余 杰，孟曉榮，徐熊偉，陳洪衛(wèi)

中國地質(zhì)調(diào)查局昆明自然資源綜合調(diào)查中心，云南 昆明 650100

1 樣地周界測量技術(shù)規(guī)定及要求

1.1 任務(wù)背景及基本原則

遵循“連續(xù)、穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換、創(chuàng)新”的原則，在全國范圍內(nèi)開展森林蓄積量調(diào)查，準(zhǔn)確獲取全國及各省森林蓄積量現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，為自然資源部履行“兩統(tǒng)一”職責(zé)提供信息支撐，為生態(tài)文明建設(shè)目標(biāo)考核提供科學(xué)依據(jù)。根據(jù)《國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定（2014）》，樣地的形狀可分為正方形、矩形、正菱形、圓形，且所有喬木林樣地都要測定樣地的周界。在各種樣地中，方形樣地野外施測簡便，對復(fù)雜地形適應(yīng)性好，方位、邊長和面積誤差較容易控制，故方形樣地又是首選的樣地布設(shè)方式。

1.2 樣地周界的測量方法

方形樣地的周界一般采用閉合導(dǎo)線法測定。如果公里網(wǎng)交叉點為樣地西南角點，則以西南角作為樣地定位點，方形樣地用智能羅盤儀定向、用皮尺量距（可用羅盤儀上激光測距儀輔助），從西南角點起按方位角0°→90°→180°→270°的順序，確定樣地的西北角點、東北角點、東南角點和相應(yīng)的四條邊界的正確位置，如圖1所示。若西南角點不適宜作為周界測量起點，起點可依次調(diào)整為西北角、東北角、東南角。

圖1 樣地示意圖

1.3 樣地周界測量的技術(shù)要求

復(fù)位樣地周界長度誤差應(yīng)小于1%，新增樣地周界測量閉合差應(yīng)小于0.5%。當(dāng)周界測量的閉合差在規(guī)定允許范圍內(nèi)的，四個角點位置不變，最后一條邊界線（一般是東南角點與西南角點的界線）應(yīng)移動為閉合線；當(dāng)閉合差超過允許范圍的，應(yīng)重新量測周界，直至符合精度要求為止。這一精度要求相對于復(fù)雜的野外樣地工作條件而言，顯然對外業(yè)調(diào)查工組周界施測提出了較高的要求，在叢山密林中，熟練的外業(yè)工組可能也需多次放樣測量，才能滿足周界精度。

2 測量誤差的來源與分類

2.1 測量誤差的來源

測量中真值與觀測值之差稱為誤差，嚴(yán)格意義上講應(yīng)稱為真誤差。在實際工作中真值不易測定，一般把某一量的準(zhǔn)確值與其近似值之差也稱為誤差。產(chǎn)生測量誤差的原因主要有三個方面：人為原因、儀器原因及外界環(huán)境的影響。人、儀器和環(huán)境是測量工作得以進(jìn)行的必要條件，通常把這三個條件綜合起來稱為觀測條件。

2.2 測量誤差的分類

測量誤差按其產(chǎn)生的原因和對觀測結(jié)果影響性質(zhì)的不同，可以分為系統(tǒng)誤差、偶然誤差和粗差三類。（1）系統(tǒng)誤差：在相同的觀測條件下，對某一量進(jìn)行一系列觀測，如果出現(xiàn)的誤差在符號和數(shù)值上都相同，或按一定的規(guī)律變化，這種誤差被稱為系統(tǒng)誤差。（2）偶然誤差：在相同的觀測條件下，對某一量進(jìn)行一系列觀測，如果誤差出現(xiàn)的符號和數(shù)值大小都不相同，從表面上看沒有任何規(guī)律性（在方向上可正可負(fù)，在數(shù)值上可大可小，但不會超出一定限值的誤差），這種誤差被稱為偶然誤差。（3）粗差：由于觀測者的粗心或各種干擾造成的大于限差的誤差被稱為粗差，如將數(shù)字“9”讀成數(shù)字“6”。

2.3 誤差處理原則

調(diào)查觀測者認(rèn)真負(fù)責(zé)和細(xì)心地作業(yè)，粗差是可以避免的。為了防止錯誤的發(fā)生和提高觀測成果的精度，在測量工作中要進(jìn)行“多余觀測”,采用一定的觀測方法或?qū)τ^測值加改正數(shù)的方法，可消除或削弱系統(tǒng)誤差的影響。

