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[博士论文] 刘建银
森林工程 中南林业科技大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 苏宁
森林工程 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:容器苗因造林成活率高被广泛推广应用,其栽植机械化是发展的主要方向。目前国内容器苗栽植机械化程度较低。一般对造林区进行整地后,都由人工栽植。近几年,广西北海从芬兰引进了大型植苗器用于桉树容器苗的栽植。整套设备必须配套大型挖掘机,体积庞大,行动不灵活,作业及维修成本高昂。本文参考此类设备,基于ZL910C小型装载机设计了一套小型植苗器。整套设备工作原理与国外大型植苗装备相似,但整体尺寸和重量都大幅降低。
  本文所设计的植苗器主要由翻土系统、苗盘系统、植苗系统三大部分组成。翻土系统的功能是将土层翻新,为容器苗提供良好的生长条件。其构成包括了装载机的臂系、液压油缸和翻土铲板。本文分析了翻土系统运动情况,给出了三组油缸长度变化与翻土铲尖空间位置的关系式。设计了翻土铲结构,给出了翻土铲结构尺寸。对翻土铲在入土、破土、翻土三个阶段运动情况进行了分析。利用EDEM软件建立土层离散元模型,仿真并检验了翻土铲的翻土性能,通过仿真结果得出结论:翻土铲可以实现土壤翻新,以70°入土翻土效果较好。苗盘系统主要功能是存苗和取苗。本文对苗盘结构进行了设计。苗盘长0.85m,宽0.7m,一次可存放54棵容器苗。苗盘系统的苗杯布置形式采用链式布置。通过苗杯与苗盘摩擦实验,建议采用不锈钢板作为苗盘承载盘材料。对驱动电机进行选型,并设计了苗盘系统的控制电路。植苗系统的作用主要是栽植容器苗。植苗系统主要包括植苗杆系、鸭嘴机构、镇压机构以及液压油缸。本文对植苗系统结构进行了设计,给出了关键部件的结构尺寸。分析并给出了植苗机构、镇压机构动作位置与油缸长度变化的关系式。搭建了植苗系统液压回路,利用AMESim软件对回路进行仿真,验证了该液压回路的可行性。
  最后,本文对基于小型装载机的植苗器设计进行了展望,提出可在本文设计基础上,增加施水施肥功能,苗、水、肥余量监测报警功能,智能导航、植苗统计功能,以提高植苗器的植苗效率以及自动化、智能化程度。
[硕士论文] 徐鑫
森林工程 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:苎麻,是我国传统农作物,种植历史悠久,又称“中国草”。但近年来,由于手工成本日益增加和苎麻收剥机械化水平低下,苎麻种植面积锐减,苎麻产业面临严重的危机。国内从二十世纪70年代开始研制苎麻剥麻机,现已经研制出40多种剥麻设备,但能应用到实际生产中的不足十种,最终也由于各种原因被弃用。调研发现,现有苎麻剥麻机的问题主要表现在:工作效率低、劳动强度大、剥麻质量低等。
  本文在研究分析各类剥麻机特点和麻农切实需要的基础上,从苎麻自身力学性能出发,提出了一种纵向劈裂、横向提拉的剥麻方式,设计出一种提拉式苎麻剥麻机,并对核心部件进行了有限元分析,主要研究结论如下:
  1.测量了苎麻的基本外形尺寸,分别对苎麻茎秆、木质部、韧皮层进行了拉伸、压缩、弯曲和扭转实验,得到了各部分的本构关系和工艺性能,为提拉剥麻方式的实现和样机的设计提供了理论基础。
  2.完成了机架、传送机构、导向机构和压紧机构等的结构设计,绘制了各个零部件的三维模型,并完成了整机的装配,创建出提拉式苎麻剥麻机虚拟样机,从理论上证实了提拉剥麻方式的可行性。
  3.对劈麻组合刀具、提麻刀臂和刮骨刀等核心部件进行了试验,完成了各部件的优化设计,并用SolidWorks Simulation对各部件进行了有限元分析,结果表明应力、应变、位移和安全系数皆满足设计要求。
  4.根据提拉剥麻方案的要求,对自动提麻刮骨系统进行了设计。完成了控制器、驱动器、变频器和光电开关等硬件的选型,并以PLC控制器为核心,根据各部件动作要求,设计出一套自动拉麻刮骨控制系统。
  5.加工样机,进行试验。结果表明:样机原麻生产率为12 kg/h,鲜茎出麻率为4.68%,含杂率为1.32%。
[硕士论文] 曹延珺
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:微生物引起活立木腐朽的现象普遍存在于森林生态系统中,尽管这是一种普通的自然现象,但是对森林生态系统的健康和价值存在着巨大的威胁。在活立木腐朽的调查中发现,立地生境不同,林分中发生腐朽的概率也不同,说明立地条件与活立木的腐朽有着密切的联系。
