基于数据挖掘的区域森林乔木层生物量估算与评价研究

发布时间：2016-11-18 21:24

  本文关键词：基于数据挖掘的区域森林乔木层生物量估算与评价研究，由笔耕文化传播整理发布。

《东北林业大学》 2015年

基于数据挖掘的区域森林乔木层生物量估算与评价研究

高萌  

【摘要】：在“京都议定书”的背景下,对森林碳储量进行估测已成为当前的研究热点。有大量研究表明,森林乔木层碳储量在地上部分碳储量中起到绝对主导作用,而森林生物量是进一步分析森林碳储量的前提。当前研究中,针对区域(中尺度)生物量的研究相对较少,而区域生物量估算是连接大尺度和小尺度生物量估算的桥梁,因此,开展对区域森林乔木层生物量的定量与定性研究工作,对以“碳汇”为目标的森林生产经营和“碳汇”交易具有重要意义。但利用当前的生物量估算方法进行区域森林乔木层生物量估算时存在以下问题：(1)由于区域内往往有多种树种或林分类型,传统方法在区域森林生物量估算中,需重复建立多种树种或林分类型的单木或林分生物量模型,再累加得到区域生物量,存在工作量较大的问题,且随着森林资源调查数据的日益完善与丰富,在大数据时代的背景下,充分利用研究区数据,适当忽略微观层面上的精确度会让宏观层面具有更好的指导意义。因此,需研究一种直接用于快速估算林分生物量的方法；(2)在建立林分生物量模型时,对影响生物量的相关因子的研究存在不足,所建立的模型中体现的因子信息不足,且不同学者建立的模型差别较大；(3)当前的生物量模型建模研究中,多采用多元回归分析的方法,但在自变量较多且变量间存在共线性问题时,该方法建立的模型精度较低,有少数研究采用神经网络方法建立了模型,但该类模型在泛化能力上有一定的局限性；(4)目前尚并未有对森林生物量等级进行评价的研究工作,研究一种快速对区域森林生物量进行评价的方法,可为宏观上指导以“碳汇”为目标的森林生产经营提供决策支持。钊对以上问题,本文以孟家岗林场为研究区,以林场2012年的森林资源二类调查数据为数据源,在“十二五”农村领域国家科技计划课题“森林经营可持续生产决策支持系统”项目(2012AA102003-2)的支持下,开展区域森林乔木层生物量的估算与评价研究,将研究区的小班划分为6类,并分别建立了6种生物量估算模型,在此基础上,对研究区小班生物量水平进行评价,建立了森林生物量等级评价决策树模型。在研究过程中,重点对生物量特征因子提取、研究区小班聚类分析、生物量估算模型建模及等级评价决策树建模进行了研究,得到的主要研究成果与结论如下：(1)应用主成分分析方法提取出了8个森林小班生物量的特征因子,计算结果表明：8个主成分能够表达原始调查数据80%以上的信息,且各因子之间相互独立,8个主成分的初始因子载荷矩阵经过旋转后,各主成分刻画的意义比较明显,均具有较强的可解释性,说明了提取生物量特征因子的可行性。本文得到的特征因子既相互独立,又充分代表了影响森林生物量的相关因子信息,与传统生物量模型中的参数相比,能够用于更加准确地反映森林生物量随特征因子的变化情况。。(2)提出了以小班聚类为区分构建生物量估算模型的方法,利用改进的K-means算法对研究区森林小班进行聚类分析,研究结果表明,研究区的森林小班可划分为6类,各类小班的内部特征及其与其它小班的差异比较明显,对各类小班的特征进行了定性描述,结合BWP聚类有效性指标,完成了对各类小班定性与定量分析的结合。该方法不同于传统的以树种或林分类型为区分构建生物量估算模型的方法,而是以聚类小班为区分建立生物量模型,在区域生物量估算中,该方法能够减少估算时的工作量。(3)建立了基于小班聚类的森林生物量估算模型,检验结果表明：从决定系数和平均相对误差绝对值来看,6类小班的生物量模型精度均以支持向量回归机模型为最优,各类模型的决定系数在0.7-0.92之间,平均相对误差绝对值在11.173%-23.583之间,其次为神经网络模型,多元线性回归模型最低,说明生物量与相关因子间存在显著的非线性关系,且支持向量回归机模型能够较好地拟合两者间的关系。另外,基于全部小班数据建立了支持向量回归模型,其精度低于已得到的6类模型,说明了基于小班聚类建立生物量估算模型的可行性。(4)提出了森林生物量等级评价体系及评价模型,利用四分位法将区域森林生物量划分为较高、高、中、低四个等级,并利用决策树方法,分别建立了基于全部特征的生物量等级评价决策树和基于部分特征的生物量等级评价决策树,研究结果表明：基于全部特征的生物量等级评价决策树的精度较高,分类精度达91.03%,并得到了28条置信度在75%以上的分类规则,为区域生物量的快速评价提供了一种新的方法。利用生物量等级评价决策树,对研究区各小班的生物量等级进行评价,评价结果表明：研究区内处于中等生物量水平的小班数量最多,处于较高等级生物量水平的小班数量次之,而处于高级和低级生物量的水平的小班数量相当,为林场以碳汇为目标的森林经营提供了科学指导。

