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        基準(zhǔn)點法在森林資源一類清查中的應(yīng)用研究

        2018-07-02 08:56:26譚煥鵬孫中元曹蓉芬
        山東林業(yè)科技 2018年2期
        關(guān)鍵詞:樣木基準(zhǔn)點單元格

        譚煥鵬,孫中元,曹蓉芬

        (1.蓬萊市林業(yè)技術(shù)推廣站,山東 蓬萊 265600;2.煙臺市林木種苗站,山東 煙臺 264000;3.煙臺市森林資源監(jiān)測管理站,山東 煙臺 264000)

        森林資源一類清查是指以省為總體的森林資源連續(xù)清查,以掌握宏觀森林資源現(xiàn)狀與動態(tài)為目的,利用固定樣地進(jìn)行定期復(fù)查的森林資源調(diào)查方法,667 m2樣地內(nèi)森林資源情況代表實地16 km2森林資源情況,要求精度極高[1-2]。

        在資源清查調(diào)查工作中發(fā)現(xiàn),一些樣木因受建筑物等不可移動障礙物的阻隔,在樣地的4個角點均不能通視,因此無法確定樣木的準(zhǔn)確位置,只能根據(jù)已測得的其他樣木的位置估測不通視樣木的相對位置參數(shù),給調(diào)查工作造成困難,導(dǎo)致不通視樣木的定位偏差較大。為此,筆者研究使用基準(zhǔn)點法,推算出樣木距西南角點的位置參數(shù),在大幅降低調(diào)查難度的同時,提高準(zhǔn)確度?;鶞?zhǔn)點法即以樣地西南角點為原點,借助西南角點和不通視待測木都可觀測到的點作為基準(zhǔn)點,從西南角點測得基準(zhǔn)點的坐標(biāo)方位角與水平距離,換算基準(zhǔn)點的縱橫坐標(biāo)值,再以基準(zhǔn)點為原點,測定待測木的坐標(biāo)方位角與水平距離。通過三角函數(shù)及向量坐標(biāo)運算,推算出待測木以西南角點為原點的具體位置參數(shù)。

        1 研究方法

        森林資源清查標(biāo)準(zhǔn)樣地為四條邊界水平距為25.82 m,面積為667 m2的正方形[3]。如圖1所示,O點為樣地西南角點,M點為樣木中心,OM有障礙物阻隔不通視,A點為基準(zhǔn)點,0A、AM分別通視。

        1.1 任意選取通視和測量條件都比較好的A點作為基準(zhǔn)點,從O點測得A點的坐標(biāo)方位角∠NOA和水平距離OA,計算出A點在以O(shè)點為原點樣地坐標(biāo)系中的縱橫坐標(biāo)數(shù)值 (縱坐標(biāo)EO=OA×cos∠NOA,橫坐標(biāo)EA=OA×sin∠NOA)。

        圖1 基準(zhǔn)點法測樹基本原理圖示

        1.2 從A點測得樣木M點的坐標(biāo)方位角∠QAM(該角是Q繞A順時針至M的角度)和水平距離AM(樣木中心M與基準(zhǔn)點A的距離,包含樹體半徑),計算出M點在以A點為原點樣地坐標(biāo)系中的縱橫坐標(biāo)數(shù)值(縱坐標(biāo) PM=AM×cos∠QAM,橫坐標(biāo)AP=AM×sin∠QAM)。

        1.3 計算出M點在以O(shè)點為原點樣地坐標(biāo)系中的縱橫坐標(biāo)數(shù)值,縱坐標(biāo)OF為OE+PM,橫坐標(biāo)FM為EA+AP)。

        1.4 根據(jù)縱橫坐數(shù)標(biāo)值可直接判斷樣木是否為界內(nèi),西邊北邊壓界木為界外,東邊南邊壓界木為界內(nèi)。即:0≤縱坐標(biāo)數(shù)值<25.82且0<橫坐標(biāo)數(shù)值≤25.82,為界內(nèi)。

        1.5 樣木的坐標(biāo)方位角∠NOM的正切值是橫坐標(biāo)/縱坐標(biāo),即FM/OF=(OA×sin∠NOA+AM×sin∠QAM)/(OA×cos∠NOA+AM×cos∠QAM),利用反正切函數(shù)求出∠NOM。

