본 연구는 국내 소나무, 잣나무, 낙엽송을 대상으로 입목의 총재적 중 상부직경 혹은 상부수고까지의 재적을 예측하는 이용재적모델을 개발하고자 수행되었다. 모델개발을 위하여 사용된 자료는 강원 및 경북지역의 소나무림, 잣나무림, 낙엽송림에서 수집한 총 131본의 수간석해목이었으며, 이용재적비율, 단순비율형태, 지수비율형태의 6개 이용재적식을 검토하여 최종모델을 개발하였다. 본 연구의 분석결과, 상부직경까지의 이용재적예측은 지수비율형태인 $V_d=V_t\{{\exp}[{\alpha}_1(d^{{\alpha}_2}/D^{{\alpha}_3})]\}$ 이 상부수고까지의 이용재적예측은 단순비율형태인 $V_h=V_t\{1+{\beta}_1(P^{{\beta}_2}/H^{{\beta}_3})\}$이 최종모델로 선정되었다. 본 연구에서 선정된 2개의 최적모델식을 정리하여 내재간곡선식을 도출하였으며, 이를 활용해 상부직경에 따른 상부수고와 상부수고에 따른 상부직경 예측이 가능하였다. 본 연구결과에서 개발된 모델은 높은 정확도뿐만 아니라 임업현장에서 편리하게 사용할 수 있어 활용도가 높을 것으로 판단된다.
본 연구는 국내 소나무, 잣나무, 낙엽송을 대상으로 입목의 총재적 중 상부직경 혹은 상부수고까지의 재적을 예측하는 이용재적모델을 개발하고자 수행되었다. 모델개발을 위하여 사용된 자료는 강원 및 경북지역의 소나무림, 잣나무림, 낙엽송림에서 수집한 총 131본의 수간석해목이었으며, 이용재적비율, 단순비율형태, 지수비율형태의 6개 이용재적식을 검토하여 최종모델을 개발하였다. 본 연구의 분석결과, 상부직경까지의 이용재적예측은 지수비율형태인 $V_d=V_t\{{\exp}[{\alpha}_1(d^{{\alpha}_2}/D^{{\alpha}_3})]\}$ 이 상부수고까지의 이용재적예측은 단순비율형태인 $V_h=V_t\{1+{\beta}_1(P^{{\beta}_2}/H^{{\beta}_3})\}$이 최종모델로 선정되었다. 본 연구에서 선정된 2개의 최적모델식을 정리하여 내재간곡선식을 도출하였으며, 이를 활용해 상부직경에 따른 상부수고와 상부수고에 따른 상부직경 예측이 가능하였다. 본 연구결과에서 개발된 모델은 높은 정확도뿐만 아니라 임업현장에서 편리하게 사용할 수 있어 활용도가 높을 것으로 판단된다.
This study was conducted to develop the merchantable stem volume models to predict the volume up to upper diameter or upper height out of the total stem volume, targeting on Pinus densiflora, Pinus koraiensis, and Larix kaempferi in South Korea. The 131 stemmed sample trees for stem analysis were us...
This study was conducted to develop the merchantable stem volume models to predict the volume up to upper diameter or upper height out of the total stem volume, targeting on Pinus densiflora, Pinus koraiensis, and Larix kaempferi in South Korea. The 131 stemmed sample trees for stem analysis were used as the data for developing the models. The six kinds of merchantable volume equations including merchantable volume ratio form, ratio form, and exponential ratio form were examined to develop the best models. The two models were finally selected as the best models to predict the merchantable volume: $V_d=V_t\{{\exp}[{\alpha}_1(d^{{\alpha}_2}/D^{{\alpha}_3})]\}$ for upper diameter and $V_h=V_t\{1+{\beta}_1(P^{{\beta}_2}/H^{{\beta}_3})\}$ for upper height. By rearranging the best model equations, implicit taper functions were derived, and the estimation was performed for the upper height by upper diameter and upper diameter by upper height. Because of not only the high accuracy but also the convenience, the models developed in this study were considered to be easily applicable in the field of forestry.