3 誤差對周界測量的影響

在測繪專業(yè)中樣地的放樣過程其實是一個簡單的多邊形放樣，誤差的產(chǎn)生對于實際野外調(diào)查工作成果有著重要的影響，其中系統(tǒng)誤差和粗差可以通過人為控制提高測量結(jié)果的平均可靠率與顯著可靠率。文章重點分析儀器對中誤差、照準(zhǔn)偏心誤差、量距誤差與測角誤差（包含方位角測量誤差與豎直角測量誤差）四種偶然誤差對樣地周界測量的影響，提出外業(yè)施測時應(yīng)注意的問題，以便提高作業(yè)效率，確保外業(yè)調(diào)查質(zhì)量。

3.1 對中誤差

對中誤差是由于森林羅盤使用三腳架架設(shè)，三腳架的垂球并未精確對準(zhǔn)樣方角點，導(dǎo)致羅盤中心偏離地面周界角點正確位置。森林羅盤使用的為小型專用三腳架，儀器能在腳架頂端半徑3cm圓周移動以精確對中。施測過程中，三腳架未踩實踩穩(wěn)、三腳架周圍地面松動或者三腳架未擰緊發(fā)生伸縮等原因均會引起測站偏心。

3.2 照準(zhǔn)偏心誤差

放樣周界時，因地形限制、光線、林木遮擋等，從羅盤望遠(yuǎn)鏡中不一定能看到花桿根部，普通花桿不帶圓水準(zhǔn)器，難以保證花桿垂直于水平面，由此導(dǎo)致望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)位置與花桿根部位置在投影水平面上不重合，稱為照準(zhǔn)偏心誤差。然而樣地周界測量中，偏心不同程度存在，偏心誤差導(dǎo)致邊長和方位角失真，測量專業(yè)的“測回法”不適用于森林羅盤的特殊結(jié)構(gòu)，無法在當(dāng)前測站對上一測站作出校核。測站偏心的方向是任意的，而照準(zhǔn)偏心最有可能在測站與花桿連線的垂直方向上。兩種誤差在周界測量過程中累積傳遞，最終導(dǎo)致邊長閉合差超限。

3.3 量距誤差

使用皮尺進(jìn)行周界邊長測量時，因距離過長，皮尺中斷下垂；或過度用力，造成皮尺拉伸；或用力過猛，皮尺往測站方向甚至反方向偏移。以上操作均可產(chǎn)生量距誤差。量距誤差對樣方周界閉合差影響最為直接和顯著，通常情況下，野外實測時讀取的尺長一般為斜距，還需根據(jù)豎直角換算成平距。

3.4 測角誤差

樣地周界放樣時有兩種角度測量，一是水平方位角測量，主要用于確定樣地的起始方位和周界四邊垂直；二是豎直方位角測量，主要用于周界邊長斜距與平距轉(zhuǎn)換。根據(jù)前文分析，測角誤差中關(guān)鍵因子為方位角測量，《國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定（2014）》中提出，方形固定樣地一西南角為起始點，按正北0°→正東90°→正南180°→正西270°方向依次放樣，如果方位角誤差過大，樣方變形，邊長閉合差必然超限，進(jìn)而引起樣地調(diào)查內(nèi)容一系列變化，最終導(dǎo)致調(diào)查數(shù)據(jù)失真。

（1）方位角測量誤差。方位角（水平角）對周界閉合差的影響在與角點的水平位置偏移。由正切函數(shù)可知，如當(dāng)邊長平距為25.82m、水平角讀數(shù)誤差為±0.5°時，將引起前視點水平位移0.229m，而樣方的最終閉合差為0.52m，因此水平角的測量應(yīng)足夠認(rèn)真和重視。

（2）豎直角測量誤差。豎直角測量用于邊長斜距與平距轉(zhuǎn)換，由余弦函數(shù)可知，當(dāng)豎直角測量誤差小于3°時，其對平距的影響僅為4cm，幾乎可以忽略；3°以上的豎直角誤差基本可以斷定為錯誤，只能重測。

上述四種誤差都屬于偶然誤差，都是由讀數(shù)或照準(zhǔn)引起的，如方位角最小刻度為1°，最小估讀值為±0.5°，皮尺的最小刻度為1cm，最小估讀值為±0.1cm。

