森林資源連續(xù)清查方形固定樣地設(shè)置誤差分析

李紀(jì)友

（廣東省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，廣東 廣州510520）

國家森林資源連續(xù)清查（簡稱一類清查）是以掌握宏觀森林資源現(xiàn)狀與動態(tài)為目的，以省（直轄市、自治區(qū)）為單位，利用固定樣地為主進(jìn)行定期復(fù)查的森林資源調(diào)查方法，是全國森林資源與生態(tài)狀況綜合監(jiān)測體系的重要組成部分［1］。國家森林資源連續(xù)清查的任務(wù)是定期、準(zhǔn)確查清全國和各省森林資源的數(shù)量、質(zhì)量及其消長動態(tài)，掌握森林生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和變化趨勢，對森林資源與生態(tài)狀況進(jìn)行綜合評價。采取固定樣地是實現(xiàn)森林資源清查信息連續(xù)可比、動態(tài)評價的重要基礎(chǔ)和前提。在野外調(diào)查中不斷提高固定樣地布設(shè)的精確度對提高森林資源調(diào)查的準(zhǔn)確度具有十分重要的意義。本文分析了方形固定樣地產(chǎn)生誤差的原因，同時提出了減少誤差的措施。

1 固定樣地的設(shè)置

根據(jù)《國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》(2014)要求，方形固定樣地面積為667 m2，周界邊長為25.82 m。以固定樣地的西南角作為起點（1號角，即抽中公里網(wǎng)交叉點），各邊的方位角分別為0°（1-2）、90°（2-3）、180°（3-4）、270°（4-1），如圖1。新設(shè)樣地周界測量閉合差不得大于1/200（0.51 m）；對于復(fù)測樣地每一條邊誤差小于1 m、周長誤差小于1/100（1.03 m）。樣地檢尺株數(shù)誤差為：8 cm（含）以上應(yīng)檢尺株數(shù)不應(yīng)當(dāng)有誤差，8 cm 以下應(yīng)檢尺株數(shù)誤差為5%，且不多于3株。

圖1 方形固定樣地

為了便于識別和找到樣地，《規(guī)定》要求樣地的1 號角樁和中心樁要埋設(shè)水泥標(biāo)樁（規(guī)格為4 cm×4 cm×40 cm）或塑料管樁（規(guī)格為長40 cm、白色PVC 材質(zhì)4 分管）。2 號角樁、3 號角樁、4 號角樁均沿樣地邊挖直角溝，1 號角樁之正南、3 號角樁之正北1 m 處挖識別土坑，在1號角樁處還要選定3個定位物（樹）。

2 樣地設(shè)置誤差分析

國家森林資源連續(xù)清查始于1977年，原則上每5 年復(fù)查1 次，至今已開展多次，因此絕大部分樣地為復(fù)測樣地。本文主要分析復(fù)測樣地產(chǎn)生誤差的原因。

2.1 系統(tǒng)誤差［2］

2.1.1 儀器誤差

固定樣地復(fù)位采用羅盤儀測角，皮尺測距。羅盤儀測角精度較低，如森林羅盤儀的測角精度是1°，這樣水平方向和豎直方向都會產(chǎn)生較大角度誤差，從而會導(dǎo)致較大的長度誤差。皮尺測距精度也較低，在山區(qū)由于要進(jìn)行角度修正更是降低了皮尺量距的準(zhǔn)確性。

2.1.2 理論誤差

方形固定樣地復(fù)位中產(chǎn)生的理論誤差，主要是角度偏差引起的。產(chǎn)生角度偏差主要有3 個因素：一是使用羅盤儀對中和整平比較粗放，導(dǎo)致觀測目標(biāo)時產(chǎn)生較大的角度偏差；二是標(biāo)志不規(guī)范，導(dǎo)致儀器對中和觀測目標(biāo)時不夠精確，也產(chǎn)生較大的角度偏差；三是在測設(shè)過程中只控制長度誤差，對角度誤差沒有進(jìn)行控制，方形固定樣地邊界會發(fā)生移位而不能與原固定樣地重合，如圖2（假設(shè)角度偏差2°，距離沒有偏差）。

圖2 角度偏差后的樣地

2.1.3 操作誤差

由于專業(yè)技術(shù)人員個人感官和習(xí)慣不同，在測設(shè)過程中也會產(chǎn)生誤差，因人而異，并與觀測者的責(zé)任心有關(guān)。