This study was conducted to develop the merchantable stem volume models to predict the volume up to upper diameter or upper height out of the total stem volume, targeting on Pinus densiflora, Pinus koraiensis, and Larix kaempferi in South Korea. The 131 stemmed sample trees for stem analysis were used as the data for developing the models. The six kinds of merchantable volume equations including merchantable volume ratio form, ratio form, and exponential ratio form were examined to develop the best models. The two models were finally selected as the best models to predict the merchantable volume: $V_d=V_t\{{\exp}[{\alpha}_1(d^{{\alpha}_2}/D^{{\alpha}_3})]\}$ for upper diameter and $V_h=V_t\{1+{\beta}_1(P^{{\beta}_2}/H^{{\beta}_3})\}$ for upper height. By rearranging the best model equations, implicit taper functions were derived, and the estimation was performed for the upper height by upper diameter and upper diameter by upper height. Because of not only the high accuracy but also the convenience, the models developed in this study were considered to be easily applicable in the field of forestry.
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문제 정의
따라서 본 연구는 국내 주요 침엽수종이자 경제수종인 소나무, 잣나무, 낙엽송을 대상으로 흉고직경과 수고를 이용하여 상부직경 혹은 상부수고에 따른 이용재적식을 개발하고자 하였다.
본 연구는 우리나라 주요 경제수종이자 대표 침엽수종인 소나무, 잣나무, 낙엽송을 대상으로 상부직경과 상부수고에 따른 이용재적을 예측하고 내재간곡선식을 이용하여 상부직경과 상부수고를 상호적으로 추정하는 모델을 개발하였다. 이용재적모델 개발은 강원 및 경북 지역에서 수집한 수간석해목 자료를 활용하였으며, 이용재적 비율형태, 단순비율형태, 지수비율형태의 이용재적식을 다양하게 검토하여 최적모델을 선정하였다.
제안 방법
본 연구에서는 수종별 이용재적식에 대한 파라미터들이 추정되었는데, 용도별 사용이 가능하도록 수피포함 및 제외를 구분하여 상부직경에 따른 이용재적모델을 개발하였다(Table 3). 추정된 파라미터들은 선행연구들과 비교하여 과대 혹은 과소 추정된 값은 발생하지 않고 적합한 예측결과를 보여주었다.
본 연구는 우리나라 주요 경제수종이자 대표 침엽수종인 소나무, 잣나무, 낙엽송을 대상으로 상부직경과 상부수고에 따른 이용재적을 예측하고 내재간곡선식을 이용하여 상부직경과 상부수고를 상호적으로 추정하는 모델을 개발하였다. 이용재적모델 개발은 강원 및 경북 지역에서 수집한 수간석해목 자료를 활용하였으며, 이용재적 비율형태, 단순비율형태, 지수비율형태의 이용재적식을 다양하게 검토하여 최적모델을 선정하였다.
한편 본 연구에서는 총재적에 대한 모델식은 추가적으로 개발하지 않았으며 기존에 개발되어 높은 신뢰성와 적합도를 갖는 흉고직경, 수고의 이변수 재적식을 이용하였다(Lee et al., 2017b). 총재적을 예측하는 모델의 경우, 소나무는 식 1, 잣나무는 식 2, 낙엽송은 식 3과 같으며, 모두 수피포함재적을 예측하는 식이다.
대상 데이터
본 연구의 이용재적식 개발을 위해 강원 및 경북지역의 소나무림, 잣나무림, 낙엽송림 내에서 벌도하여 수집된 수간석해목 자료를 이용하였다(Lee et al., 2017b). 해당 임목는 분지 및 절단이 없는 형질이 곧은 표준목을 대상으로 하였으며, 수간석해 수집방법에 따라 원판 시료를 수집하였다(Lee and Choi, 2016).
해당 임목는 분지 및 절단이 없는 형질이 곧은 표준목을 대상으로 하였으며, 수간석해 수집방법에 따라 원판 시료를 수집하였다(Lee and Choi, 2016). 분석에 이용된 자료는 소나무 39본, 잣나무 47본, 낙엽송 45본 이었으며, 소경급부터 대경급까지 다양한 표본이 수집되었다(Table1). 또한, 수종별 평균 흉고직경은 모두 대경급에 가까워 벌채 대상이 될 입목의 이용재적식 개발에 더욱 적합하다고 판단되었다.