4 誤差控制措施

4.1 對中誤差控制措施

在傳統(tǒng)的林業(yè)外業(yè)調(diào)查中，通常采用垂球?qū)χ?，在垂球?qū)χ羞^程中，人眼、垂球、角樁三點不在一條直線上，很難判別垂球與角樁是否在同一鉛垂線上，為了解決此問題，可以采用強(qiáng)制對中方法來替代傳統(tǒng)的垂球?qū)χ?，在樣方的西南角角樁上架設(shè)強(qiáng)制對中基座，再將經(jīng)緯羅盤儀安裝在強(qiáng)制對中基座上，依照此方法，分別在西北角、東北角、東南角設(shè)站觀測，這樣可以顯著減小儀器對中誤差。

4.2 照準(zhǔn)偏心誤差控制措施

若照準(zhǔn)的目標(biāo)偏心在觀測時不是瞄準(zhǔn)目標(biāo)A點而是瞄準(zhǔn)A'點，則偏心距AA'，假設(shè)測站至目標(biāo)點距離為S，這時測得的角值α與真值α'存在Δα的差值，這個差值即照準(zhǔn)偏心引起的誤差，具體計算公式如下：

式中：ρ為常數(shù)，ρ≈206265。

由上式可知，照準(zhǔn)偏心誤差與偏心距成正比，與邊長成反比，在樣地周界測量中，邊長是固定的，只能通過減小偏心距AA'來控制照準(zhǔn)偏心誤差，當(dāng)觀測目標(biāo)有一定高度時，應(yīng)盡量瞄準(zhǔn)目標(biāo)的底部。在野外叢山密林中，樣方地形復(fù)雜，要想瞄準(zhǔn)花桿底部難度較大，工作量會大幅度增加，可以采用帶有圓水準(zhǔn)氣泡的RTK對中桿來替代普通花桿。在實際操作中，使圓水準(zhǔn)氣泡居中，就保證了RTK對中桿垂直于地面，然后將目標(biāo)點從對中桿的底部引到對中桿的上端，這樣既減少了野外修復(fù)邊界的工作難度，又有效控制了偏心距AA'。

4.3 量距誤差控制措施

斜距通常采用皮尺，而皮尺易伸縮，兩人拉尺用力不均或未拉緊時，誤差較大，為了檢校并提高測距精度，采用往返測量，取算術(shù)平均值作為最終結(jié)果，測距精度用往返測距值的差值與平均值之比表示。在樣地作業(yè)過程中，地形高低起伏、藤蔓纏繞、人員有限，往返測量雖然提高了測距精度，但加大了工作量，可以通過兩人一人一端同時拉兩卷方向相反的皮尺，每卷皮尺三次讀數(shù)，然后剔除粗差，取余下讀數(shù)的算術(shù)平均值作為最終結(jié)果，這樣既提高了測距精度，又不增加外業(yè)工作量。

4.4 測角誤差控制措施

（1）水平角誤差。方位角由羅盤儀讀取，羅盤儀的北方向是磁北，通常外業(yè)測量所說的北是坐標(biāo)北，它們之間就存在磁坐偏角。在作業(yè)區(qū)域內(nèi)，選擇衛(wèi)星信號比較好的位置，利用RTK千尋定位，采集任意兩點的坐標(biāo)并做好固定標(biāo)記，然后在固定標(biāo)記的任一點上架設(shè)經(jīng)緯羅盤儀，瞄準(zhǔn)另一點，讀取兩點間的方位角，并與RTK采集坐標(biāo)計算的方位角進(jìn)行作差，這個差值β就是作業(yè)區(qū)內(nèi)磁坐偏角與羅盤儀的羅差之和。精確地計算出β，相應(yīng)的水平角測量精度也得到很大的提高。

（2）豎直角誤差。豎直角測量通過儀器目鏡瞄準(zhǔn)目標(biāo)點，然后在豎直度盤上讀取α，斜距SD通過皮尺測量得到，求平距HD，具體計算公式如下：

式中：I為儀器高；J為目標(biāo)高；hAB為A、B兩點間的高差。

由上式可知，斜距轉(zhuǎn)換平距，無論瞄準(zhǔn)目標(biāo)的任何高度，都不會對平距產(chǎn)生影響，因此控制好豎直角α的誤差就可以提高平距測量精度。實際應(yīng)用中，只需進(jìn)行多次觀測，剔除粗差，然后求幾組數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值，就可以大幅度提高豎直角α的測量精度。

5 結(jié)束語

綜上所述，林業(yè)不僅是綠色建筑的主要內(nèi)容，還是國民經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的主要產(chǎn)業(yè)和社會保障。在野外森林資源調(diào)查時，測量人員需要考慮許多因素，并使用各種新技術(shù)，有效減少各種誤差給測量結(jié)果帶來的不利影響，不斷提高作業(yè)效率，確保測量數(shù)據(jù)真實可靠。