2.2 偶然誤差［1］

偶然誤差也稱為隨機(jī)誤差，是由于在測定過程中一系列有關(guān)因素微小的隨機(jī)波動而形成的具有相互抵償性的誤差。其產(chǎn)生的原因是測量過程中種種不穩(wěn)定隨機(jī)因素的影響，如溫度、相對濕度和氣壓等環(huán)境條件的不穩(wěn)定，專業(yè)技術(shù)人員操作的微小差異以及儀器的不穩(wěn)定等。

2.3 人為誤差

樣地復(fù)位中有很多人為因素也會導(dǎo)致較大誤差。如在找不到前期樣地標(biāo)志時，利用精度較低的GPS 或者根據(jù)經(jīng)驗推斷粗略復(fù)位；或者操作人員不細(xì)心導(dǎo)致的偏差。

3 減少誤差的措施

3.1 采用先進(jìn)儀器

高精度的儀器可以得到更準(zhǔn)確的測量值。常規(guī)的森林羅盤儀測角精度是1°，測距誤差更大，精度較低。目前市場上已經(jīng)有高精度的測量儀器，如經(jīng)緯儀、測距儀、全站儀、GPS 等?？紤]到操作的可行性和便利性，全站儀是最好的選擇。全站儀兼有測角和測距功能，且精度較高，測角精度可以達(dá)到10″（測角標(biāo)準(zhǔn)偏差）以下，測距精度可以達(dá)到10 mm（測距標(biāo)準(zhǔn)偏差）以下，其精度遠(yuǎn)高于森林羅盤儀和皮尺，使用全站儀可以大幅度減少儀器誤差。與羅盤儀比較，全站儀將光學(xué)度盤轉(zhuǎn)換為光電掃描度盤，將人工光學(xué)測微讀數(shù)代之以自動記錄和顯示讀數(shù)，使測角操作簡單化，可以減少偶然誤差。在視線較好的地方，全站儀可以一站測定所有的角樁、中心樁和樣木的位置，減少誤差積累，大大提高工作效率。采用全站儀測量可以較容易達(dá)到《規(guī)定》檢尺株數(shù)誤差要求，而使用羅盤儀則難度較大。

全站儀的不足之處是比羅盤儀較重，價格較高。但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，全站儀也在向輕型化、大眾化發(fā)展，其重量和價格也逐漸為大眾所接受。當(dāng)前隨著林業(yè)向著精細(xì)化、數(shù)字化發(fā)展，林業(yè)采用新技術(shù)、新儀器成為一種趨勢。

3.2 提高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

固定樣地復(fù)位過程中，只對周長閉合差有要求，對角度閉合差沒有限制。從圖2可以看出，某邊角度偏差2°則目標(biāo)角樁將會偏移0.90 m，導(dǎo)致該邊界產(chǎn)生位移而不能與原邊界重合，出現(xiàn)漏測木和多測木。因此，樣地復(fù)位中需要對角度誤差進(jìn)行限制。

方形固定樣地復(fù)位相當(dāng)于導(dǎo)線測量，可以參照《工程測量規(guī)范》（GB50026-2007）中3.3.1 條款（各等級導(dǎo)線測量的主要技術(shù)要求）來制定固定樣地復(fù)位測量的技術(shù)要求，使固定樣地測量更加規(guī)范合理。

3.3 規(guī)范測量標(biāo)志

圖3 標(biāo)樁設(shè)計圖

固定樣地設(shè)置中，要求1 號角樁和中心樁埋設(shè)水泥標(biāo)樁或塑料管樁，并設(shè)識別坑和固定物，2、3、4號角樁設(shè)置角溝，以便于樣地復(fù)位。但實際操作中存在兩個問題，一是這些標(biāo)志很容易被破壞或者由于不醒目，5 年后復(fù)位很難找到，增加復(fù)位難度；二是利用識別物、識別坑復(fù)位，由于沒有明顯的中心標(biāo)志，架設(shè)測量儀器時對中和瞄準(zhǔn)都會產(chǎn)生較大的偏差。因此建議在樣地的1號角樁和中心樁埋設(shè)規(guī)范的固定標(biāo)志，標(biāo)志可以參考《工程測量規(guī)范》（GB50026-2007）中的固定標(biāo)志，如圖3所示。

4 討 論

4.1 在減少固定樣地設(shè)置誤差措施中，使用先進(jìn)的測量儀器是關(guān)鍵。目前國內(nèi)外已應(yīng)用全站儀在森林固定樣地中測樹［3］。

4.2 建議對當(dāng)前森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)程進(jìn)一步修訂，提高技術(shù)要求和規(guī)范測量標(biāo)志，通過對標(biāo)準(zhǔn)的提高，可以達(dá)到提高森林資源調(diào)查準(zhǔn)確度的目的。