多层数据结构的虚植物冠层光合有效辐射分布模拟方法

摘要

本发明涉及一种多层数据结构的虚植物冠层光合有效辐射分布模拟方法，包括以下步骤：建立虚拟植物模型并创建高逼真度及复杂度的虚拟植物场景；采用相关天文参数法或实地测量法收集植被冠顶光合有效辐射强度值；采用启数据结构方法依次构建虚拟植被场景单株树木几何模型、场景及地形三个层级数据结构；创建太阳直射和天空散射PAR光线矢量平面，分别采用蒙特卡洛光线跟踪算法和龟壳算法依次跟踪光线平面上各光线矢量，并对场景、单树、及地形三级数据结构分别进行遍历，判断光线与三角面片是否相交，统计各三角面片天空可见率，计算各三角面片太阳直射PAR和天空散射PAR，得到虚拟植物冠层PAR三维空间分布模拟结果。

主权项

一种多层数据结构的虚植物冠层光合有效辐射分布模拟方法，其特征在于，按照如下步骤实现：步骤S1：获取典型单株植物结构特征参数和样地调查数据库，采用虚拟单株植物建模软件建立高逼真度、自然生长的单株植物精细三维模型；获取目标区域DEM、TIN及地形数据，并基于植被场景构建软件建立虚拟植被场景；步骤S2：根据样地地理位置和气候条件，采用天文参数计算算法，计算得出不同时刻的冠顶辐射强度，或采用测量仪器实地、实时收集植被冠顶光合有效辐射强度值；步骤S3：对所述虚拟植被场景中除针叶簇单元之外的其它场景要素三角面片化或结构化，采用数据结构分别针对单株树木的几何模型、场景及地形中所包含的三角面片及针叶簇单元构建三级数据结构；步骤S4：创建太阳直射光线矢量平面，采用光线跟踪算法依次跟踪所述太阳直射光线矢量平面上各光线矢量，并对单株树木的几何模型、场景及地形对应的三级数据结构分别进行遍历；当光线与三角面片有交时，将吸收的太阳直射PAR赋予相交的三角面片，采用蒙特卡洛算法分别模拟太阳直射PAR及天空散射PAR与三角面片反射、透射及吸收的全过程，且均基于单株树木的几何模型、场景及地形三级数据结构分别遍历以判断反射、透射光线是否与三角面片相交；步骤S5：确定天穹剖分分辨率，采用龟壳算法依次对场景内各三角面片循环，分别在各三角面片所在水平面单位半球形成光线矢量集合，依次循环光线集合每条光线，并对单株树木的几何模型、场景及地形三级数据结构进行遍历，标记与面片有交的光线，统计各三角面片天空可见率，结合冠顶天空散射PAR和三角面片天空可见率计算各三角面片天空散射PAR；步骤S6：场景内各三角面片太阳直射PAR和天空散射PAR总和即为该三角面片光合有效辐射总值。