  红松是中国东北林区的优势树种之一,也是珍贵的保护树种,具有很高的生态价值和经济价值。近年来,很多研究发现,小兴安岭林区的很多红松活立木都存在中重度腐朽,因此本文以凉水自然保护区针阔混交林中的红松活立木为研究对象,初步研究探讨了红松活立木干基腐朽程度和立地土壤微生物特性的关系,以期为红松活立木腐朽的防治和红松林的合理经营管理提供科学的理论依据和新思路。
  本文的主要研究内容包括:(1)红松活立木干基腐朽程度的检测。测定木芯失重率作为红松样木的腐朽程度。(2)土壤理化性质对土壤微生物特性(土壤微生物数量和物种多样性)的影响。(3)土壤微生物特性与红松干基腐朽程度的关系研究。根据前面所测得的数据,结合环境因子、土壤理化性质的影响,探讨立地土壤微生物数量和多样性对红松干基腐朽程度的影响。研究结果表明:
  (1)10棵样木的木芯失重率从0-48.3%,说明凉水自然保护区红松活立木存在不同程度的腐朽。
  (2)土壤微生物数量和多样性与土壤理化性质之间存在相关性,但不同条件下得出的结论不同。
  (3)10个土样中共得到1496个真菌OTU和1413个细菌OTU,鉴定出203个已知真菌和34个已知细菌,真菌种类多于细菌。真菌Alfa多样性高于细菌Alfa多样性,且样品中的物种分布不均匀,优势种所占的比例较高。
  (4)相关性分析表明,真菌Alfa多样性和细菌Alfa多样性与红松腐朽程度都不存在显著相关性。单样本T检验结果表明,健康红松和腐朽红松根部土壤的真菌Alfa多样性不存在显著差异(Sig.(2-tailed)=0.062>0.05),细菌Alfa多样性也不存在显著差异(Sig.(2-tailed)=0.195>0.05)。
[硕士论文] 王长青
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:水分是植被光合作用和呼吸作用中不可或缺的要素,其在植被生命活动中起着至关重要的作用。植被含水量(Vegetation Water Content,VWC)的研究对于农作物长势监测、草原干旱和荒漠化预警以及森林火灾预警等具有重要意义。本文以Sentinel-1B数据、Landsat8OLI数据和地面实测植被冠层叶片含水量为数据源,以长春市净月潭国家森林公园的针叶林为研究对象,首先利用Landsat8OLI数据提取出多种植被指数,再将遥感影像的波段和植被指数与冠层叶片含水量等森林参数进行相关性分析,选取出相关性较大的因子作为优选因子,并对其进行主成分提取,对主成分与冠层叶片含水量构建多种模型,利用精度最高的模型反演出冠层叶片含水量。主要研究内容与结果如下:
  (1)本文通过对地面调查数据和Sentinel-1B数据、Landsat8OLI数据进行典型相关性分析,选取出与冠层叶片含水量相关性较大的波段和波段组合。其中冠层叶片含水量与Sentinel-1B的VV极化、VH/VV极化比和Landsat8OLI的短波红外1(ShortWave Infrared Red1,SWIR1)、短波红外2(Short Wave Infrared Red2,SWIR2)波段相关性较高。
  (2)本文利用Landsat8OLI数据提取出了归一化植被指数(Normal Differential Vegetation Index,NDVI)、归一化水分指数(Normalized Difference Water Index,NDWI)、比值植被指数(Ratio Vegetation Index,RVI),并与冠层叶片含水量进行了相关性分析,结果显示NDVI与冠层叶片含水量相关性较低,而NDWI和RVI与冠层叶片含水量相关性较高,且NDWI与RVI之间存在较高相关性。
  (3)本文分别对Landsat8OLI数据(SWIR1、SWIR2、NDWI、RVI)和Sentinel-1B结合Landsat8OLI数据(VV、VH/VV、SWIR1、SWIR2、NDWI、RVI)进行主成分分析,提取出第一主成分,并与冠层叶片含水量建立线性、二次多项式、三次多项式和指数函数模型,精度分析表明三次多项式模型拟合精度最高(R2=0.6299,RMSE=0.0358),其次是二次多项式(R2=0.6214,RMSE=0.0362),且结合Sentinel-1B数据(VV、VH/VV)之后模型的R2和RMSE都优于结合之前。
  (4)本文通过对Sentinel-1B结合Landsat8OLI数据(VV、VH/VV、SWIR1、SWIR2、NDWI、RVI)提取出的第一主成分与冠层叶片含水量构建BP神经网络模型,训练完成后模型的反演精度(R2=0.896,RMSE=0.0282)优于二次多项式。
  综上所述,对于净月潭国家森林公园,合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)影像结合光学影像反演冠层叶片含水量精度高于仅使用光学影像,且利用BP神经网络模型反演精度高于二次多项式。由此表明SAR结合光学影像可以提高植被冠层叶片含水量反演的精度。