        1.6 根據(jù)三角函數(shù)相關(guān)定理,OM2=FM2+OF2,可以求出水平距離OM的值[5]。

        2 表格設(shè)計

        制作如表1所示Excel表格,如表1所示,假設(shè)從O點(西南角點)測得A點(基準(zhǔn)點)的坐標(biāo)方位角是65.3°、水平距離15.62m,從A測得M點(待測樣木中心)的坐標(biāo)方位角305.8°、水平距離5.6920m(加上樹木半徑)。

        2.1 計算A點(基準(zhǔn)點)在以O(shè)點(西南角點)為原點樣地坐標(biāo)系中的縱橫坐標(biāo):在B2單元格輸入“65.3”,C2 單元格輸入 “15.62”。 D2 單元格輸入“=COS(B2*PI()/180)*C2”,E2 單元格輸入“=SIN(B2*PI()/180)*C2”。

        2.2 計算M點(待測樣木中心)在以A點(基準(zhǔn)點)為原點樣地坐標(biāo)系中的縱橫坐標(biāo):在F3單元格輸入“305.8”,G3單元格輸入5.6920。 H3單元格輸入“=COS(F3*PI()/180)*G3”,I3 單 元 格 輸 入 “=SIN(F3*PI()/180)*G3”。

        2.3 計算M點(待測樣木中心)在以O(shè)點(西南角點)為原點樣地坐標(biāo)系中的縱橫坐標(biāo):在J3單元格輸入“=H3+$D$2”,K3 單元格輸入“=I3+$E$2”。

        2.4 界內(nèi)外判斷:在L3單元格輸入“=IF(AND(J3>=0,J3<25.82,K3>0,K3<=25.82),“界內(nèi)”,“界外”)”。

        2.5 利用反正切函數(shù)求出∠NOM:在M3單元格輸入“=DEGREES(ATAN(K3/J3))”。

        表1 角點、基準(zhǔn)點和待測樣木位置參數(shù)示例表

        2.6 開平方求出OM的值:在 N3單元格輸入“=SQRT(SUMPRODUCT(J3:K3,J3:K3))”。

        此表陰影部分為數(shù)值輸入?yún)^(qū)(B、C、F、G 列),數(shù)值加粗部分為自動計算區(qū)(D、E、H、I、J、K、L、M、N列)。J3=0時,為樣地南邊壓界木,為界內(nèi);J3=25.82時,為樣地北邊壓界木,為界外;K3=0時,為樣地西邊壓界木,為界外;K3=25.82時,為樣地東邊壓界木,為界內(nèi)。M列、N列為自動計算輸出區(qū),當(dāng)F、G列未輸入數(shù)值時,默認(rèn)是基準(zhǔn)點參數(shù)。根據(jù)此表可知1號樣木中心點相對西南角點O的坐標(biāo)方位角是44.3°,水平距離13.7412m,屬界內(nèi)木,也可直接判斷測得的2號樣木為界外木。利用Excel表格的相對引用功能,可快速求出多株樣木的位置參數(shù)。此表適用于西南點測得的基準(zhǔn)點,其他角點測得的基準(zhǔn)點可按此原理自行設(shè)計計算表格。

        3 研究案例

        在通視條件好且樣木較多的蓬萊市2532號樣地進(jìn)行應(yīng)用檢測,在西南角點實測得12株樣木位置參數(shù)和在基準(zhǔn)點計算測得的樣木參數(shù)進(jìn)行對比,結(jié)果如表2所示。

        表2 2532號樣地樣木實測參數(shù)與基準(zhǔn)點法測得參數(shù)對比表

        利用基準(zhǔn)點測得的樣木位置參數(shù)與西南角點測得樣木位置參數(shù)理論值應(yīng)一致,但受樹體通直程度和測量精度的影響,實測位置參數(shù)與計算位置參數(shù)存在偏差。如表2所示,12株樣木實測與計算角度、實測與計算距離存在不同程度的偏差,有正有負(fù),有大有小。

