第1章單木材積測(cè)定

1、精品文檔精品文檔幻燈片1第1章單株樹(shù)木材積測(cè)定內(nèi)容提要基本測(cè)樹(shù)因子樹(shù)干形狀伐倒木樹(shù)干材積測(cè)定立木材積測(cè)定幻燈片2樹(shù)木是由樹(shù)干(體積占 右)所構(gòu)成。立木(standing tree) 伐倒木(felled tree) 材積：樹(shù)干的體積。概述15%左6070%)、樹(shù)根(體積占15%左右)和枝葉(體積占:生長(zhǎng)著的樹(shù)木。:立木伐倒后打去枝梗所剩余的主干?；脽羝?第一節(jié)基本測(cè)樹(shù)因子基本測(cè)樹(shù)因子：樹(shù)木的直接測(cè)量因子(如樹(shù)干的直徑、樹(shù)高等)及其派生的因子(如樹(shù)干橫斷面積、樹(shù)干材積、形數(shù)等)。樹(shù)干直徑：指垂直于樹(shù)干軸的橫斷面上的直徑(Diameter)。用D或d表示胸高直徑：位于距根頸1.3m處的直徑，簡(jiǎn)稱為

2、胸徑(DBHdiameteratbreastheight)。樹(shù)高(treeheight):樹(shù)干的根頸處至主干梢頂?shù)母叨取Ｐ馗邤嗝娣e(basalareaofbreast-height):樹(shù)干1.3m處的斷面積。樹(shù)干材積：指根頸以上樹(shù)干的體積(volume),記為V?；脽羝?直徑測(cè)定工具測(cè)定直徑的工具種類很多，常用的有輪尺、直徑卷尺等。(1)輪尺輪尺又稱卡尺(calipers),有木制或鋁合金制兩種。其構(gòu)造如右圖所示，可分為固定腳，滑動(dòng)腳和尺身三部分。固定腳固定在尺身一端，滑動(dòng)腳可沿尺身滑動(dòng)，尺身上有厘米刻度，根據(jù)滑動(dòng)腳在尺身上的位置讀出樹(shù)干的直徑值。幻燈片5幻燈片6徑階測(cè)尺上一般都有兩種刻度。一

3、種是從固定角內(nèi)側(cè)為零開(kāi)始，按cm刻劃?？删_到0.1cm,用以量測(cè)實(shí)際直徑。另一種是徑階刻劃，即在森林調(diào)查時(shí)，用于大量樹(shù)木直徑的測(cè)定，為了讀數(shù)和統(tǒng)計(jì)方便，一般是按1、2、4cm分組，所分的直徑組稱為徑階(diameterclass),用其組中值表示。當(dāng)按1、2、4cm分組時(shí)，其最小徑階的中值分別為1、2、4cm。徑階整化常采用上限排外法徑階（cm）2cm徑階范圍（cm）徑階（cm）4cm徑階范圍（cm）21.0-2.942.0-5.943.0-4.986.0-9.965.0-6.91210.013.987.0-8.91614.017.9109.0-10.92018.021.9幻燈片7幻燈片8圍

4、尺直徑卷尺又稱作圍尺（diametertape）,根據(jù)制作材料的不同，又有布圍尺，鋼圍尺之分。通過(guò)圍尺量測(cè)樹(shù)干的圓周長(zhǎng)，換算成直徑。一般長(zhǎng)13m，圍尺采用雙面（或在一面的上、下）亥伐人一面刻普通米尺；另一面上刻上與圓周長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的直徑讀數(shù)，也就是根據(jù)r兀D的關(guān)系（C為周長(zhǎng)，D為直徑）進(jìn)行刻劃幻燈片9幻燈片10測(cè)定胸徑注意事項(xiàng)：準(zhǔn)確確定胸高位置（1.3m處）；將圍尺拉緊平圍樹(shù)干后，才能讀數(shù)，使圍尺圍在同意水平面上，防止傾斜，否則易產(chǎn)生較大誤差。在坡地測(cè)徑時(shí)，必須站在坡上測(cè)1.3m處直徑；胸高處出現(xiàn)節(jié)疤、凹凸或其它不正常的情況時(shí)，取上下土acm干形較正常處測(cè)兩個(gè)直徑取平均數(shù)作為胸徑值；胸高以下分叉的

5、樹(shù)，可以視為兩株樹(shù)分別測(cè)定；胸高斷面呈橢圓形時(shí)，應(yīng)測(cè)其相互垂直方向（特指用輪尺）的胸徑取其平均數(shù)?；脽羝?1測(cè)高工具測(cè)高器幻燈片12原理根據(jù)三角原理設(shè)計(jì)。通過(guò)正切函數(shù)關(guān)系測(cè)算樹(shù)高?；脽羝?3布魯萊斯測(cè)高器在布魯萊斯測(cè)高器的指針盤上，分別有幾種不同水平距離的高度刻度。使用時(shí)，先要測(cè)出測(cè)點(diǎn)至樹(shù)木水平距離，且要等于整數(shù)10、15、20、30ml測(cè)高時(shí)，按動(dòng)儀器背面啟動(dòng)按鈕，讓指針自由擺動(dòng)，用瞄準(zhǔn)器對(duì)準(zhǔn)樹(shù)梢后，稍停2-3秒待指針停止擺動(dòng)呈鉛錘狀態(tài)后，按下制動(dòng)鈕，固定指針，在刻度盤上讀出對(duì)應(yīng)于所選水平距離的樹(shù)高值，再加上測(cè)者眼高AE即為樹(shù)木全高H幻燈片14坡地測(cè)高在坡地上，先觀測(cè)樹(shù)梢，求得hl;再觀測(cè)樹(shù)