[硕士论文] 马晓波
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:森林采伐剩余物主要是指森林经采伐后遗弃在伐区的枝丫、梢头木、风折木、树皮、伐根与树根、枯立木和灌木等剩余物。据分析,森林采伐剩余物利用的潜力是巨大的,目前我国森林采伐剩余物利用率还较低,而且相关林业企业缺乏森林采伐剩余物科学利用的观念。对采伐迹地上的剩余物进行清理利用,不但可以获得经济效益,还可以改善林地环境卫生,防止森林病虫害、火灾的发生,有利于森林更新获得生态效益。因此,应采取有效措施科学利用采伐剩余物,缓解我国木材供应紧缺的状况,促进林区经济发展壮大。
  对于小规模剩余物收集运输,应保证良好的通过性和灵活性。结合我国林业运输装备现状及需求,设计简易履带式采伐剩余物翻转运输车。采伐剩余物翻转运输车主要由驾驶室、履带式底盘系统、翻转装置、后行走机构总成及液压控制系统组成。履带行走机构和翻转装置是剩余物运输车的技术核心,它的运动合理与否,直接影响到整车性能和工作效率。
  本文研究的主要目的是根据实际需要,完成机械的三维设计与虚拟装配并对翻转装置部分进行动力学仿真分析。了解分析国内外集材运输机的发展现状和发展趋势,并对其进行归纳总结,使得对运输车结构组成有总体的研究把握。对采伐剩余物运输车的工作要求和工作环境分析,综合考虑若干理论上通过的备用方案,确定机械的总体方案,完成整车各总成的总布置研究。充分考虑采伐剩余物专用运输车作业的特殊性,采用平面四杆机构作为翻转机构的设计理念,根据四杆机构设计基本原则,进行翻转装置总成的合理设计。
  在建立虚拟样机过程中,利用UG NX10.0软件强大的三维实体建模功能和机构运动仿真与分析功能,对剩余物运输车各零部件总成进行建模,然后再将建好的各零部件模型进行装配,建立运输车整体虚拟样机,并进行运动仿真,完成关键翻转机构虚拟模型的修改与优化。
  最后,运用ANSYS Workbench15.0软件对运输车翻转装置的主要承载件翻转支撑梁进行有限元分析,得到在静态载荷下,翻转支撑梁沿X、Y、Z轴方向的应力和位移云图,以及等效应力、总位移和等效应变云图,校核翻转支撑梁在强度和刚度方面是否符合要求。
[硕士论文] 张蓉鑫
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:搭载于冰、云和陆地高程卫星(Ice,Cloud and land Elevation Satellite,ICESat)上的地学激光测高系统(Geoscience Laser Altimeter system,GLAS)能够实现快速、无损的森林冠层高度估测,大幅度提高了森林冠层高度估测的效率及和精度。然而由于ICESat-GLAS激光指向角的存在,且光斑尺寸较大,光斑内地形坡度起伏较大,激光指向角与地形的相互作用,往往会使激光光斑的形状发生改变,进而影响GroundExtent(光斑内坡度引起的高度距离)的变化,造成了森林冠层高度估测的偏差。因此,建立GroundExtent修正模型、减弱指向角和地形对森林冠层高度估测的影响至关重要。
  本研究以吉林省汪清县林业局经营区为研究区,对ICESat-GLAS波形数据及DEM数据进行了数据处理和参数提取。为了量化激光天顶角对ICESat-GLAS数据反演森林冠层高度的影响,在Allouis(2012)模型和Nie(2015)模型基础上,分别引入天顶角,对GroundExtent进行计算,建立森林冠层高度估测模型,并通过模型对坡度的校正能力、指向角引起的GroundExtent理论误差以及大气延迟增量三个方面讨论分析天顶角在反演森林冠层高度中的影响。然后,根据指向角和地形的相互作用关系,建立GroundExtent修正模型。并在GroundExtent修正模型基础上,结合ICESat-GLAS波形长度W,分别建立反演森林冠层高度的物理模型和多元线性回归模型。主要研究结果如下:
  (1)天顶角的引入能够提高模型的估测精度,决定系数R2分别提高了6.56%、4.26%,且能更好的校正地形坡度;在外部条件相同的情况下,由天顶角(<1°)引起的GroundExtent理论误差在0.122-1.100m范围内;激光朝向(0°-360°)引起的GroundExtent理论误差的绝对值在0-1.222m范围内;在天顶延迟约为2.3m时,天顶角(<1°)对大气延迟增量的影响为0.04-3.50mm。由此可知天顶角对估测森林冠层高度存在一定的影响,引入激光天顶角的冠层估测模型能更准确地反演森林冠层高度。
