Phát triển ứng dụng mô hình hóa cấu trúc và sinh trường rừng trồng

Minh họa trực quan, sinh động cấu trúc của rừng ở thời điểm hiện tại cũng như động thái sinh trưởng của rừng theo thời gian ở dạng không gian ba chiều, trắc diện đứng và trắc diện ngang để từ đó tìm ra các biện pháp kỹ thuật điều tiết sinh trưởng của rừng nhằm đạt được kết quả mong muốn, luôn là điều mong muốn của các nhà lâm học. Tuy nhiên, theo phương pháp vẽ trực tiếp trên giấy sẽ tốn nhiều thời gian, công sức và kinh phí. Chính vì vậy, mà nội dung này thường không được thực hiện trong các nghiên cứu cũng như trong thực tiễn sản xuất. Mặt khác, các chỉ tiêu sinh trưởng của rừng luôn có mối quan hệ mật thiết với chính đặc điểm cấu trúc của lô rừng đó và các yếu tố môi trường khác, là mối quan hệ tác động qua lại của nhiều yếu tố, nhưng theo những quy luật lâm học nhất đinh. Do đó, việc xây dựng được những mô hình sinh trưởng của rừng trồng bằng những phương trình toán học thường được thực hiện bởi những nhà lâm học học có kinh nghiệm với những phần mềm thống kê chuyên dụng. Còn trong thực tiễn thì việc xây dựng những phương trình toán học này chưa được vận dụng rộng rãi. Ứng dụng mô hình hóa cấu trúc và sinh trưởng rừng trồng được phát triển với hy vọng góp phần khắc phục những hạn chế nêu trên và có những mục tiêu cụ thể: (1) Đọc và nhận biết được các biến số là các trường dữ liệu đầu vào. (2) Xây dựng được các mô hình cấu trúc rừng ở dạng không gian 3 chiều biến động thời gian theo. (3) Vẽ được trắc diện đứng, trắc diện ngang của rừng. (4) Vẽ được đồ thị phản ánh mối quan hệ giữa các chỉ tiêu sinh trưởng với thời gian. (5) Tính được độ che phủ, tỷ lệ khép tán theo thời gian sinh trưởng. (6) Xây dựng được các phương trình hồi quy về sinh trưởng của rừng trồng một cách thuận lợi. (6) Xuất kết quả đầu ra ở dạng Excel, Word. Để đáp ứng được những mục tiêu nêu trên, Ứng dụng có những chức năng cơ bản như sau: (1) Xây dựng mô hình không gian 3 chiều về cấu trúc rừng trồng: Từ những thông số về kích thước và tọa độ ô tiêu chuẩn, cụ ly hàng, cự ly cây, đường kính tán, chiều cao dưới cành, chiều cao vút ngọn, chiều cao tán theo tuổi trong cơ sở dữ liệu, chương trình sẽ tự động xây dựng mô hình gian 3 chiều về cấu trúc rừng trồng diễn biến theo tuổi, được minh họa ở Hình 01. /uploads/news/2016_06/image007.png Hình 01: Mô hình không gian 3 chiều về cấu trúc rừng trồng theo tuổi (2) Vẽ trắc diện ngang của rừng trồng diễn biến theo tuổi: Từ những thông số về kích thước ô tiêu chuẩn, cụ ly hàng, cụ ly cây, đường kính tán theo tuổi, chương trình sẽ vẽ ra trắc diện ngang của lô rừng, đồng thời tính toán độ che phủ, thời điểm khép tán, tỷ lệ khép tán như ở Hình 02. /uploads/news/2016_06/image009.png Hình 02: Trắc diện ngang của rừng trồng theo tuổi (3) Vẽ trắc diện đứng của rừng trồng diễn biến theo tuổi: Cũng từ những thông số về sinh trưởng, cấu trúc của rừng trồng theo tuổi như đã trình bày ở những nội dung trên, chương trình sẽ vẽ ra trắc diện đứng, đồ thị các chỉ tiêu sinh trưởng của rừng theo thời gian như Hình 03. /uploads/news/2016_06/image011.png Hình 03: Trắc diện đứng và đồ thị sinh trưởng của rừng trồng theo tuổi (4) Thiết lập phương trình hồi quy đơn biến dạng y = a+bx: Cơ sở dữ liệu về sinh trưởng rừng trồng theo tuổi được nhập vào, chương trình sẽ tự động đọc, nhận biết và xuất danh mục tên của các trường dữ liệu. Tên trường dữ liệu chính là các biến để lựa chọn xây dựng các phương trình hồi quy. Từ danh mục biến, chọn biến phụ thuộc (biến y) và chọn biến độc lập (biến x). Để lựa chọn được phương trình phản ánh tốt hơn mối quan hệ giữa các yếu tố (các biến) thì tiến hành biến đổi biến đổi biến phụ thuộc (x) về dạng logarit hoặc dạng mũ với cơ số và số mũ tùy chọn. Kết quả xây dựng phương trình hồi quy đơn biến dạng y = a + bx được minh họa ở Hình 04. /uploads/news/2016_06/image013.png Hình 04: Xây dựng phương trình hồi quy đơn biến sinh trưởng rừng trồng (5) - Thiết lập phương trình hồi quy đơn biến dạng y = b0+b1x1+ b2x2+...+bnxn: Tương tự như đối với phương trình hồi quy dạng y = a + bx. Chương trình cho phép tùy chọn các biến phụ thuộc (y), tùy chọn và biến đổi và các biến độc lập (xi). Sau khi đã chọn xong các biến và dạng biến, chương trình sẽ xây dựng phương trình hồi quy dạng y = b0+b1x1+ b2x2+...+bnxn.Kết quả xây dựng phương trình hồi quy đa biến được minh họa ở Hình 08, trong đó thông báo rõ biến phụ thuộc, biến độc lập, những thông số thống kê cơ bản của các biến, các ma trận, quá trình biến đổi ma trận, giá trị hệ số phương trình và phương trình hồi quy đa biến như Hình 05 /uploads/news/2016_06/image015.png Hình 05: Xây dựng phương trình hồi quy đa biến sinh trưởng rừng trồng Như vậy, Ứng dụng đã: (1) Mô hình hóa được cấu trúc của rừng trồng diễn biến theo thời gian ở dạng không gia ba chiều, trắc diện ngang và trắc diện dọc. (2) Linh hoạt nhận diện biến (tên trường dữ liệu), biến đổi biến theo hàm logarit và hàm mũ.(3) Linh hoạt lựa chọn biến phụ thuộc, biến độc lập và xây dựng được các phương trình hồi quy đơn biến, đa biến về sinh trưởng của rừng trồng. Hy vọng sẽ nhận được sử góp ý của các nhà quản lý, chủ rừng, đồng nghiệp để tiếp tục phát triển thêm chức năng, sát với yêu cầu từ thực tiễn bảo vệ và phát triển bền vững tài nguyên rừng của tỉnh.