【关键词】：
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S718.556
【目录】：

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1 赵华;刘勇;金小麒;;贵州林业发展区划数量化划分研究[J];北京林业大学学报;2011年02期

2 曹丽英;孙学生;赵月玲;陈桂芬;;一种基于决策树算法的耕地地力等级评价[J];东北林业大学学报;2011年02期

3 董文娟,齐晔,李惠民,周大杰;植被生产力的空间分布研究——以黄河小花间卢氏以上流域为例[J];地理与地理信息科学;2005年03期

4 袁野;李虎;刘玉峰;;基于改进型B-P神经网络的西天山云杉林生物量估算[J];福建师范大学学报(自然科学版);2011年02期

5 孙群;方宏斌;袁宏俊;刘国璧;;基于模糊神经网络的城市建成区面积研究[J];湖南工程学院学报(自然科学版);2010年03期

6 陈海燕;张伟;邱兆文;;SVM模型在森林火灾判断中的应用[J];安徽农业科学;2014年12期

7 董毅;程伟;张燕平;赵姝;;基于SVM的先分类再回归方法及其在产量预测中的应用[J];计算机应用;2010年09期

8 吴东洋;业巧林;业宁;张训华;武波;;一种SVM训练样本集寻优算法[J];计算机应用与软件;2010年09期

9 罗云建;张小全;王效科;朱建华;侯振宏;张治军;;森林生物量的估算方法及其研究进展[J];林业科学;2009年08期

10 罗云建;王效科;张小全;朱建华;张治军;侯振宏;;华北落叶松人工林的生物量估算参数[J];林业科学;2010年02期

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1 杨存建;刘纪远;;热带森林植被生物量与LANDSAT TM数据之间的相关性分析[A];第十四届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2003年

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1 李江;思茅松中幼龄人工林生物量和碳储量动态研究[D];北京林业大学;2011年

2 岳彩荣;香格里拉县森林生物量遥感估测研究[D];北京林业大学;2012年

3 赵敏;中国主要森林生态系统碳储量和碳收支评估[D];中国科学院研究生院（植物研究所）;2004年

4 姚山;基于数据挖掘技术的造林决策研究[D];北京林业大学;2008年

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1 王巧红;永春县森林乔木层碳储量特征动态研究[D];福建农林大学;2011年

2 王正宏;基于分形理论的林业害虫识别与分类方法的研究[D];东北林业大学;2010年

3 章景;基于SVM的人工林地力评价研究与实现[D];中南林业科技大学;2013年

4 王冬;数据挖掘在造林作业分析与预测中的应用[D];中南林业科技大学;2013年

5 苗婕;环境因子间的关联度对林木资源价值的影响研究[D];北京林业大学;2013年

6 董考丽;广元市朝天区油松人工林生物量研究[D];成都理工大学;2013年

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1 洪霞;余卫东;;商丘市植被净第一性生产力对气候变化的响应[J];安徽农业科学;2007年14期