  (2)利用天顶角φ、激光朝向β、坡度S、坡向α建立的GroundExtent修正模型,具有地形坡度校正能力。且基于W、FWHM和GroundExtent修正模型建立的森林冠层高度物理模型,能够更便捷、精确的估测森林冠层高度,决定系数R2为0.673,分别提高了0.101、0.021;均方根误差RMSE为2.848m,分别降低了0.411m、0.091m。实现了对ICESat-GLAS激光指向角和地形的校正,避免了由于激光指向角与地形的相互作用,造成的光斑内坡度引起的高度距离的变化,对反演森林冠层高度的影响。
  (3)利用W和GroundExtent修正模型建立反演森林冠层高度的多元回归线性模型,其估测精度最好,决定系数R2为0.709,分别提高了0.126、0.038;均方根误差RMSE为2.622m,分别降低了0.447m、0.119m,克服了物理模型参数取值的局限性,提高了模型的估测精度。
[硕士论文] 吕妍霄
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:明胶作为可食性和可降解包装的主要材料,由于近年来食品安全问题及个人宗教信仰等,使得传统明胶不能大量应用,现亟需新型明胶材料的研究开发。为寻求最合适的明胶成膜材料,通过测定鸡皮、兔皮和三文鱼皮明胶的成膜性,选出最佳的成膜基材,并通过研究抗菌剂、抗氧化剂和交联剂对鸡皮明胶膜的影响,旨在配比出各项性能指标比较好的复合膜,最终将所制复合膜应用松茸包装上,进一步说明复合膜的抗菌、抗氧化效果,结果显示:
  兔皮明胶膜的水蒸气透过率、水溶性、透氧率在三者中最低,也能表现出良好的机械性能,鸡皮明胶膜的热稳定性较好,通过红外光谱图发现兔皮明胶膜内部结构更稳定。因此,兔皮明胶膜的各项性能优于鱼皮和鸡皮明胶膜,可以作为新型的明胶膜材料。
  姜黄素中成分物质与鸡皮明胶分子间存在相互作用,随着姜黄素浓度的增加,鸡皮明胶膜外观颜色逐渐变为黄色、阻隔性能呈先下降后上升的趋势、抗拉强度与之相反、断裂伸长率和水溶性逐渐降低、抗氧化和抑菌性显著增强;红外光谱中发现姜黄素与鸡皮明胶之间有氢键作用,使鸡皮明胶膜从α-螺旋结构转变为稳定的三螺旋结构;热重分析表明了姜黄素的添加提高了鸡皮明胶膜的热稳定性;当姜黄素浓度为2%时复合膜的综合性能最佳。
  基于分析软件Design-Expert8.5设计实验方案,通过对复合膜的抗拉强度和水蒸气透过率的测定,利用二次回归得到了相关回归模型。利用模型的响应面,对综合影响复合膜的抗拉强度和水蒸气透过率的关键因素及其相互作用进行探讨,得到添加剂的最佳配比方案。按照此方案制成的复合膜进行松茸保鲜,在松茸的感官评价、多酚氧化酶活性、降低呼吸强度、失重率等方面都优于姜黄素-鸡皮明胶膜及普通聚乙烯保鲜膜。
  本文研究结果为复合鸡皮明胶膜在实际生产中的应用提供了理论基础。
[硕士论文] 周涵婷
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:近年,木材无损检测技术和数字图像处理技术得到了迅速的发展。计算机断层扫描技术(CT)作为一种先进的木材无损检测手段,具有图像准确、清晰、无叠加、图像空间分辨率高,能直接进行数字化处理等优点。因此,CT检测技术目前已被广泛应用于的木材无损检测领域。
  本文以冷杉、杉木和红松三种树种圆盘为试样,在不同温度(15℃、-5℃和-20℃)下对试样进行CT断层扫描,获取了系列CT二维断层图像。在此基础上,将CT技术与数字图像处理相结合开展研究,内容包括:原木断层图像中CT值分布规律的研究;原木断层图像的伪彩色处理研究;原木断层图像的三维重建研究。通过研究,期望为不同温度下(尤其低温时)辨识原木及活立木内部结构变化(包括水分状态等)提供新的思路和技术手段,为后续研究奠定基础。主要研究工作如下:
  (1)通过在原木CT图像上拾取不同方向上特征点的CT值,归纳原木CT图像上CT值的变化规律,分析温度与原木截面上的CT值的相关关系并探讨CT值随温度产生的变化及其原因。从而定量的反映出不同温度下木材内部的变化情况,为后续研究温度对木材内部水分的状态和含量变化提供依据。
  (2)基于直观的CT图像分析理念,采用灰度级-彩色变换方法,分别应用彩虹码和热金属码两种编码方法直观地对比分析不同温度下增强后的原木CT图像,并对两种方法的增强效果进行评价。评价结果表明,伪彩色增强显著提高图像的视觉分辨率,减少视觉的直观判断误差,为研究不同温度下木材内部结构、各相组分的变化情况提供一个新的思路。
  (3)运用三维重建技术对原木CT图像进行重构,能够准确获取木材内部的各种信息。本文利用MIMICS软件实现原木的三维模型重建,对比分析不同温度下原木各区间的三维模型和模型内部不同视角的彩色剖面图的变化,探讨不同温度下原木内部结构的变化,为以后进一步研究温度对原木内部结构和水分分布等物理性质的变化打下了良好的基础。同时,通过分割原木的心、边材,建立了相应的三维模型。该方法简单易用,三维重建效果较好,运算速度快,能进一步的应用于木材的合理利用和虚拟锯切。
