数学建模在收获估计上的运用

研究生课程作业课程名称：森林经理学研究进展作业名称：数学建模在收获估计上的运用学号：学生：浅谈数学建模在收获估计上的运用引言：森林系统是人类赖以生存的重要资源，与人类生活密切相关。以木材生产为主的森林资源在经营时进行收获预估与调整是一个极度重要的过程。在这个过程中，对资源动态预测，即运用相关数学模型进行分析与预测能有效调整和提高森林经营的木材价值。对数学模型在收获预估上的运用进行概述，为未来林业工作者提供参考，是本文主要目的。1、数学建模于森林收获估计研究概述森林资源动态预测涉及到森林的生长和收获预估,常用的有抽样调查为主的直接调查法和以林分生长和收获预估模型的间接预估法两种[1]。Munr(1974)认为,一个生长和收获预估模型,应能预估未来某一时刻的森林的生长和收获量,以及评价各经营措施(如间伐、施肥等)的效果[2]。Avery和Burkhart（1983)认为林分生长和收获预估模型,是根据各种立地、不同发育阶段的森林实况,经一定数学方法处理后,间接预估森林生长、枯损及其它一些内容的图、表、公式和计算机程序等[3]。1987年在世界林分生长模型和模拟会议上提出了林分生长模型模拟的定义：林分生长与收获模型是指一个或一组数学函数,它描述林木生长与林分状态和立地条件的关系；模拟是使用生长模型去估计林分在各种特定条件下的发展与收获[4]。在具体应用方面：Hamilton(1974)将其分为二类：强调林分总体指标预估的全林分模型和强调林木间的生长竞争机制为基础的单木生长模型。EK(1981)将其分为六类：林分收获表、差分—微分模型、分布模型、随机过程模型、单木与距离有关和无关模型。而AtPOmeHkO(1982)将其分为三类：单木模型、随机过程模型和全林分模型。Avery和Burkhart(1983)却分为三类：单木模型、径级分布模型和全林分模型。同年、Hyink(1983)认为,全林分模型和径级分布模型两类在一定程度上是一致的,因而分为林分模型和单木模型[5]。尽管在理论上模型的建立不断完善，然而在实际运用中却要考虑到模型运用的几个前提：1、将固定样地或临时样地模型的数据由空间序列排列成合理的时间序列；2、确定所调查的对象属于同一发育体系；3、确定与林分生长和收获相关因子4、对森林系统立地进行评价，确定其生产潜力；5、根据立地条件确定人工林与天然林密度；6、明确收获量与生长量的关系[6]。在模型的运用上在美国通过对火炬松永久标地的连续量测所得的数据,研究提出一项预测生长同时又预测收获的模型[7]。在德国有一种EBSA模型,就是一种在连续估测的基础上进行收获预估的方法,也就是按材积或面积计算主伐量,以保证均匀过渡到整齐的年龄结构的一种算法程[8]。日本也进行了收获预估的模型研究,并提出大部分古典的收获调节方法都能用线性模型去模拟,甚至包括了象检查法[9]。在模型的确定上主要有以下几种模型可供选择：1、全林分模型研究；2、径阶分布模型研究；3、单木模型研究；4、各类整体化模型研究[10]。这些模型分析了国外在收获预估上运用相关数学模型的情况，在我国数学模型在收获预估上发展主要有以下几个方面：1985年，张少昂最早系统、全面的对数模在林业发展运用上做了综述；1988年，李希菲研究了可变密度的林分生长模型；1989年，郝文康等提出了综合发展的林分生长与收获预估模型；1994年，惠刚盈系统的研究了模型动态的相容性收获和模型的结构；2004年，李际平等研究了林分生长组合在最小偏差下的预测模型；2005年，田晓筠等建立了林分树高和直径生长的代数曲线模型；2007年，郎璞玫研究分析了固定样地为基础建立的林分生长线性的方程组模型[11]。以上从多方面总结了国内外数学建模于森林收获估计上的运用。从整个研究进展上，我们了解到数学模型的建立与运用和计算机的结合更加紧密，未来收获预估模型的发展需要和计算机技术更加稳定的结合。2、数学建模在收获估计上的运用2.1提高模型预测精度,结合生产实际由于各数学模型大多比较复杂,并常基于某种假设而建立,各种参数迭代法求解十分繁琐,这在很大程度上限制了模型的精度和在实际生产中的应用,提高各种模型的精度和在实际生产中的可操作性将成为今后研究的重要方向[12]。随着各种数学方法和抽样调查技术的发展,未来的模型将会尽可能少地基于假设,而更多地应用具广泛的可靠性的实验资料,所建立的生长模型将不断地精细化,能提供更加丰富和详细的林木动态信息。参数估计方法也将进一步得到改进,从而使得模型拟合精度更高。另外,随着计算机技术的不断发展,林木生长模型必将从经典生长过程表形式向计算机智能化软件方向发展,使经营管理人员能利用计算机系统轻松地得到具有较好模拟效果的模型,从而提高各类模型在实际生产中的可操作性。