2 于海荣;李明东;刘超;赵遵军;;多元线性回归分析技术在新农村建设中的应用[J];安徽农业科学;2009年01期

3 宋先坤;马礼;;土地生产潜力对CO_2浓度和气候变化的响应——以河北省康保县为例[J];安徽农业科学;2009年09期

4 张振锋;游广永;张瑞芳;代磊强;赵元杰;;我国草原生态系统退化与恢复研究的进展与启示[J];安徽农业科学;2009年20期

5 余坤勇;刘健;赖日文;许章华;曾海雄;;基于RS和GIS林地植被生产力估测研究[J];安徽农业科学;2009年29期

6 王志良;李楠楠;张先起;史自立;;基于岭回归的水资源承载力影响因素分析[J];安徽农业科学;2010年25期

7 李海燕;赵锦慧;梁师英;;后官湖地区NPP的计算及分析[J];安徽农业科学;2010年28期

8 王红岩;高志海;王琫瑜;白黎娜;吴俊君;;基于TM遥感影像丰宁县森林地上生物量估测研究[J];安徽农业科学;2010年32期

9 冯雪芹;;河北省农民农业收入影响因素的计量分析[J];安徽农业科学;2010年36期

10 岳锋;杨斌;;不同防治方法对思茅松人工林碳汇功能的影响[J];安徽农业科学;2011年06期

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1 蒋琪琪;黄龙生;;临安市农业与非农户籍人口结构的统计对比分析[A];第十三届中国管理科学学术年会论文集[C];2011年

2 徐兮;冯晓;张义;;拱桥轴线的曲线回归和变形分析研究[A];重庆市测绘学会第三届优秀论文评选获奖论文暨2005-2006年度学术交流会论文选编[C];2008年

3 马虎兆;栾明;;天津市服务业技术进步贡献率的测算与分析[A];2008中国服务创新研讨会论文集[C];2008年

4 刘纪远;于贵瑞;王绍强;岳天祥;高志强;;陆地生态系统碳循环及其机理研究的地球信息科学方法初探[A];中国地理学会2000～2002年综合学术年会论文集[C];2002年

5 玉宝;乌吉斯古楞;王立明;张秋良;;不同结构兴安落叶松天然林生物量生产力特征[A];第二届中国林业学术大会——S3 森林经理与林业信息化的新使命论文集[C];2009年

6 潘磊;肖文发;唐万鹏;史玉虎;黄志霖;;三峡库区森林植被气候生产力模拟[A];第二届中国林业学术大会——S10 林业与气候变化论文集[C];2009年

7 李克让;陶波;邵雪梅;曹明奎;;中国陆地生态系统碳通量及其年际变化[A];新世纪气象科技创新与大气科学发展——中国气象学会2003年年会“气候系统与气候变化”分会论文集[C];2003年

8 赵玲;周锁铨;;气候因子对寒温带落叶针叶林NPP影响的数值试验分析[A];中国气象学会2005年年会论文集[C];2005年

9 何勇;丹利;董文杰;季劲均;秦大河;;末次冰盛期以来中国陆地植被净初级生产力的模拟[A];全国优秀青年气象科技工作者学术研讨会论文集[C];2006年

10 云文丽;;近50年气候变化对内蒙古典型草原净第一性生产力的影响[A];中国气象学会2007年年会生态气象业务建设与农业气象灾害预警分会场论文集[C];2007年

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1 王晓辉;中国产业结构的动态投入产出模型分析[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 谭映宇;海洋资源、生态和环境承载力研究及其在渤海湾的应用[D];中国海洋大学;2010年

3 钱一武;北京市门头沟区生态修复综合效益价值评估研究[D];北京林业大学;2011年

4 郝艳召;中观层次路网机动车排放动态量化评价研究[D];北京交通大学;2010年

5 谭骏珊;会同杉木人工林连栽生物量动态变化研究[D];中南林业科技大学;2010年

6 石军南;亚热带森林植被生物量与碳贮量特征[D];中南林业科技大学;2010年

7 方江平;西藏原始林芝云杉林群落结构与功能研究[D];中南林业科技大学;2010年

8 柏方敏;洞庭湖区不同防护林的生态功能及生态影响评价[D];中南林业科技大学;2010年

9 徐星欧;基于目标分解的全极化雷达数据估算生物量相关参数方法研究[D];武汉大学;2010年

10 赵宇刚;考虑服务水平的城市轨道交通换乘问题研究[D];北京交通大学;2011年

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1 韦居恒;武汉市城市湖泊湿地生态承载力分析研究[D];华中农业大学;2010年

