АЛГОРИТМ РАСЧЕТА
ТАКСАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ПРИ ПОЛНОМ АНАЛИЗЕ ХОДА РОСТА ДРЕВЕСНОГО СТВОЛА
Баранов С. В. (МарГТУ, г.Йошкар-Ола, РФ)
Ввиду большой трудоемкости камеральной обработки пробных площадей и модельных деревьев необходима автоматизация этих работ. В настоящее время появилась возможность использования для этих целей персональные компьютеры. Для этого необходимо создание соответствующих программ.
Нами была разработана программа для ввода, обработки и хранения исходной и расчетной информации при полном анализе хода роста древесного ствола на пробных площадях. Программа реализована в среде Borland Delphi и предназначена для ввода данных по древесному стволу, восстановления хода роста в высоту, получения графического представления продольного сечения дерева, а также для проведения расчетов по динамике таксационных признаков древесного ствола.
Входными исходными данными для программы является заполненная таксационная карточка модельного дерева. В программе также предусмотрена возможность получения исходных данных модели из подготовленного заранее текстового файла установленной структуры.
В программе
реализован следующий алгоритм расчета таксационных показателей. После
регистрации всех измерений модельного дерева и установления возраста дерева, определяется
ход роста в высоту с принятым шагом по возрасту. При этом исходными данными для
восстановления высоты ствола в фиксированном возрасте являются измерения
возраста на серединах секций. Ход роста дерева в высоту можно восстановить
одним из трех способов: - линейная интерполяция, графический способ 
(интерполяция графическим
способом) или по математической модели.
При использовании линейной интерполяции (графического способа тоже) искомое числовое значение высоты можно вычислить по формуле:
,
где hA - искомое числовое значение высоты в возрасте A, м; A0 и h0 - известные координаты нижней границы возраста и высоты; A1 и h1 - известные координаты верхней границы возраста и высоты.
Использование для этих же целей математической модели дает более высокую точность, по сравнению с линейной интерполяцией, но при этом требуются дополнительные затраты времени от исследователя на поиск и анализ моделей, а также знания и умения разработки таких моделей.
Анализ известных функций роста позволил выбрать функцию А.Мичерлиха:
,
где Тмод – моделируемый таксационный показатель, например, высота, м; Тmax – асимптотическое значение таксационного показателя для данного естественного ряда развития древостоя; A – возраст, лет; e – основание натурального логарифма; С1 – параметр роста; С2 – параметр формы кривой.
Следует отметить, что функция Мичерлиха приемлема для описания динамики изменения таксационных показателей отдельного дерева и древостоя. Для поиска оптимальных параметров С1 и С2 в программе использован метод Нелдера-Мида, который является развитием симплексного метода Спендли, Хекста и Химсворта. Идея метода состоит в сравнении значений функции в (n + 1) вершинах симплекса и перемещении симплекса, с помощью трех основных операций: отражения, растяжения и сжатия, в направлении оптимальной точки с помощью итерационной процедуры.
В программе проводится расчет динамики следующих таксационных показателей:
§ объем ствола в определенном возрасте в коре и без коры;
§ старое и нормальное видовые числа;
§ коэффициенты формы ствола;
§ классы формы ствола;
§ показатели прироста в абсолютных величинах по видовым числам (Fc, Fr), объему (V), диаметру (d) и высоте (h);
§ показатели прироста в относительных величинах по старому видовому числу (Fc), объему (V), диаметру (d) и высоте (h);
§ соотношение высоты и диаметра в определенном возрасте.
В программе реализована функция построения графика роста древесного ствола по высоте и диаметру. Полученный таким образом график можно распечатать на принтере или сохранить в bmp-файле для дальнейшего использования.
Конечным результатом работы программы является расчет динамики таксационных показателей по модельным деревьям. При этом полученные результаты расчета могут быть записаны как в текстовый файл для дальнейшего вывода на принтер, так и сохранены в формате dbf-файла заданной структуры с целью накопления базы данных. В программе предусмотрена возможность построения отдельных графиков по рассчитанным показателям.
В будущих версиях программы планируется реализация дополнительных функций и режимов работы, среди которых построение модели образующей древесного ствола и подключение других методов оптимизации при использовании математической модели для восстановления хода роста древостоя в высоту.
Таким образом, автоматизация камеральной обработки материалов модельных деревьев на полный анализ хода роста позволит повысить эффективность научно-исследовательской работы в лесной отрасли за счет сокращения затрат времени на вычислительные работы, быстрого графического представления хода роста дерева по таксационным показателям, доступа к расчетной и исходной информации, которые накапливаются и хранятся в базах данных.