人工林在提供木材产品、保护生态环境等方面发挥着重要作用,如何实现森林质量精准提升,科学合理地经营管理人工林是实现森林可持续经营重要途径。树冠作为人工林重要组成部分,其大小(冠幅、冠长、外轮廓形状、树冠体积)不仅能够直接反映树木生长活力及空间属性,而且可用于评价森林是否需要经营以及抚育间伐参数的确定。树冠生长情况以及林木个体间树冠重叠程度等能为密度控制与调整提供理论依据,利用树冠模型驱动林分三维可视化,将不同林分条件下林木个体占有空间大小直观地展示出来,结合人工林密度控制决策模型,能够定性定量分析林分生长状况,为森林经营提供决策支持服务。本研究围绕人工林经营,以福建杉木和广西桉树为主要研究对象,以收集整理森林资源一类清查样地和标准地调查数据为基础,为了更加合理地描述不同林分条件下树冠形态变化规律,以不同林龄、密度、立地条件下杉木林和不同林龄下桉树林为研究对象,通过方差分析与多重比较方法对建模数据进行聚类,研究表明杉木在分组I(5-10年)、分组Ⅱ(11-15年)、分组Ⅲ(≥>16年)下的树冠半径之间存在显著差异,桉树1-2年、3-4年、5-6年生分组下树冠半径之间差异明显。为了定性定量分析探讨影响树冠外轮廓形态的因素,准确合理地描述不同生长条件下树冠外轮廓模型形状,收集整理国内外文献中3大类模型包括简单单个方程模型、分段模型及可变指数模型,利用聚类数据对比选择不同分组下最优树冠外轮廓模型作为基础备选模型,进一步研究林木因子(胸径、树高等)及林分因子(林分密度等)和杉木树冠形态之间关系,并利用模型再参数化方法构建与林分密度变量有关的树冠外轮廓形态模型。杉木树冠的动态生长模型不仅能够间接预测树冠动态生长,而且能够预测树冠体积与间接推算生物量。通过构建树冠冠幅与冠长动态生长模型,结合树冠外轮廓形态模型实现未来杉木树冠的动态生长预测。本文利用修正函数方法构建冠幅生长模型,研究表明以幂函数作为冠幅-年龄潜在生长量方程和以胸径的指数方程形式作为误差修正函数,构建冠幅动态生长模型能够很好地描述冠幅的动态变化;综合分析冠长与年龄、立地、密度等关系,利用相关分析与逐步回归方法筛选变量,最终构建以树高和年龄作为自变量的冠长生长模型,能够很好地描述冠长动态生长;为进一步估测杉木树冠体积和树冠生物量,研究树冠外轮廓-体积相容性模型方程组和树冠因子经验模型2种体积模型构建方法,对于可积分树冠外轮廓模型来说,可通过构建树冠外轮廓-体积一致性相容方程组推导树冠体积,保证了模型参数的一致性和无偏性,而对于可变指数等复杂的树冠外轮廓模型方程来说,积分方法不可行,通过利用冠幅、冠长等树冠因子构建树冠体积预测方程,通过树冠因子动态变化描述树冠体积变化规律。在树冠数据获取时,由于树冠外轮廓多个测量数据均来自同一株树木,针对数据之间存在自相关性和异方差问题,分别采用边际模型和非线性混合效应2种方法构建树冠外轮廓形态模型,研究表明两种方法建立的模型对建模样本和验证样本的拟合预测结果精度都优于最小二乘法,其中边际模型方法通过构建幂函数形式的加权方差函数与一阶连续自回归CAR(1)方差-协方差结构有效解决了异方差和自相关问题,非线性混合效应方法通过增加随机效应参数,确定组内方差-协方差结构等操作来解决重复测量数据建模过程中存在的问题。在实际森林经营过程中为了直观地反映不同生长条件下树冠生长活力及林木个体间树冠重叠程度,为抚育间伐调整林分密度提供依据。本文基于构建的树冠外轮廓模型和树冠动态生长模型,研究人工林树木树体、冠形、分枝结构等特征,研究构建了表达林分中树木形态的三维数字化XML模型的生成、表达与存储,该模型综合考虑影响人工林树木生长的外界因素以及自身特点,更加符合人工林树木生长实际情况,特别适用于森林经营可视化过程中描述树木树冠形态以及分析林木空间分布格局。为了定性定量描述不同抚育间伐措施下林分树木生长状态,建立了集成传统林分密度控制模型、林木径阶分布模型、树干削度方程、树冠形态与体积模型、林分年净现值收益模型、生物量与碳储量模型等6个功能模块的林分密度控制决策模型库,不仅能够描述林分的平均蓄积收获量、经济收益、生物量以及碳储量等,而且能够从林木个体角度描述林分树木树冠生长,从而实现多维度地森林经营决策。在前面研究基础上,立足于目前森林经营决策系统存在的问题,对服务于人工林小班经营模拟的辅助决策系统进行需求分析、系统流程与功能设计,并对基于间伐的生长收获模拟、林分密度控制图动态绘制以及林分三维可视化模拟等系统关键技术进行研究,最终编程实现一个能够服务于人工林小班经营模拟的辅助决策系统,为森林经营提供决策支持服务。