2 龚月;武汉市蔬菜生产投入产出分析[D];华中农业大学;2010年

3 伍修锟;呼吸性煤尘物理化学特性的研究及应用[D];山东科技大学;2010年

4 李翠;基于车辆自动识别的智能计重监控系统的研究与设计[D];郑州大学;2010年

5 宁吉凤;职场员工情绪智力与工作绩效的关系研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

6 王嵩;大连市房地产价格影响因素研究[D];大连理工大学;2010年

7 薛雪;基于误差修正模型的农户小额信贷风险评价[D];大连理工大学;2010年

8 熊银凤;长沙市城镇失业人员再就业实证研究[D];长沙理工大学;2010年

9 易柳;无检测器路口交通流量预测方法研究[D];湘潭大学;2010年

10 伍双;结合多元回归与结构相似算法的图像质量评价[D];江西财经大学;2010年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 黎曦;鲍雪芳;王福升;;赣南毛竹生物量研究[J];安徽林业科技;2007年Z1期

2 李英成;数字遥感影像地形效应分析及校正[J];北京测绘;1994年02期

3 谢衷洁,黄香,叶伟彰,刘亚利;人工神经网络及其在金融预报中的应用(英文)[J];北京大学学报(自然科学版);2001年03期

4 朴世龙,方精云,郭庆华;1982—1999年我国植被净第一性生产力及其时空变化[J];北京大学学报(自然科学版);2001年04期

5 安尼瓦尔·买买提;杨元合;郭兆迪;方精云;;新疆草地植被的地上生物量[J];北京大学学报(自然科学版);2006年04期

6 沈国舫,关玉秀,周沛村,邢北任;影响北京市西山地区油松人工林生长的立地因子[J];北京林学院学报;1979年00期

7 董世仁,关玉秀;油松林生态系统的研究(Ⅰ)——山西太岳油松林的生产力初报[J];北京林学院学报;1980年00期

8 关玉秀 ,董世仁;油松林生态系统的研究(Ⅱ)——河北承德与山西太岳油松林生产力的比较[J];北京林业大学学报;1986年01期

9 聂道平 ,沈国舫 ,董世仁;油松人工林养分循环的研究——Ⅲ.养分元素生物循环和林分养分的平衡[J];北京林业大学学报;1986年02期

10 刘春江;北京西山地区人工油松栓皮栎混交林生物量和营养元素循环的研究[J];北京林业大学学报;1987年01期

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1 周像金;耿国华;周明全;朱翔;;基于BP神经网络和支持向量机的文物分类研究[A];计算机技术与应用进展——全国第17届计算机科学与技术应用（CACIS）学术会议论文集（上册）[C];2006年

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1 吴金友;辽宁省森林植被碳储量动态仿真模型研究[D];北京林业大学;2011年

2 范昕炜;支持向量机算法的研究及其应用[D];浙江大学;2003年

3 毛国君;数据挖掘技术与关联规则挖掘算法研究[D];北京工业大学;2003年

4 王萍;基于数据挖掘技术的消费者行为研究[D];吉林大学;2004年

5 张昕源;基于数据挖掘技术的中国上市公司财务危机预警分析[D];吉林大学;2004年

6 谭伟;基于组件GIS的造林决策支持模型的研究[D];北京林业大学;2005年

7 田英杰;支持向量回归机及其应用研究[D];中国农业大学;2005年

8 王勇;时序数据挖掘技术及其在水质预测中的应用研究[D];广东工业大学;2005年

9 李荣陆;文本分类及其相关技术研究[D];复旦大学;2005年

10 邢艳秋;基于RS和GIS东北天然林区域森林生物量及碳贮量估测研究[D];东北林业大学;2005年

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1 林力;马尾松人工林生物量模型的研究[D];福建农林大学;2011年

2 刘凯;数据挖掘在房地产数据分析中的应用[D];安徽工业大学;2010年

3 植小三;基于粗糙集理论的数据挖掘模型及属性约简算法研究[D];重庆大学;2003年

4 赵玲;植被对气候响应的初步数值试验[D];南京气象学院;2003年

5 于立燕;肺部结节的自动检测和特征分析[D];东南大学;2004年

6 杨卫民;数据仓库和数据挖掘在林业决策支持系统中的应用研究[D];中南林学院;2005年

7 蔡静峰;我国森林资源资产化管理研究[D];武汉大学;2004年

8 李井泉;森林防火预测预报系统的研究与实现[D];华北电力大学（河北）;2006年

9 杨哲;基于粗糙集理论的属性约简算法研究[D];长春理工大学;2008年

10 洪雪飞;基于粗糙集的数据挖掘算法的研究与应用[D];北京交通大学;2008年

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1 冯仲科,罗旭,石丽萍;森林生物量研究的若干问题及完善途径[J];世界林业研究;2005年03期