2.2由人工纯林过渡到混交林由于混交林组成树种的不同生态学特性,混交林的结构和生长动态比纯林更为复杂,对混交林生长的模拟存在许多的难点,如多树种问题、林分年龄问题、立地指数和竞争效应的表达等问题,这使得在20世纪90年代以前,林木生长收获模型的研究多以人工纯林为主,而对天然混交林的研究较少[13]。随着混交林面积的增加,混交林的经营面临着挑战,迫切需要研究合适的模型用于混交林的生长预测和经营。从20世纪90年代开始,对于林分生长规律及其模型的研究逐渐增加了混交林研究的份量,但到目前为止,对混交林生长收获模型的研究仍不够深入和成熟。随着各种科技手段的发展,有关混交林生长收获模型的研究将会逐渐增多,成为生长收获模型模拟研究的一个关键领域和发展方向。2.3结合社会经济、生态环境等因子建模传统的林木生长与收获模型经过国内外多年的研究已经日趋完善,但目前的大多数林分动态模拟模型主要是以森林生长与收获为建模的核心思想,很少能反映森林变化对生态环境及社会经济的影响，尤其是对生态系统结构和功能变化的影响以及对当地社会经济发展的影响.所以,在今后的森林动态模型建设中将会综合考虑上述被忽略的重要因素,尤其要反映出森林动态变化对当地社会、经济发展的影响以及生态系统本身结构和功能的健康性变化,以便在森林可持续经营中起到良好的作用。3、发展趋势与展望3.1建立公共实验区和数据库由于我国森林面积少、分布不均的特点和国家开始实施天然林保护工程,在进行林木生长模型的研究时,应设置占地少、多学科协同开展研究的公共实验区,进行林木生长及其森林环境因子的长期和固定观测。同时,对以往的实验和样地数据加以整理和分析。然后,利用先进的管理软件,建立共享的数据库,为构建各类生长模型提供科学可靠的数据。3.2完善测定项目针对过去因数据项目不全和连续性差而影响林木生长模型研究深度的状况,除采取有效保护措施和进行资金投入以支持实验地和固定样地的建设外,在测定项目上要更加全面。对涉及国家和省级等大范围森林资源调查的项目设定,可征求包括管理部门、大学、研究院所、调查和生产单位等多方面的意见。如全国森林资源清查的样地调查中应增加优势木树高、林木位置和树冠因子等信息。3.3提高建模水平我国在林木生长模型方面的研究成果主要集中在人工林的林分级模型上,对于单木模型、经营模型、混交林模型和机理性模型研究的较少。应认识到我国在这些方面与国外存在的差距,组织测树学、生态学、生理学、生物数学、土壤学等多学科研究人员尽快开展上述4类模型的研究,为完善林木生长理论和提高我国林业生产单位的森林经营水平打下基础。4、总结通过对数学模型在收获预估相关领域的研究与发展趋势的分析，我们在未来在森林系统的经营与管理中不但要运用传统的模型估计小面积区域的收获概况，更重要的是根据时代的发展，运用新的技术与理论联系起来为林业工作创造更便捷方法。数学模型在收获预估中的运用为林业工作者在实际工作中既提供了对未来的管理与收益预期，又客观实际的检验了前一期的经理工作，为下一期工作提供支撑与借鉴。5、参考文献1、郝文康.林分生长和收获预估模型综述和分析.华东森林经理[J].1988（02）:43-46.2、MunroD.D.Forestmodels—aprognosis[A].InGrowthmodelsfortreeandstandsimulation[C].Stock—holm,1974.3、AveryTE,BurkhartHE.Forestmeasurements(Thirdedi-tion)[M].McGrawHillbookcompany,1983.4、邓成，吕勇.林木生长和收获模型研究进展与发展趋势.林业调查与规划[J].2010（01）:7-12.5、郝文康.林分生长和收获预估模型综述和分析.华东森林经理[J].1988（02）:43-46.6、唐守正,李希菲,温永昌.全国用材林发展趋势的初步研究.林业科学[J].1986,22(1):21-29.7、For.Sci.1972.18(1)76-86.8、Sozial.Forstw.1971.21(12)366-383.9、Bull.NagoyaUniv.For.1970.21-23.10、张少昂.兴安落叶松天然林林分生长模型和可变密度收获表的研究.东北林业大学学报[J].1986(3):17-26.11、陆光曼.林木生长和收获模型研究进展与发展趋势.中国农业信息[J].2013（02）:153.12、田晓筠,李永启,刘继新.林木直径和树高生长的GAM模型.林业科技[J]2005(3):38-39.13、王冬梅.大青山实验局森林轮伐预估模型及其应用.林业科学研究[J],1991,4(增刊):50-56.