[硕士论文] 陆新宗
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:纸浆模塑包装材料是以废旧瓦楞纸板、废纸或林业木质剩余物为原料,通过制浆、抄造、脱模、成型等工艺得到的绿色包装材料。当今时代,能源短缺、资源匮乏、环境问题等日益突出,实现包装行业的绿色可持续发展迫在眉睫。近年来,纸浆模塑包装材料在食品、轻工、电子等行业的应用越来越普遍,但由于其强度较小、疏水性差、易返黄等缺点,其在高端产品上的应用却很少。
  本研究以杨木化学机械浆(CTMP)为原料,利用漆酶介体体系(LMS)对纸浆进行改性,研究改性中漆酶介体体系对纸浆模塑包装材料抗张强度、疏水性能以及白度的影响,以单因素实验和正交实验为研究方法,以扫描电镜观察、红外光谱分析以及化学分析等为手段,通过纸浆模塑包装材料表面纤维的变化、木素结构及含量的变化,揭示漆酶介体体系对纸浆模塑包装材料性能的影响。
  本研究开展的主要工作包括:纸浆模塑包装材料制备工艺及参数的研究;纸浆模塑包装材料性能测试及表征方法的确定;漆酶介体体系单因素对纸浆模塑包装材料性能的影响研究;漆酶介体体系优化及优化条件的确定;优化后漆酶介体体系对纸浆模塑包装材料抗张强度、疏水性能和白度的影响研究。得出主要结论如下:(1)确定了以杨木剩余物为原料的纸浆模塑包装材料制备工艺参数。(2)在单因素分析中,漆酶用量、反应时间和介体用量在改性纸浆模塑包装材料的过程中起到关键性作用,pH值和反应温度主要对纸浆模塑包装材料的性能起到了间接性的影响。(3)利用正交实验确定了漆酶介体体系优化条件。(4)经优化后的漆酶介体体系处理的纸浆模塑包装材料,其纤维形貌及木素结构和含量发生了改变。(5)纸浆模塑包装材料性能与漆酶介体体系优化前相比,抗张强度提高了38.4%,接触角提高了38.9%,达到疏水材料的标准,白度降低了10.5%。
[硕士论文] 邢万里
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:地基激光雷达(Terrestrial Laser Scanning,TLS)已经被广泛应用于林业资源调查中,能够实现样地内林木三维结构参数的高精度自动提取,并为大尺度遥感技术如机载激光雷达(Airborne Laser Scanning,ALS)提供大量高精度的地面验证数据。TLS的工作方式分为单测站和多测站,相比较而言,多测站工作方式能够获取样地场景更完整的信息,无论是单木识别率还是林木结构参数提取精度都优于单测站,因此多测站的工作方式在样地调查中应用的更为广泛。已有的TLS点云数据自动配准算法多基于线和面,无法直接应用到林地场景,而传统的人工设置标靶辅助点云数据进行配准的方法工作效率较低。针对已有的TLS点云数据自动配准算法不适用于林地场景的问题,本文提出了一种不需要任何辅助工具的林地TLS点云数据自动配准算法。主要研究内容与实验结果如下:
  (1)针对目前的地面点滤波算法在林分ALS点云数据中应用较好但不适用于林地TLS点云数据的问题,本文提出一种基于八叉树的地面点滤波算法。实验结果表明,该算法充分利用构建八叉树过程体元尺度依次减半的特点,只需设置地面点的分辨率即可实现地面点的全自动高精度滤波。
  (2)针对目前广泛使用的树干点识别算法存在树干点识别精度和效率较低的问题,本文提出了一种基于体元投影密度的树干点识别算法。实验结果表明,该算法能够实现逐体元的树干点识别,提高了树干点识别的效率,并且树干点识别结果的噪声比很小,即在提高效率的同时也提高了树干点识别的精度。
  (3)基于准确识别的地面和树干点云数据,本文提出了一种适用于林地场景的TLS点云数据的自动配准算法。实验结果表明,利用单木位置和胸径信息能够快速搜寻同名点,并实现点云数据的粗配准。针对匹配的树干和地面数据,利用ICP算法能够实现点云数据的精配准,最终实现点云数据的高精度自动配准。
  综上所述,本文将配准过程分为两步:粗配准和精配准,逐步实现林地TLS点云数据的高精度自动配准。基于识别的高精度地面点和树干点估测的单木位置和胸径可用于快速准确的获取基准站和配准站的同名点,实现点云数据的粗配准,在粗配准的基础上使用ICP算法经过多次迭代可实现林地点云数据的高精度自动配准。
[硕士论文] 汪紫阳
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:木制品现已成为人类社会中不可或缺的一部分。同时继茶叶之后,越来越多的树叶制品也慢慢渗透到人们的日常生活中。树种识别是这些产业发展中最基本的一个环节。近红外光谱技术能够无损、快速、准确地对树种进行识别,在树种识别及木材鉴别等方面发挥着重要的作用,同时能够为天然林保护、次生林抚育和人工林定向培育提供经营决策方面的技术支持,本论文主要从以下几方面进行了基于近红外技术的树种识别:
  (1)应用近红外光谱技术,研究了市场流通的40种名贵木材的识别及模型优化,经过一阶导数预处理方法和距离法建立识别模型的识别准确率为98.75%。用识别模型预测5周后和17周后采集的样本的近红外光谱,准确率为82.81%。经过Norris导数滤波优化后模型的识别准确率为95.31%。
  (2)利用近红外光谱技术研究了东北林区的14种主要树种基于活立木采样的树种识别。样品使用生长锥从活立木1.3m胸高处由南向北钻取。采用距离法建立识别模型,比较了不同波段和不同预处理方法对模型识别效果的影响。研究表明基于Norris二阶导数滤波的距离法识别模型的准确率最高,达98.21%。
  (3)以东北林区常见的9种树种树叶为研究对象,分别比较了距离法和DPLS对识别模型精度的影响。结果显示,使用距离法建立的识别模型识别9种树种的准确率为99.16%。使用单列识别变量矩阵的偏最小二乘法(DPLS)识别4个树种的准确率为100%,识别模型的相关系数为0.9936,交叉验证误差均方根(RMSEC)为0.120,预测误差均方根(RMSEP)为0.144。使用多列识别变量矩阵的偏最小二乘法(DPLS)识别9种树种的准确率为99.58%,识别模型的相关系数为0.8886~0.9569,交叉验证误差均方根(RMSEC)为0.0845~0.15,预测误差均方根(RMSEP)为0.0887~0.155。
  (4)研究了重现性对近红外光谱识别模型的影响。试验发现在不同条件下采集的近红外光谱会出现差异,且相隔时间越长,差异越明显。在采用不同时间采集的近红外光谱进行树种识别时,光谱采集间隔时间越长,模型的识别准确率越低。论文同时探索了S-G平滑和Norris导数滤波最优参数组合选择方法对树种识别模型精度的影响。结果表明随着参数递变,模型的识别准确率也存在递变规律。实验发现由生长锥取样的针叶树材和阔叶树材在波长点为1637nm和1687nm处的近红外长波段有明显差异。在1637nm处,4种针叶树材样本的近红外光谱有吸收,而10种阔叶树材样本没有吸收。在1687nm处,10种阔叶树材在该波段有明显吸收,而4种针叶树材吸收不明显。
  本实验为近红外光谱技术快速识别树种,快速识别名贵木材,快速识别针叶、阔叶树种,快速识别树叶树种提供了一种新的方法;为S-G平滑和Norris导数滤波的参数选择提供了参考;为近红外光谱模型的构建及随时间推移的模型维护提供了思路。
[硕士论文] 王濮
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:作为一种新型的对地观测技术,激光雷达(Light Detection and Ranging,LiDAR)已广泛应用于林业资源调查、数字城市、电力巡线、基础测绘等领域。相比于传统光学遥感手段,激光雷达能够克服信号饱和及易受云雨影响等局限性,且对森林冠层具有很强的穿透性,能直接获取森林冠层的三维结构信息,因而在表达森林冠层空间结构及参数反演方面具有独特优势。其中机载激光雷达数据由于其光斑直径较小、且多回波或全波形记录方式,可以直接、高效的获取高精度、高密度的森林植被三维结构信息,适于单木位置的精准探测与树冠的精确分割,定量、精细描述森林三维结构(如树高、冠幅、叶面积指数等),是当前森林资源调查最有效的手段之一。
  针对现有机载LiDAR数据单木分割算法在密集林区应用精度较低的问题,本研究开展了密集林区单木分割算法的研究,主要包括以下研究内容:
  (1)利用Kd树(K-dimension tree)组织离散激光点云数据以提升点云数据的搜索查找效率;开展了点云去除噪声算法研究,并分别应用数学形态学滤波 算法、移动曲面滤波算法和布料模拟滤波算法进行研究区激光点云的地面点和非地面点分离。
  (2)分别对地面点云和非地面点云采用反距离加权法插值生成数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)和数字表面模型(Digital Surface Model,DSM),并基于DSM和DEM生成冠层高度模型(Canopy Height Model,CHM)以及基于DEM对林区冠层点云高程归一化处理。
  (3)基于林区冠层分层结构特点提出了一种从机载点云数据直接分离单木的方法。首先,基于CHM计算局部最大值以确定冠层表面的明显树顶,并以此作为单木位置的先验知识,继而采用归一化割(Normalized cut,Ncut)方法实现冠层的初始分割;然后,以全局最大值代替局部最大值,并将冠层形状、冠层最小点数作为约束条件,再次利用Ncut方法完成漏检单木的探测,进而实现单木的精确探测。实验结果表明,本文方法有效地减少了漏识单木,整体精度可达90%以上。
