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森林资源调查中森林蓄积量的定量估测 森林是世界上最大的生态系统，森林种群是代表森林数量最重要的指标之一。森林蓄积的定量估测一直是林业科学研究工作者研究的重点和难点。同时,森林蓄积的定量估测也是政府掌握国家森林资源状况的主要途径。但森林蓄积量是一个动态变化的系统,为了及时掌握国家森林资源的状况,我国每5年进行1次的全国森林资源连续清查(一类调查),每10年进行1次的森林资源规划设计调查(二类调查),在调查中都要涉及到森林蓄积量的定量估测问题。鉴于森林蓄积定量估测的重要性,为了提高质量和效率,近年来新方法和手段不断出现,从传统数量化方法到线性多元统计分析,从地面手工测量到航空遥感,再到BP神经网络的应用,一系列的新方法、新手段使森林蓄积定量估测朝着更精确、更省时省力的方向发展。 1 森林蓄积量的定量估测 18世纪,随着近代科学和工业的快速发展,欧洲各国对木材的需求快速增长,对木材材积的测量逐渐发展成为一门独立的学科。其中意大利、法国和瑞士最早对林分的蓄积量进行了估测。但很快德国走在了前面,从18世纪末到19世纪初德国就使用平均断面积法求积式和中央断面求积式对伐倒木进行材积测定。紧随其后的是俄国和日本,最具代表的人物是M.M.奥尔洛夫,他在西欧蓄积测量的理论上和实践中开创了前苏联的森林蓄积量测定理论。我国于20世纪20年代开始从日本和德国引进蓄积量估测技术,50～60年代主要借鉴前苏联的经验,60年代我国科学家开始引入数理统计、抽样调查等技术应用于蓄积量的估测研究当中,但是测量过程主要依靠手工方法,科学家很难从宏观上把握森林资源生长和分布规律,这时的蓄积量定量估测费时费力而且精度不是很高。20世纪70年代末期,遥感技术被引进我国,我国的遥感事业有了长足的发展,遥感技术很快被应用于林业领域,森林蓄积量的遥感定量估测也随之进入了高速发展的快车道。在短短的几十年间,我国林业科技工作者将遥感技术应用于森林蓄积量估测主要经历了以下几个方面的发展阶段,最初研究和确定遥感影像比值项的作用;其次确定了用定量因子和定性因子联合估测森林蓄积量多元回归线性模型;之后研究了不同区域,不同气候带,以及不同林种多元回归模型的应用,最后提出了利用遥感技术估测蓄积量可减少工作量到原来的1/2～1/3的论断。近年来遥感蓄积定量估测发展迅速,并呈现出以下几个特点,一是探索应用多类型高分辨率遥感数据如SSM/I、ENVISAT ASAR、LIDAR数据等估测森林蓄积量。二是应用更先进的测量仪器估测森林蓄积量,加快了精准林业的发展。如利用结合了电子经纬仪和PDA功能的电子角规估测蓄积量。三是引进新的估测理论,如应用人工神经网络等非线性理论估测蓄积量。四是蓄积量估测系统的开发。随着软件行业的快速发展,森林蓄积量定量估测软件的开发成为研究热点,有很多人开始了这方面的探索,如基于MATLAB的森林蓄积量定量估测软件已经被开发出来。 2 一些传统的森林体积计算公式 2.1 林分蓄积量估算方法 标准木法是在标准地中选取一定数量的标准木,伐倒后用区分求积的方法实测其材积,然后据此推算林分蓄积量。最常用的标准木法包括平均标准木法、径阶标准木法、径阶等比标准木法、等株径级标准木法和等断面积标准木法几种。这种方法在使用时必须伐倒一定数量的树木,工作量很大,所以为了减少工作量,可以用材积表的方法计算森林蓄积量。 2.2 元材积表和积 材积表法又分为一元材积表法、二元材积表法、三元材积表法、航空材积表法等几种。最常用的是一元和二元材积表。二元材积表是根据胸径和树高2个因子确定树干材积的数表。一元材积表一般是根据二元材积表推算出来的。因为一元材积表只测胸径不测树高,所以其广泛应用于大面积的森林资源调查之中。而二元材积表主要应用于单个林分的计算。自20世纪70年代遥感技术引进我国后,新的方法更加方便,但对于材积表的研究仍然非常多。如王丹对不同时期的一元材积表精度进行对比后认为新材积表存在着55%的树种材积偏高。小中高大径阶组材积偏高。这一结果和二类调查结果相对应,从而得出了材积表材积偏高将成为林分调查蓄积量偏高的主要因素之一。 2.3 林分蓄积量计算 ①干距法。测量距标准杨堤中心点最近几株树距离的方法,称为干距法。一般以测量6株为好,所以又叫做“6株木法”。②形高表法。M=HF×G;式中,HF为林分形高,G为林分断面积,M为总蓄积。③实验形数法。测知林分平均高和总断面积后,根据相应的平均实验形数,代入公式M=f3×(H+3)G即可求出林分蓄积;其中,f3为平均试验形数,H为林分平均高。一般的均方差通常在4%～6%。 3 定量遥感估算固积量法 3.1 基于laer数据的森林蓄积量测量 多元线性回归估测蓄积量是目前遥感定量估测蓄积量的主要方法。其方法是利用遥感影像图中与地面对应样点上测量的各波段灰度