이용재적식의 산출을 위해 선행연구를 검토하여 6개의 이용재적모델을 최종적으로 선정하였다(Table 2). 선정모델은 상부직경에 따른 이용재적을 예측하기 위해 사용된 Model 1,3,5와 상부수고에 따른 이용재적을 예측하기 위해 사용된 Model 2,4,6으로 구성되었다. 이 중 Model 1, Model 2는 이용재적과 총재적의 비율을 반응변수로 이용하였으며(Burkhart, 1977; Cao and Burkhart, 1980), Model 3, Model 4는 총재적과 Model 1, Model 2에서 예측한 이용재적비율의 곱을 해당 상부직경 혹은 상부수고까지의 이용재적이라는 형태로 구성된다(Amateis and Burkhart, 1987; Bullock and Burkhart, 2003).
이용재적식의 산출을 위해 선행연구를 검토하여 6개의 이용재적모델을 최종적으로 선정하였다(Table 2). 선정모델은 상부직경에 따른 이용재적을 예측하기 위해 사용된 Model 1,3,5와 상부수고에 따른 이용재적을 예측하기 위해 사용된 Model 2,4,6으로 구성되었다.
, 2017b). 해당 임목는 분지 및 절단이 없는 형질이 곧은 표준목을 대상으로 하였으며, 수간석해 수집방법에 따라 원판 시료를 수집하였다(Lee and Choi, 2016). 분석에 이용된 자료는 소나무 39본, 잣나무 47본, 낙엽송 45본 이었으며, 소경급부터 대경급까지 다양한 표본이 수집되었다(Table1).
데이터처리
, 2013). 모델검증을 위하여 결정계수(R2, coefficient of determination), 평균제곱근오차(RMSE, root mean square error), 평균편차(MD, mean deviation), 평균절대편차(MAD, mean absolute deviation)를 사용하였으며, 예측모델의 적합도와 신뢰성을 확인하고자 잔차도를 검토하였다.
이론/모형
Table 2. Candidate merchantable stem volume equations used in this study.
내재간곡선식(Implicit Taper Function)은 분석결과 선정된 최적의 이용재적모델을 이용하여 유도하였다. 즉, 상부직경에 따른 이용재적 예측모델과 상부수고에 따른 이용재적 예측모델을 활용하면 Vd/Vt = Vh/Vt 형태의 식을 세울 수 있다.
상부직경 및 상부수고에 따른 이용재적을 추정하는 최적모델 Model 4와 Model 5를 이용하여 내재간곡선식(Implicit Taper Function)을 유도하였다(Amateis and Burkhart, 1987). 내재간곡선식은 Model 4와 Model 5 두 식을 이용하여 산출되는 이용재적은 같다는 Vd/Vt = Vh/Vt 꼴이 활용되었다.
성능/효과
추정된 파라미터들은 선행연구들과 비교하여 과대 혹은 과소 추정된 값은 발생하지 않고 적합한 예측결과를 보여주었다. 검정통계량 분석결과, 수종별 수피여부에 따른 이용재적식 중 Model 5가 가장 작은 평균제곱근오차와 절대평균편차를 나타냈다. 또한, 잔차도 분석결과에서도 Model 1과 Model 3은 예측값에 따라 고른 잔차가 분포하지 않고 이상적이지 않은 형태를 보인 반면에 Model 5는 전반적으로 작고 고른 잔차 분포를 나타냈으며, 이상적인 패턴을 보였다.
분석에 이용된 자료는 소나무 39본, 잣나무 47본, 낙엽송 45본 이었으며, 소경급부터 대경급까지 다양한 표본이 수집되었다(Table1). 또한, 수종별 평균 흉고직경은 모두 대경급에 가까워 벌채 대상이 될 입목의 이용재적식 개발에 더욱 적합하다고 판단되었다.
검정통계량 분석결과, 수종별 수피여부에 따른 이용재적식 중 Model 5가 가장 작은 평균제곱근오차와 절대평균편차를 나타냈다. 또한, 잔차도 분석결과에서도 Model 1과 Model 3은 예측값에 따라 고른 잔차가 분포하지 않고 이상적이지 않은 형태를 보인 반면에 Model 5는 전반적으로 작고 고른 잔차 분포를 나타냈으며, 이상적인 패턴을 보였다. 이에 따라 상부직경에 따른 최적의 이용재적식은 수종 및 수피여부에 관계없이 Model 5로 선정되었으며, 본 연구의 최적 모델은 Bullock and Burkhart(2003)이 수행한 연구결과와 일치하였다.
