算
造林更新率β(k)反映森林资源生消耗率矩阵M(k)反映森林资源死方程（3）（4）式难出已知k分期森林面积资源S(k)提取预估出参数β(k)M(k)γ(k)值代入方程仿真计算出k+1分期森林面积资源S(k+1)述参数时间出状态值模拟意时间森林面积资源该仿真模型模拟意时间森林面积资源动态变化生灭程利种计算进行森林面积资源监测预测森林面积资源现现状分析等森林面积资源仿真计算森林面积资源科学理系统理信息理动态理提供理技术方法
322 种营措施方案优化仿真计算
已知k分期k+1分期森林面积资源S(k)S(k+1)仿真计算出k分期造林更新率β(k) 郁闭成林率γ(k) 消耗率M(k)参数代表营措施参数β(k)M(k)反映造林更新措施采伐方式措施样反映森林面积资源营方案例改变林龄采伐面积引起参数M(k)改变参数改变必然引起森林面积资源状态改变种参数取值进行模拟试验优化实现森林面积资源种营措施方案优化仿真计算
323 结构调整优控制仿真计算
方程（3）（4）式出已知kk+1时状态值S(k)S(k+1)k时状态值起始值k+1时状态值求达值理想状态值目前状态值稳渡理想状态值通调控参数μ(死)β（生）γ（保存率）值实现森林面积资源控制计算实际生产中龄纯林面积资源变化控制通采伐（μ）造林更新（βγ） 调整实现样进行森林面积资源结构调整计算机仿真计算森林面积资源持续发展定量描述模拟试验控制优化决策计算机仿真计算森林面积资源生态环境类社会关系协调试验模拟控制优化决策计算机仿真计算森林面积资源计算机仿真控制计算代传统森林资源营方案编制
4 森林面积资源计算机仿真森林资源系统理中应
通森林面积资源计算机仿真模拟森林面积资源意时间动态变化规律生灭程短时间里意时间里观察森林面积资源动态变化生灭程全程估计某参数造林更新率采伐率枯死率等森林资源变化影响定量解科学分析森林面积资源动态变化规律生灭程特点森林环境产生影响等提供科学效技术方法森林面积资源战略发展林业方针政策种营措施林业规划方案等等制定决策等提供量参数决策
通森林面积资源计算机仿真种营措施规划设计决策等方案策略进行种实验较优化决策找出佳方案措施优策略协调调整森林面积资源部结构组成素素素整体（系统）关系维持森林面积资源系统动态衡稳定促系统走组织化序化协调调控森林面积资源环境森林面积资源（社会）关系森林生态系统处协调稳定衡发展状态
通森林面积资源计算机仿真森林面积资源种调控提供方法森林面积资源系统影响素较组成素较复杂巨控制系统难物理模型进行仿真果描述森林面积资源系统动态变化生灭程数学模型进行计算机数字仿真森林面积资源系统复合控制优控制适应控制程控制等等新调控方法成森林面积资源预测监测动态分析结构调整指标参数体系等系统分析提供迅速准确方法时森林面积资源现代化理提供理技术方法
森林面积资源计算机仿真森林施业案（森林营方案）编制产生重变革目前编制施业案时模拟森林资源动态变化时时处处掌握森林资源变化速度方难达调控目营方案法实施成空方案计算机仿真森林资源动态变化生灭程种营措施产生影响森林资源环境关系等等进行种种试验模拟优化等森林资源结构做时时处处进行调控便真正完全达结构调整目实施计划方案等更科学更准确森林资源计算机仿真完全代目前编制施业案方法
5 结
前面述难出描述森林面积资源数理方程数理模型变仿真模型便实现森林面积资源计算机仿真森林面积资源动态变化生灭程进行种模拟试验分析计算森林面积资源计算机仿真森林资源仿真重组成部分森林资源现代化理提供理重系统方法森林受许素影响复杂系统整森林资源理系统实现计算机仿真较工程复杂生态系统计算机仿真进步研究
参考文献
1 郑治刚 龄纯林林龄分布结构变化方程 系统工程理实践 1996 16 (4)
2 郑治刚 混交异龄林面积树种混交系数均年龄分布结构变化方程 系统工程理实践 199512
3 肖田元等 系统仿真导 清华学出版社 2000年第1版
The computer simulation for forest area resources and its’ application
Zhang Bingfeng
(College of Information Beijing Forest University)
Abstract This paper deals with the theory and methods of the computer simulation for forest area resources and the application of it The computer simulation for forest area resources and its’ application contribute a solid equation theoretical foundation and important system method to modern management of forest area resources It has broad application
