文档介绍：森林资源系统的计算机仿真与现代化管理*国家自然科学基金资助项目(79970082)
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摘要本文论述了森林资源系统的计算机仿真理论和方法,它是森林资源现代化管理的理论基础和最主要的系统方法之一。
关键词森林资源模型计算机仿真现代化管理
1 引言
森林资源系统的计算机仿真,就是借助描述森林资源系统的数学模型,在计算机上对森林资源系统的动态变化规律和生灭过程进行各种模拟、试验和计算分析。由于计算机仿真具有模拟、试验、协调、控制、优化、运筹、决策等功能,使得其成为现代化管理理论的依据和最主要的系统方法之一。因此,森林资源系统的计算机仿真是林业科学工作和系统理论工作者研究的热点问题。
目前,无论是国外还是国内所进行的森林资源的计算机仿真,所使用的数学模型不是经验模型就是统计模型,并多为常微分方程。它们都不是根据森林资源的动态变化规律和生灭过程而推出的数理方程,这些模型都不能从空间和时间状态同时对森林资源的“生”、“长”、“死”及动态变化规律作出深刻而准确的描述和表达。因此,用这样的数学模型进行的计算机仿真不可能对森林资源的动态变化规律和生灭过程作深刻、精确的描述和表达,不能对森林资源进行准确的模拟、试验和分析,用这样的模型对森林资源进行计算机仿真很难建立起森林资源现代化管理的计算机仿真理论和技术方法。
本文论述的森林资源系统计算机仿真所使用的数学模型是我们在已完成的国家自然科学基金项目中所推导的描述森林资源动态变化和生灭过程的数理方程,这些模型是维数不等的偏微分方程,描述了森林资源的状态空间和时间空间内的动态变化规律、生灭过程和运动轨迹。因此,森林资源系统的计算机仿真是属于分布参数系统的计算机仿真。
2 森林资源系统仿真的数学模型
森林资源是森林的数量和质量的统一标度和表达,是森林具有财产和价值的属性部分。目前,森林资源一般是指森林的面积资源和立木蓄积资源。森林资源是由森林各种各样维数不等的数量分布结构组成,森林的这种数量分布结构称为森林资源分布结构。森林资源是森林数量分布结构的总称,是各种特定(具体)的森林资源分布结构的集合体,每一种特定的森林资源分布结构表示了一种特定(具体)的森林资源。
根据森林资源是由许许多多一维、二维……n维等数量分布结构组成,并依据森林资源分布结构的动态变化规律和生灭过程推导出了描述森林资源分布结构动态变化规律和生灭过程的数理方程。
(1)同龄纯林的林龄面积分布结构变化方程:
(1 )
(2)林木直径分布结构结构变化方程:
(2 )
(3)林木株数的直径·树高分布结构变化方程:
(3 )
(4)混交林的林木直径分布结构变化方程:
(4 )
(5)混交异龄林的林木株数的直径·林龄分布结构变化方程:
(5 )
(6)混交异龄林的面积按混交系数·平均年龄分布的分布结构变化方程:
(6 )
(7)森林资源分布结构变化方程的一般形式(通式方程)
(7 )
以上均为方程的连续型模型。森林资源的计算机仿真就是用上述方程的离散型模型。离散型模型一般可用向量的形式或矩阵的形式表示,由于篇幅关系上述方程的离散型模型从略。
在上述方程中,(1)至(6)式是描述森林资源某些具体分布结构的动态变化规律和生灭过程的数理方程;(7)式是描述森林资源各种连续型、阶梯型分布结构的动态变化规律和生灭过