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数字孪生虚拟人工林建模与数据分析框架
Forests ( IF 2.4 ) Pub Date : 2023-03-26 , DOI: 10.3390/f14040683
Wanlu Li 1, 2 , Meng Yang 1, 2 , Benye Xi 3 , Qingqing Huang 4
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通过人工播种和种植方式培育的人工林对人类社会具有重要意义。然而,这些森林的大多数试验地点都位于偏远地区。因此,深入开展异地森林经营管理和异地实验研究,可以更好地满足科研人员的实验和管理需求。本文以三倍体毛白杨实验人工林为基础,提出了一种虚拟杨人工林系统的数字孪生架构。该框架包括虚拟种植园建模和数据分析。针对这一体系架构,本文从理论上分析了物理世界、数字世界和其中包含的研究者三大主体,以及它们之间的交互机制。对于虚拟种植园建模,采用了基于激光雷达点云数据的树木建模方法。提出了过渡粒子流法与AdTree方法结合建树,并与其他模型进行集成优化。对于人工林数据分析,建立了基于森林监测数据的数据库。树木生长方程是通过拟合树木胸径数据得出的,然后用于预测和模拟难以测量的直径相关数据的趋势。实验结果表明,基于该框架可以构建初步的数字孪生型杨树人工林系统。该系统由 2160 棵树和 10 种监测或预测数据的模拟组成,为数字孪生技术在林业领域的应用提供了新的实践依据。优化后的树模型内存消耗减少67%以上,而100多个数据项的树生长方程R2可达87%以上,大大提高了系统的性能和精度。因此,利用林业信息网络化和数字化支持人工林试验经营,有助于推进林业数字化转型,实现森林智慧经营模式。



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更新日期:2023-03-26
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