        從實測與計算角度差一項進(jìn)行分析,除了13號樣木差值大于1°外,其他樣木測量偏差都在1°之內(nèi),這與《山東省第九次森林資源清查操作細(xì)則》要求一致,誤差在允許范圍之內(nèi)[6]。通過現(xiàn)地勘查,發(fā)現(xiàn)13號樣木為多年赤松,樹干存在較大程度的傾斜,與地面呈50°左右夾角,且枝條叢生,缺乏撫育,給樹木定位帶來困難。《操作細(xì)則》要求,待測木的位置,要以樹干基部正對角點的位置處確定,如操作不規(guī)范,跟隨樣木傾斜方向移動測量基點,必然會造成角度和距離的偏差,經(jīng)過復(fù)測,本樣地13號樣木從反面驗證了這一規(guī)律。同樣,從實測與計算距離差一項進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)大部分距離差都在10cm之內(nèi),都在《操作細(xì)則》要求范圍之內(nèi),只有樣木6和13有較大的偏差。通過現(xiàn)地勘查,發(fā)現(xiàn)大部分樣木的樹干胸徑高處呈正圓形,樣木6、13號胸徑處呈不規(guī)則橢圓形,且樹體有傾斜。

        通過2532號樣地樣木實測參數(shù)與基準(zhǔn)點法測得參數(shù)對比可以看出,操作規(guī)范、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那闆r下,基準(zhǔn)點法在測量不通視樣木時,有非常高的準(zhǔn)確度,有不可替代的優(yōu)勢。

        4 基準(zhǔn)點法應(yīng)用注意事項

        如2532樣地樣木測量分析所示,在一類資源調(diào)查及其他樹木定位實際操作過程中,會碰到樹干曲折、樹干截面不規(guī)則、樹體傾斜等情況,影響到樹木定位的準(zhǔn)確度。為此,根據(jù)實際情況作出相關(guān)分析,進(jìn)一步完善規(guī)范基準(zhǔn)點法應(yīng)用。

        當(dāng)待測木通直且垂直地面時,基準(zhǔn)點到待測木水平距離一定要加上樹體半徑,否則會增加角度和距離偏差。

        圖2 基準(zhǔn)法測樹基本原理圖示

        如上圖所示,在工作實際中,從西南角點測得待測木a、b位置是樣木樹干H點的位置,而不是樣木中心M點的位置,相差樣木半徑MH的距離,同理,其他角點(東南、西北、東北角點)測得的樣木位置也是樹干圓周某個點的位置參數(shù),均相差樣木半徑的距離。在基準(zhǔn)點A測得待測木a、b位置是樣木樹干圓周G點的位置,如果不加上樹體半徑,則應(yīng)用基準(zhǔn)點法計算出的位置是G點位置參數(shù),而不是樣木中心M點的位置,也相差樣木半徑的距離。且樣木半徑越大,角度和距離偏差越大。

        當(dāng)待測木樹干曲折、樹干截面不規(guī)則、樹體傾斜時,嚴(yán)格借助測量標(biāo)桿,規(guī)范樹木定位操作步驟。準(zhǔn)確定位樹木位置應(yīng)把標(biāo)桿立于樹干基部位置,不能隨樹干彎曲方向而移動測量標(biāo)桿,標(biāo)桿保持直立,嚴(yán)禁傾斜。此外,應(yīng)用三角函數(shù)運算時,注意矢量的方向性,應(yīng)準(zhǔn)確測量原點到基準(zhǔn)點的坐標(biāo)方位角及基準(zhǔn)點到待測木的坐標(biāo)方位角。本研究中,所有坐標(biāo)值均為水平面上的矢量數(shù)據(jù),在遇到傾斜面時,應(yīng)根據(jù)傾斜角換算成水平面坐標(biāo)值,所有操作均應(yīng)規(guī)范、細(xì)致。

        綜上所述,使用基準(zhǔn)點法,打破只能在樣地四個角點測量樣木的測量方法,完成樣木位置參數(shù)的測量,極大提高了工作效率和精度,可在森林資源一類清查樹木定位工作中推廣應(yīng)用。

        [1]亢新剛.森林資源經(jīng)營管理[M].北京:中國林業(yè)出版社,2001:77-107.

        [2]曾偉生,周佑明.森林資源一類和二類調(diào)查存在的主要問題與對策[J].中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃,2003,22(4):8-11.

        [3]國家林業(yè)局森林資源管理司.國家森林資源連續(xù)清查主要技術(shù)規(guī)定[S].2003

        [4]李軼濤.森林資源清查中羅差的測定與計算[J].山西林業(yè)科技,2015,44(4):1-4.

        [5]吳名海.任意角的三角函數(shù)與兩角和(差)的三角函數(shù)[J].數(shù)學(xué)通訊,2003,(6):9-11.

        [6]山東省林業(yè)監(jiān)測規(guī)劃院.第九次全國森林資源清查山東省清查操作細(xì)則[S].2017.

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