李軼濤

(山西省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，山西 太原 030012)

全國森林資源連續(xù)清查是我國自20世紀70年代起，以省(自治區(qū)、直轄市)為單位，每5 a針對固定樣地為主進行復查的森林資源調(diào)查方法。作為國家唯一認可的森林資源權(quán)威數(shù)據(jù)來源，森林資源連續(xù)清查最重要的原則就是連續(xù)可比。所謂連續(xù)可比，是指調(diào)查分析的樣地連續(xù)一致，調(diào)查記錄的樣木完全復位，分析測量的胸徑位置嚴格對應。連續(xù)可比是森林資源清查的基本準則，也是調(diào)查方法科學嚴謹?shù)捏w現(xiàn)。連續(xù)可比的基礎(chǔ)之一是樣地復位?！秶疑仲Y源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》中明確指出，“固定樣地復位率要求達到98%以上”。我國森林資源連續(xù)清查的固定樣地是在國家新編1/50 000或1/100 000地形圖公里網(wǎng)交點上按系統(tǒng)抽樣布設(shè)的。山西省森林資源清查體系以全省為總體，行政區(qū)域包括11個市的119個縣(市、區(qū))，總面積為15.66×104km2.在全省抽樣總體范圍內(nèi)系統(tǒng)抽取9 915個地面固定樣地進行復查，估測全省森林資源及其各種地類面積。樣地復位情況直接決定著森林資源連續(xù)清查結(jié)果的準確性和可靠性。而作為樣地復位的基礎(chǔ)，羅盤儀的正確使用關(guān)系著樣地的復位率。

1 羅盤儀在樣地復位中的作用

1.1 確定西南角樁

實現(xiàn)樣地復位的首要條件是復位樣地西南角。西南角樁是固定樣地最重要的指示標志，它的留存與否直接決定了樣地復位的準確度。通常人為活動較少的區(qū)域西南角樁留存率較高，而人為活動頻繁的區(qū)域西南角樁幾無留存。特別是耕地、城鄉(xiāng)居民建設(shè)用地和工礦建設(shè)用地等非林地，西南角樁留存率較低。對于無西南角樁留存的樣地，由于GPS信號受各種因素影響，且差分GPS尚未被廣泛應用，單純依靠GPS無法精確定位西南角。目前實際工作中，常采用GPS輔助定位與羅盤測量定位物、引點相結(jié)合的方法來確定西南角位置。

1.2 測量樣地周界

樣地復位的另一個關(guān)鍵因素是樣地周界測量。樣地周界的測量直接關(guān)系到固定樣地的代表性和準確性。無論是角度還是邊長出現(xiàn)誤差，均會使固定樣地的形狀發(fā)生變化，從而導致固定樣地的代表性下降。同時，一旦出現(xiàn)周界測量錯誤，極易導致樣木的漏測和多測。當角樁、定位物等標志物留存時，需復測固定樣地4條邊界的方位角和水平距離，周長誤差要求小于103 cm.當固定標志物(如，西南角樁，西北、東北、東南角樁，西南角定位物、界外木刮皮標志以及其它輔助識別標志等)未留存時，周界測量要求更為嚴格，方位角精確到±30'，閉合差小于51 cm.

綜上，羅盤儀的操作在樣地復位中既有著不可或缺的基礎(chǔ)地位，又有嚴格的精度限制。因此，分析羅盤儀羅差的測定與計算對于森林資源清查具有重要的基礎(chǔ)意義，同時對于實際操作又有現(xiàn)實的指導價值。

2 羅差

2.1 羅差的概念

當羅盤儀磁針指示方向時，磁針受到周邊環(huán)境磁場的影響，通常不能指向當?shù)卮_切的磁子午線方向，而是羅盤自身的子午線方向。羅盤子午線(羅北)與磁子午線間(磁北)的夾角即為羅差。該誤差是羅盤在某一地域內(nèi)使用時的系統(tǒng)誤差，由羅盤儀制造誤差和當?shù)匚⒋艌龉餐瑳Q定。因此，羅差表現(xiàn)為系統(tǒng)性和地域性。其計算公式為:

羅差=實測的磁方位角－地形圖上的磁方位角。

由上式可以看出，羅差等于一組地物的實測磁方位角(即羅盤儀實測讀數(shù))與同一組地物在地形圖上的磁方位角之間的差值。因此，測定羅差的關(guān)鍵是在地形圖上找出一組地物，測量地形圖上的磁方位角，然后在實地定位該組地物，并獲取羅盤儀讀數(shù)。

2.2 羅差的影響

依據(jù)《國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》，樣地定位后，首先要利用保存的標志對周界進行復位，并按固定標志設(shè)置要求，修復和補設(shè)有關(guān)標志。設(shè)置固定標志首先要準確測定方位角，如果羅差測定計算錯誤將導致樣地復位失敗。固定樣地邊長的垂直投影需為25.82 m.由此推算，在理想狀態(tài)的平面條件下，羅差錯誤1°將導致樣地與理論樣地相比出現(xiàn)23.28 m2的偏差。而現(xiàn)實中，特別是地形復雜地區(qū)，隨著坡度的增大，該偏差也會增大。當坡度為10°時，羅差錯誤1°，與理論樣地偏差將達到24 m2.羅差錯誤1°時樣地偏差示意圖，見圖1.

圖1 羅差錯誤1°時樣地偏差示意圖

3 羅差的測定與計算

3.1 羅盤的校驗

對于長期野外使用的森林羅盤而言，容易出現(xiàn)指針磁性減弱、兩端失衡等問題。在進行羅差的測定前，應當對羅盤進行校驗，確保儀器自身狀態(tài)正常。主要分3方面對磁針進行檢測:

1 )平衡檢測。將羅盤儀置于水平位置，觀察磁針靜止時的平衡狀態(tài)。如果磁針傾斜，則移動磁針南端銅圈使其恢復平衡。

2 )靈敏度檢測。磁針中央銅帽內(nèi)鑲有瑪瑙，隨著使用年限的增加，瑪瑙接觸面會出現(xiàn)一定的損傷，需用鐵質(zhì)物體吸引磁針進行靈敏性測試。吸引磁針轉(zhuǎn)到任意位置后離開，如磁針旋轉(zhuǎn)靈活說明磁針靈敏。同時，根據(jù)磁針擺動的時間可以判斷磁針磁力的強弱，磁力強的磁針擺動時間很短。

3 )偏心檢測。狀態(tài)正常的羅盤0°，180°和磁針中心3點呈一條直線。通過分析磁針兩端讀數(shù)是否相差180°，判斷羅盤是否偏心。

3.2 測量坐標方位角

羅差的測定需要在1幅地形圖內(nèi)選擇2個～3個相互通視的明顯地物，量取坐標方位角，并換算為磁方位角，然后實地測量地物讀取磁方位角。因此，選擇地物是測定羅差的第一步，也是至關(guān)重要的一步。應在地形圖上選擇特征明顯、通視良好、距離約1 km，易于定位的兩點，如，橋梁、筆直的公路、鐵路等。當選擇的地物為公路、鐵道時，兩點應位于同一路邊。如果在道路上不便架設(shè)羅盤，也可將羅盤、花桿移至與路邊相等距離處進行測量。特別需要注意的是，由于地形圖成圖的年代一般較為久遠，因此，應當避開可能已經(jīng)變化的地物，如，城鎮(zhèn)中的道路。選擇時應避開高壓線路、銅鐵礦等可能影響羅盤讀數(shù)的地物。選取地物示意圖，見圖2.