2 杨学义;朱立;孙超;;黔东南州森林生物量研究[J];资源开发与市场;2007年08期

3 王维枫;雷渊才;王雪峰;赵浩彦;;森林生物量模型综述[J];西北林学院学报;2008年02期

4 万猛;李志刚;李富海;阿不都克依木;;基于遥感信息的森林生物量估算研究进展[J];河南林业科技;2009年04期

5 毛学刚;范文义;李明泽;于颖;杨金明;;黑龙江长白山森林生物量的时空变化分析[J];植物生态学报;2011年04期

6 范文义;张海玉;于颖;毛学刚;杨金明;;三种森林生物量估测模型的比较分析[J];植物生态学报;2011年04期

7 巨文珍;农胜奇;;森林生物量研究进展[J];西南林业大学学报;2011年02期

8 董宇;;我国森林生物量估测方法研究进展[J];安徽农业科学;2011年34期

9 孙翀;;森林生物量模型国内外研究概述[J];北京农业;2012年09期

10 陈文烯;;基于遥感数据的森林生物量测定理论与方法[J];亚热带水土保持;2013年02期

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1 王海鹏;大内和夫;金亚秋;;机载极化SAR数据对于苫小牧森林生物量的研究[A];第二届微波遥感技术研讨会摘要全集[C];2006年

2 王红岩;高志海;王琫瑜;李世明;白黎娜;;基于SPOT5遥感影像丰宁县森林生物量估测研究[A];第十七届中国遥感大会摘要集[C];2010年

3 史玉峰;陈健;;雷达遥感技术在森林资源管理与监测中的应用[A];第二届中国林业学术大会——S3 森林经理与林业信息化的新使命论文集[C];2009年

4 何红艳;郭志华;赵宪文;;遥感在森林地上生物量估算中的现状及展望[A];第十五届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2005年

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1 记者 王建兰;[N];中国绿色时报;2013年

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1 高萌;基于数据挖掘的区域森林乔木层生物量估算与评价研究[D];东北林业大学;2015年

2 李明泽;东北林区森林生物量遥感估算及分析[D];东北林业大学;2010年

3 张海玉;张广才岭及完达山森林生物量遥感估测及变化驱动力分析[D];东北林业大学;2011年

4 仝慧杰;森林生物量遥感反演建模基础与方法研究[D];北京林业大学;2007年

5 岳彩荣;香格里拉县森林生物量遥感估测研究[D];北京林业大学;2012年

6 王仲锋;森林生物量建模与精度分析[D];北京林业大学;2006年

7 肖兴威;中国森林生物量与生产力的研究[D];东北林业大学;2005年

8 韩爱惠;森林生物量及碳储量遥感监测方法研究[D];北京林业大学;2009年

9 程秋生;NDVI协同下森林生物量定量估算研究[D];北京林业大学;2013年

10 邢艳秋;基于RS和GIS东北天然林区域森林生物量及碳贮量估测研究[D];东北林业大学;2005年

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1 刘磊;基于多源数据的森林生物量与生产力估算研究[D];南京林业大学;2010年

2 刘正显;基于GWR模型的凉水自然保护区森林生物量空间分布研究[D];东北林业大学;2015年

3 张耀;融合多源遥感数据的森林生物量估算研究[D];中南林业科技大学;2015年

4 张胜;湘中丘陵区4种森林生物量及分配特征[D];中南林业科技大学;2015年

5 徐婷;基于LiDAR和OLI多光谱数据的森林生物量估算方法及应用[D];南京林业大学;2015年

6 张慧芳;北京地区森林植被生物量遥感反演及时空动态格局分析[D];北京林业大学;2008年

7 张元元;大兴安岭地区森林生物量遥感模型的研究[D];东北林业大学;2009年

8 荣婧;森林生物量及最优采伐的非线性模型研究[D];北京林业大学;2006年

9 董宇;基于遥感信息估测将乐县森林生物量的研究[D];北京林业大学;2012年

10 王轶夫;基于神经网络的森林生物量估测模型研究[D];北京林业大学;2013年

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本文编号：181420