Keywords forest area resources computer simulation application
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张冰峰** 张冰峰 硕士研究生 研究方 森林资源系统理仿真技术
（北京林业学信息学院100083）
摘 文述森林面积资源计算机仿真理方法应森林面积资源仿真进行森林面积资源现代化理理重系统方法具广泛应
关键词 森林面积资源 计算机仿真 应
1 引言
仿真技术已成研究种复杂系统重工具生态环境林业应已成研究热点森林面积资源计算机仿真描述森林面积资源数学模型计算机进行种模拟试验分析便描述森林面积资源动态变化规律运动轨迹目前国外林业进行森林森林资源计算机仿真数学模型统计模型验模型常微分方程模型根森林资源动态变化规律生灭程推导出数理方程精确森林资源系统进行描述文模型根森林面积资源动态变化规律生灭程推导出数理方程偏微分方程森林面积资源动态变化规律生灭程做出精确表达建立科学森林面积资源仿真理理实际应中重意义
2 森林面积资源仿真数学模型
21仿真连续型数学模型
描述森林面积资源方程般：
211 龄纯林林龄面积分布结构变化方程[1]：
P(t)： 表示龄纯林面积林龄分布密度函数
μ(t)： 表示龄纯林相采消率函数
表示单位时间林龄变化率林龄时间换算量
P(0)： 表示方程初始条件
φ(t) ： 表示 t 时刻单位时间造林更新郁闭成林面积
β(t) 表示t时刻单位时间造林更新率
γ(t) 表示t时刻单位时间郁闭成林率
： 干扰项
212 面积树种混交系数·均年龄分布结构变化方程[2]：
A： 表示林分树种组成系数例
： 表示均年龄
：表示t时刻树种混交隶属度均年龄数分布密度函数
连续型模型理分析中较方便适合实际计算统计分析现实中采集数相结合实现森林面积资源数学模型计算机仿真须模型离散化
22 离散型模型
便讨面龄纯林林龄面积分布结构变化方程例出该模型离散化量形式表示代数方程矩阵形式表示矩阵方程
（1）式离散化量代数方程形式[1]：
（3）
S(k+1) 表示k+1 分期龄纯林面积量
H(k) 表示面积林龄转移矩阵
S(k) 表示k分期龄纯林面积量
M(k) 表示消耗率矩阵
G(k) 表示龄纯林突然面积火灾滥砍乱伐等干扰素森林减少面积量S(0) 表示初始条件量
（1）式离散化矩阵方程[1]：
+
γ(k)β(k) （4）
M(k) ： 消耗率矩阵
H(k) ： 林龄面积转移矩阵
Si(k+1) ： k+1 分期第i龄级面积
Si(k) ： k分期第i龄级面积
β(k) ： k分期造林更新率
γ(k) ： k分期郁闭成林率
： k分期第i龄级龄纯林突然干扰素森林减少面积
离散化述矩阵方程视龄纯林面积资源仿真仿真模型便根分布参数仿真语言编制仿真软件计算机实现仿真计算
3 森林面积资源仿真计算设计
3．1仿真辅助计算设计
计算机实现森林面积资源仿真计算需许参数数参数数必须预先许图面资料调查数统计资料提取统计分析外推准确参数数进行准确计算机仿真获取参数数进行计算设计称仿真辅助计算设计般：
311参数提取
参数包括H(k)M(k) γ(k)β(k)等提取出参数通林业连续清查（类调查）二类调查(理调查)档案材料林场行设计记录档案通遥感图象卫片航片判读材料获取
312参数外推
利述模型进行森林面积资源预测必须进行参数外推预测时首先必须参数函数动态特性未变化趋势出合理假定较准确估计符合未实际发展情况参数外推通常做法统计资料调查资料进行统计分析研究采行外推曲线拟合参数辩识时序模型等方法出函数方程进行参数外推
313指标参数计算设计
计算机仿真时需森林面积资源进行评估需预先知道评估时许指标参数确定种指标参数计算公式方法仿真时容易计算出种指标参数森林面积资源进行适时客观评价
例：计算某林业局某树种总面积：
已知某树种林龄面积数分布结构利面公式计算出结构总面积：
结构总面积：S(k) Si(k)表示k分期林龄i面积数
计算某林业局某树种面积占林业局总面积率
S(k)k时某树种分布结构总面积
S总(k)k时某林业局总面积
样利式计算出某树种林业局森林覆率
样建立许指标参数计算公式方法结构龄级龄组面积林龄分布率特征数等种营指标参数成熟林系数育林系数采系数抚育系数择伐指数等指标参数直接出计算公式方法指标参数森林面积资源理提供种定量评价指标
32 仿真计算设计
通仿真计算设计确定仿真目标达目计算机仿真具模拟试验协调控制优化决策等功作森林面积资源计算机仿真计算容：
321 模拟森林面积资源动态变化生灭程仿真计算
造林更新率β(k)反映森林资源生消耗率矩阵M(k)反映森林资源死方程（3）（4）式难出已知k分期森林面积资源S(k)提取预估出参数β(k)M(k)γ(k)值代入方程仿真计算出k+1分期森林面积资源S(k+1)述参数时间出状态值模拟意时间森林面积资源该仿真模型模拟意时间森林面积资源动态变化生灭程利种计算进行森林面积资源监测预测森林面积资源现现状分析等森林面积资源仿真计算森林面积资源科学理系统理信息理动态理提供理技术方法