상부수고에 따른 수종별 이용재적식에 대한 모델적합에서도 선행연구와 비교하여 과대 혹은 과소 추정된 파라미터들은 나타나지 않았다(Table 4). 모델들의 검정통계량을 살펴본 결과 먼저 상부직경에 따른 이용재적모델들보다 전반적인 검정통계량들이 더 작게 나타나 높은 적합도를 갖는 것으로 판단되었다. 또한, 상부수고에 따른 최적 이용재적식은 예측모델 중 검정통계량의 값이 가장 작았으며 잔차도에서 예측값에 따른 잔차가 가장 작고 고른 분포를 보였던 Model 4로 선정되었다(Bullock and Burkhart, 2003).
최종적으로 이용재적모델은 수피포함 및 제외에 따라 수종별로 개발하였으며 상부직경에 따른 이용재적 예측은 지수비율형태인 Model 5에서 상부수고에 따른 이용재적 예측은 단순비율형태인 Model 4에서 가장 적합도가 높아 최적모델로 선정되었다. 더불어 선정된 최종모델을 통해 개발된 내재간곡선식을 이용하면 상부직경과 상부수고를 추정할 수 있어 현장에서 편리하게 활용할 수 있을 것이라 사료된다.
본 연구에서는 수종별 이용재적식에 대한 파라미터들이 추정되었는데, 용도별 사용이 가능하도록 수피포함 및 제외를 구분하여 상부직경에 따른 이용재적모델을 개발하였다(Table 3). 추정된 파라미터들은 선행연구들과 비교하여 과대 혹은 과소 추정된 값은 발생하지 않고 적합한 예측결과를 보여주었다. 검정통계량 분석결과, 수종별 수피여부에 따른 이용재적식 중 Model 5가 가장 작은 평균제곱근오차와 절대평균편차를 나타냈다.
후속연구
최종적으로 이용재적모델은 수피포함 및 제외에 따라 수종별로 개발하였으며 상부직경에 따른 이용재적 예측은 지수비율형태인 Model 5에서 상부수고에 따른 이용재적 예측은 단순비율형태인 Model 4에서 가장 적합도가 높아 최적모델로 선정되었다. 더불어 선정된 최종모델을 통해 개발된 내재간곡선식을 이용하면 상부직경과 상부수고를 추정할 수 있어 현장에서 편리하게 활용할 수 있을 것이라 사료된다.
본 연구는 구하고자 하는 상부직경 및 상부수고에 따라 이용재적을 유연하게 추정할 수 있으며, 내재간곡선 식을 이용하여 상부직경과 상부수고를 예측하는데 간편하게 활용할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
이용재적이란?
, 2017a). 이와 같이 용도에 맞추어 예측하고자 하는 상부직경 혹은 상부수고까지의 재적을 이용재적이라 일컫는다(Burkhart, 1977; Burkhart and Tomé, 2012).
우리나라 주요 경제수종에는 어떤 것이 있는가?
국내에서 이용재적은 특히 주요 경제수종인 소나무, 잣나무, 낙엽송에 적용이 필요한 실정인데(Korea Forest Research Institute, 2012a, 2012b, 2012c), 현재 세 수종이 용재로 사용되는 재적량은 소나무 21.6%, 잣나무 5.
국외에서 이용재적식은 이용재적비율 연구 이 후 어떻게 변화하였는가?
국외에서 이용재적식은 총 수간재적 중 근원부부터 해당 상부직경까지의 재적을 구하는 이용재적비율에서부터 연구가 진행되어 왔다(Honer, 1964; Burkhart, 1977). 이후 상부수고까지의 재적비율을 계산하는 식을 개발하였으며(Cao and Burkhart, 1980), 총재적과 이용재적비율의 곱을 통하여 이용재적을 추정하는 식으로 발전하였다(Knoebel et al., 1984; Amateis and Burkhart, 1987; Tassisa et al., 1997). 위 식은 통계적으로 더욱 유의하며 적합도가 높은 지수비율형태의 식과도 비교하는 연구에 이르렀다(Bullock and Burkhart, 2003).
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