  (4)分别对漏检单木处理前后的分割结果进行定量评价,并与其他方法结果做比较,验证本研究所提方法的可靠性和优势。实验表明,本文方法具有优势与潜力,将有助于单木三维结构定量、精细描述及参数反演。
[硕士论文] 李禹洁
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:森林是人类的重要自然资源,在人类生存与发展的悠久历史中发挥着独特的作用。然而,近年来,全球气候变暖,干旱频发,使森林火灾的发生也日益频繁,给森林造成了巨大的危害和严重的损失。尤其是森林地下火引发的火灾,因为其具有很大的隐蔽性,不易被发现,潜在危害性很大。森林里有大量的森林腐殖质,很容易发生阴燃,当气候,温度,风速风向等发生一定变化时,森林腐殖质有可能变成明火,形成火灾。因此,研究影响森林腐殖质阴燃向明火转变的因素对预防森林火灾有重要的意义。
  在发生阴燃前,森林腐殖质会先进入热解阶段,热解过程中产生的可燃性气体有利于阴燃的传播,因此,研究热解的反应机理非常重要。本文分析了在氮气和空气气氛条件下的热解特性,在空气气氛下反应完全,在400-560℃的温度范围内质量损失大。通过Coats-Redfern方程得出在空气气氛下的机理函数为(1-α)-1-1,在氮气气氛下的机理函数为α+(1-α)ln(1-α)。
  在自主设计的水平实验装置中对森林腐殖质进行阴燃实验,研究风速、氧气含量、阴燃传播方向、热交换条件、腐殖质粒径和含水率对阴燃向明火转变的影响。结果表明:当不改变任何条件时,腐殖质发生的阴燃过程分为吸热升温,自维持传播,降温熄灭三个阶段,该腐殖质具有引燃时间长,峰值温度高,自维持时间长,传播速度慢等特点。当改变上述条件时,结果表明:风速与阴燃的传播速度基本成线性关系,风速越大,阴燃的传播速度越大,转变为明火的时间越短,且临界风速为4m/s。富氧条件下,阴燃温度升高较快,传播速度增大,阴燃易向明火转变。相对于正向阴燃,反向阴燃传播较稳定,不易向明火转变。当外界温度较高时,阴燃易向明火转变,且最高温度值较高。腐殖质的粒径对阴燃向明火转变的影响很小;腐殖质的含水率小于20%时,阴燃能向明火转变,随着含水率的增大,平均最高温度降低,转变为明火时间越短;含水率大于20%时,阴燃不能向明火转变,且随着含水率的增大导致阴燃不能自维持传播,逐渐熄灭。
[硕士论文] 王德栋
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:本文开展了长白落叶松人工林采伐迹地燃烧特性的研究,重点研究了采伐迹地剩余物蔓延燃烧过程中的火行为特征参数、热释放及气体释放规律。
  首先设置了燃烧床实验研究了长白落叶松人工林采伐迹地燃烧特性。重点研究了火蔓延过程中蔓延速度、温度场、火前锋滞留时间、火线强度及流场分布,改变可燃物含水率、风速和坡度,研究以上5个指标不同条件下的变化规律。风速在0~4m·s-1,含水率在8.6%~24.3%,坡度在5°~15°的范围内变化时,火蔓延速度随风速、坡度增加而增大,随可燃物含水率增大而减小。燃烧床中心线上等距分布的测温点温度变化呈先增后减的规律,温度变化曲线峰值间隔与蔓延速度存在一定的对应关系;火对土壤温度变化的影响随土壤深度的增加而减小,同一土壤深度时,伐根附近较远离伐根处的土壤温度要高;坡度为坡度和可燃物含水率增大会使火前锋滞留时间增加,而风速增大时,滞留时间减小;火线强度随风速、坡度增加而增大,随可燃物含水率增大而减小。含水率不变,坡度增大,同一皮托管测得的流速最小值和最大值会随坡度增加而增大。而当坡度不变,含水率增加时,皮托管测得流速的最大值和最小值无明显变化。
  对热释放及烟气释放规律的研究在根据ISO9705建造的标准全尺寸燃烧室内进行,根据耗氧原理研究不同含水率和不同风速时热释放速率及总热释放量的变化规律,并研究采伐剩余物燃烧过程中O2、CO2、CO浓度变化。当含水率增加,风速不变时,燃烧床可燃物在蔓延燃烧过程中,热释放速率会减小,结束时的总热释放量也减小;而当风速变大,含水率不变时,燃烧过程中热释放速率随之增大,结束时的总热释放量也会增大。改变可燃物含水率或风速大小,实验过程中O2、CO2、CO浓度变化同样遵循一定的规律。含水率增大,燃烧过程中的O2浓度相对较高,CO2浓度却变小;风速增加,蔓延燃烧过程中的O2浓度相对变小,CO2浓度却会增大。而CO浓度的变化比较复杂,试验工程中CO浓度变化曲线具有显著的特点,即呈现出明显的双峰曲线形状,同时双峰之间还有一段鞍底较平稳的阶段,总体来说,含水率增加,CO浓度随之增大;风速增大,浓度变小。
[硕士论文] 张斌斌