圖2 選取地物示意圖

圖2中，1點與2點位于同一條筆直的公路上，兩點之間通視情況良好，且兩點之間距離大于1 km.坐標方位角是兩個地物之間連線與坐標縱線北方向之間的夾角，需通過量角器在地形圖上量取。此時分為如下2種情況。

1 )見圖3.1點為羅盤儀，2點為花桿，利用量角器測量該坐標方位角為50°.

圖3 量取坐標方位角

2 )見圖4.2點為羅盤，1點為花桿，利用量角器測量該坐標方位角為230°.

圖4 量取坐標方位角

綜合以上2種情況可以得出，坐標方位角是瞄準方向與坐標縱線北方向之間的夾角。實際工作中，瞄準方向應當為順光方向，以避免逆光時無法看清花桿。本例中，若上午到實地架設(shè)儀器，應2點為羅盤，1點為花桿。若是在下午，則轉(zhuǎn)換為1點為羅盤，2點為花桿。

3.3 轉(zhuǎn)換磁方位角

坐標方位角要通過地形圖下方的三北關(guān)系圖轉(zhuǎn)換為磁方位角。三北關(guān)系圖是真子午線北方向、磁子午線北方向、坐標縱線北方向3者之間關(guān)系的略圖。其中，真子午線北方向垂直于南北圖廓線，其它方向線根據(jù)實際測量的偏差關(guān)系繪制，并標記偏角值。如圖5所示。

圖5 三北關(guān)系圖

圖5中，坐標方位角是地物連線與坐標縱線的夾角，為量角器實測值;磁坐偏角是坐標縱線與磁子午線的夾角，為標記值。如圖中所示，該幅地形圖的磁坐偏角為5°24'，轉(zhuǎn)換成十進制為5.4°.我國大陸地區(qū)除新疆、南沙群島等少數(shù)地區(qū)，其余大部分地區(qū)磁子午線均位于坐標縱線西側(cè)。因此，在山西省將坐標方位角轉(zhuǎn)換為磁方位角，僅需加磁坐偏角即可。其計算公式為:

地形圖上的磁方位角=坐標方位角+磁坐偏角。

3.4 計算羅差

結(jié)合之前提到的選擇地物，架設(shè)羅盤、花桿，讀取羅盤讀數(shù)。本文中假設(shè)實測讀數(shù)為57°，則:

羅差的計算看似簡單，但由于涉及角度分位的十進制轉(zhuǎn)換等多個步驟，加之通常在野外實測方向角后就進行計算，稍有不慎就會導致羅差錯誤。隨著智能手機的普及和大量應用軟件的開發(fā)，使得羅差的多步計算可以通過電子工作表變得十分便捷。只需要把觀測到的數(shù)值填寫到相應空格，即可得到羅差，不需要在野外進行任何運算，從根本上避免了計算錯誤的發(fā)生。如第4頁圖6所示，是適合運行于移動版WPS上的工作表，讀者在實際工作中，僅需在相應空格中填寫讀數(shù)即可得到羅差。

圖6 羅差計算工作表

該工作表設(shè)計中考慮了主流智能手機屏幕尺寸(3.5～6.0)與WPS工作表列的默認寬度，可完美運行于主流智能手機平臺。讀者可通過掃描二維碼(圖7)下載該工作表。需要注意的是，該工作表不是獨立的程序，需提前安裝移動版WPS軟件。

圖7 二維碼

4 結(jié)論與討論

羅差是森林資源清查中一個重要概念，直接關(guān)系著樣地復位的成功與否。即使在理想的平面狀態(tài)下，輕微的羅差錯誤也極有可能導致樣地邊界位移，出現(xiàn)多測木、漏測木等問題。加之羅差的測定與計算又涉及到較多理論知識和實踐經(jīng)驗。因此，從理論入手到實例示范分析羅差的測定與計算，具有重要的理論意義和現(xiàn)實指導價值。在此基礎(chǔ)上，深入分析山西省磁坐偏角分布情況，研究羅差在不同區(qū)域間的轉(zhuǎn)換，為森林資源清查工作提供更有力的技術(shù)支持。

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