322 种营措施方案优化仿真计算
已知k分期k+1分期森林面积资源S(k)S(k+1)仿真计算出k分期造林更新率β(k) 郁闭成林率γ(k) 消耗率M(k)参数代表营措施参数β(k)M(k)反映造林更新措施采伐方式措施样反映森林面积资源营方案例改变林龄采伐面积引起参数M(k)改变参数改变必然引起森林面积资源状态改变种参数取值进行模拟试验优化实现森林面积资源种营措施方案优化仿真计算
323 结构调整优控制仿真计算
方程（3）（4）式出已知kk+1时状态值S(k)S(k+1)k时状态值起始值k+1时状态值求达值理想状态值目前状态值稳渡理想状态值通调控参数μ(死)β（生）γ（保存率）值实现森林面积资源控制计算实际生产中龄纯林面积资源变化控制通采伐（μ）造林更新（βγ） 调整实现样进行森林面积资源结构调整计算机仿真计算森林面积资源持续发展定量描述模拟试验控制优化决策计算机仿真计算森林面积资源生态环境类社会关系协调试验模拟控制优化决策计算机仿真计算森林面积资源计算机仿真控制计算代传统森林资源营方案编制
4 森林面积资源计算机仿真森林资源系统理中应
通森林面积资源计算机仿真模拟森林面积资源意时间动态变化规律生灭程短时间里意时间里观察森林面积资源动态变化生灭程全程估计某参数造林更新率采伐率枯死率等森林资源变化影响定量解科学分析森林面积资源动态变化规律生灭程特点森林环境产生影响等提供科学效技术方法森林面积资源战略发展林业方针政策种营措施林业规划方案等等制定决策等提供量参数决策
通森林面积资源计算机仿真种营措施规划设计决策等方案策略进行种实验较优化决策找出佳方案措施优策略协调调整森林面积资源部结构组成素素素整体（系统）关系维持森林面积资源系统动态衡稳定促系统走组织化序化协调调控森林面积资源环境森林面积资源（社会）关系森林生态系统处协调稳定衡发展状态
通森林面积资源计算机仿真森林面积资源种调控提供方法森林面积资源系统影响素较组成素较复杂巨控制系统难物理模型进行仿真果描述森林面积资源系统动态变化生灭程数学模型进行计算机数字仿真森林面积资源系统复合控制优控制适应控制程控制等等新调控方法成森林面积资源预测监测动态分析结构调整指标参数体系等系统分析提供迅速准确方法时森林面积资源现代化理提供理技术方法
森林面积资源计算机仿真森林施业案（森林营方案）编制产生重变革目前编制施业案时模拟森林资源动态变化时时处处掌握森林资源变化速度方难达调控目营方案法实施成空方案计算机仿真森林资源动态变化生灭程种营措施产生影响森林资源环境关系等等进行种种试验模拟优化等森林资源结构做时时处处进行调控便真正完全达结构调整目实施计划方案等更科学更准确森林资源计算机仿真完全代目前编制施业案方法
5 结
前面述难出描述森林面积资源数理方程数理模型变仿真模型便实现森林面积资源计算机仿真森林面积资源动态变化生灭程进行种模拟试验分析计算森林面积资源计算机仿真森林资源仿真重组成部分森林资源现代化理提供理重系统方法森林受许素影响复杂系统整森林资源理系统实现计算机仿真较工程复杂生态系统计算机仿真进步研究
参考文献
1 郑治刚 龄纯林林龄分布结构变化方程 系统工程理实践 1996 16 (4)
2 郑治刚 混交异龄林面积树种混交系数均年龄分布结构变化方程 系统工程理实践 199512
3 肖田元等 系统仿真导 清华学出版社 2000年第1版
The computer simulation for forest area resources and its’ application
Zhang Bingfeng
(College of Information Beijing Forest University)
Abstract This paper deals with the theory and methods of the computer simulation for forest area resources and the application of it The computer simulation for forest area resources and its’ application contribute a solid equation theoretical foundation and important system method to modern management of forest area resources It has broad application
Keywords forest area resources computer simulation application
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