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:氯氧镁水泥作为一种新型的无机胶凝材料越来越受到关注,虽然人们对氯氧镁水泥水化机理、配合比等多种影响氯氧镁水泥性质的因素深入探究,但在氯氧镁水泥材料制品的实际应用中耐水性、体积稳定性等方面的不佳表现仍未得到很好的改善。本文通过掺入外加剂的形式对氯氧镁水泥材料进行改性试验研究,探究其对氯氧镁水泥材料性能的影响。
  改性试验中所采用的外加剂为杨木木粉以及粉煤灰。外加剂都是以单独掺入的形式对氯氧镁水泥进行试验研究,得出外加剂对其性能产生的影响。具体结果如下:
  (1)通过实验确定当摩尔比为MgO∶MgCl2=7∶1时,氯氧镁水泥材料的干抗压强度值达到最大同时氯氧镁水泥也具有最佳的耐水性,而当MgO∶MgCl2=n其中n值大于7的时候,氯氧镁水泥材料的抗吸潮返卤性能也能有上佳的表现,结合以上结论,当氯氧镁水泥摩尔比为MgO∶MgCl2=7∶1是为佳的,故确定摩尔比MgO∶MgCl2=7∶1为后续实验基准配比。
  (2)通过单独掺入木粉能使氯氧镁水泥材料的水化放热峰值下降。在木粉的粒径为20至40且掺入比例控制在20%-30%之间时,对氯氧镁水泥材料的强度是具有提升效果的。
  (3)单独掺入外加剂粉煤灰时,氯氧镁水泥材水化放热峰值得到了降低。当粉煤灰的掺入比例达到25%的时候,在改善氯氧镁水泥材料的强度、耐水性上具有很好的效果。掺入比例在20%至30%之间时能有效的提升氯氧镁水泥的体积稳定性。
  本文的研究结果对更加深入的研究氯氧镁水泥材料提供了重要依据。
[博士论文] 刘海苹
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 曲杭峰
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:大兴安岭地区的森林由于受到各种自然因素和人为因素的影响已经严重退化,残次林大面积出现,此种森林林相衰败、郁闭度低、立木质量差、森林出材率低、土壤侵蚀破坏严重,土壤肥力较低,整个系统调节能力极弱,加剧了生态系统的不平衡。近年来,越来越多的专家和学者在提高森林中的生物多样性、增加木质林产品的产量和质量、改良土壤的养分状况、改善林下光照情况等多方面做出贡献。
  本文研究地点位于在加格达奇林业局翠峰林场,研究对象为蒙古栎天然次生林,位于174林班翠峰至古里公路12.5km处,2009年春季经过野外实地勘察设计对蒙古栎天然次生林试验区进行带状改培和块状改培。对其进行带状改培和块状改培,带状改培带宽分别为6m(S1)、10m(S2)、14m(S3)、18m(S4)4种,块状改培的面积分别为25m2(G1)、100m2(G2)、225m2(G3)、400m2(G4)、625m2(G5)、900m2(G6)6种,对照样地为CK,不进行改培。
  2016年6月进行野外取样工作,筛选出反映生态改培效果的4个层次的38项指标,第一层次是枯落物的持水特性,包括枯落物总蓄积量、总自然持水率、总最大持水率、总最大持水量、总有效拦蓄量;第二层次是土壤的物理性质,包括土壤容重、最大持水量、毛管持水量、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度;第三层次是土壤化学性质,包括PH、有机质、全氮、水解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾;第四层次是林分的生长状况分析,包括生物多样性层次:乔木层、灌木层、草本层;光合作用层次,包括蒸腾速率、净光合速率、光合有效辐射、环境CO2摩尔分数、胞间CO2摩尔分数、叶片温度、气孔导度;苗木更新生长情况,对所有西伯利亚红松、樟子松、兴安落叶松幼苗进行苗高生长量和地径的测量,计算出这三种幼苗的成活率和生长率。
  应用主成分分析法综合评价大兴安岭地区蒙古栎天然次生林带状改培和块状改培后的改培效果,对枯落物持水性能、土壤物理性质、土壤化学性质、生物多样性、更新苗木光合作用、更新苗木生长状况等指标进行研究,筛选出反映生态改培效果的4个层次的38项评价指标,建立综合评价模型,利用主成分分析法计算各改培样地的综合得分,以此评价蒙古栎天然次生林各改培模式的改培效果。研究结果发现,S2样地和G2样地的的综合得分较高,说明10m的带状改培样地和100m2块状改培样地的改培效果最好,最适合大兴安岭地区蒙古栎天然次生林的改培,研究的成果为后续大兴安岭蒙古栎天然次生林的可持续经营提供科学可靠的理论依据。
[硕士论文] 夏林焱
森林工程 中南林业科技大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 周艳
森林工程 中南林业科技大学 2018(学位年度)
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