6、基，求得h2。若兩次觀測(cè)符號(hào)相反（仰視為正，俯視為負(fù)），則樹(shù)木全高H=h1+h2,見(jiàn)圖（“）；若兩次觀測(cè)值符號(hào)相同，則H=h1-h2,見(jiàn)圖（b）和圖（c）幻燈片15使用注意事項(xiàng)： 測(cè)高時(shí)一定要兩次讀數(shù)之和（差）。 測(cè)高的水平距離應(yīng)盡量與樹(shù)高相同。 樹(shù)高小于5m時(shí)不用測(cè)高器，而用測(cè)桿測(cè)定。對(duì)闊葉樹(shù)不要誤將樹(shù)冠倒側(cè)當(dāng)作樹(shù)梢。這種測(cè)高器的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，易于掌握，在視角等于45時(shí)，精度較高，但需要測(cè)樹(shù)木至測(cè)點(diǎn)的水平距離?；脽羝?6超聲波測(cè)高器超聲波測(cè)高器可用來(lái)測(cè)量物體的高度和測(cè)量距離，角度，坡度和空氣溫度。超聲波測(cè)高器是通過(guò)超聲波信號(hào)發(fā)送與接收來(lái)獲得準(zhǔn)確的距離，高度是由距離和角度的三角函數(shù)關(guān)系計(jì)算得

7、到的。它由信號(hào)接受器和測(cè)高器組成，另外，還有一個(gè)標(biāo)桿可供選用幻燈片17示意圖幻燈片18使用注意事項(xiàng):a.不要觸摸設(shè)備前方的溫度感應(yīng)器。b.在打開(kāi)儀器要預(yù)熱一段時(shí)間，保證儀器溫度與周圍環(huán)境溫度一致，否則測(cè)量精度會(huì)下降。c.手握測(cè)高器，將其顯示屏與地面垂直。幻燈片19設(shè)備的啟動(dòng)和關(guān)閉a.開(kāi)機(jī)前，在測(cè)高器和信號(hào)接受器上各裝一枚5號(hào)電池。b.紅色0咐$鈕為測(cè)高器的啟動(dòng)鍵。c.將測(cè)高器距離信號(hào)接受器1-2cm處，按下紅色ON®鈕，信號(hào)接受器將自動(dòng)開(kāi)啟。關(guān)機(jī)的三種方法：a.60秒沒(méi)有按鍵操作，設(shè)備自動(dòng)關(guān)閉。b.同時(shí)按下兩個(gè)箭頭按鈕，2秒內(nèi)關(guān)機(jī)。c.完成6次測(cè)高后，自動(dòng)關(guān)機(jī)?；脽羝?0測(cè)量步驟a.

8、信號(hào)接受器側(cè)面有一小刀，將其切入樹(shù)皮內(nèi)，固定于距地面1.3m高度的樹(shù)干上（此高度可以在測(cè)高器的“設(shè)置”菜單選項(xiàng)中設(shè)定）。b.開(kāi)啟信號(hào)接受器。c.手持測(cè)高器，選擇一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，能夠看到樹(shù)梢頂及信號(hào)接受器，將測(cè)高器的紅色ON按鈕一直保持揪下的狀態(tài)，將測(cè)高器的瞄準(zhǔn)鏡中紅點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)信號(hào)接受器，直到瞄準(zhǔn)鏡中的紅點(diǎn)消失為止，松開(kāi)紅色ON®紐，將在測(cè)高器的顯示屏上顯示出觀測(cè)點(diǎn)到信號(hào)接收器的距離、角度和水平距離。d.再將瞄準(zhǔn)鏡中紅點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)樹(shù)梢點(diǎn)頂點(diǎn)，這時(shí)紅十字線閃爍，按下紅色ON按鈕直到紅十字線消失為止，松開(kāi)紅色025鈕，此時(shí)，在測(cè)高器顯示屏上可顯示樹(shù)的高度（假定接收器固定高度1.3m）;再對(duì)準(zhǔn)樹(shù)頂，重復(fù)此

9、步驟，可連續(xù)測(cè)得6個(gè)樹(shù)干上不同部位的高度?；脽羝?1幻燈片22樹(shù)高測(cè)定幻燈片23樹(shù)高測(cè)定幻燈片24第二節(jié)樹(shù)干形狀樹(shù)干直徑隨從根頸至樹(shù)梢其樹(shù)干直徑呈現(xiàn)出由大到小的變化規(guī)律，變化多樣。影響因子：1）內(nèi)因：遺傳特性、生物學(xué)特性、年齡和枝條著生情況；2）外因（環(huán)境條件）：立地條件、氣候因素、林分密度和經(jīng)營(yíng)措施等任何規(guī)則的幾何體，若要計(jì)算其體積必須先知其形狀。樹(shù)干形狀是由樹(shù)干的橫斷面形狀和縱斷面形狀綜合構(gòu)成?；脽羝?5一、樹(shù)干橫斷面形狀樹(shù)干橫斷面：假設(shè)過(guò)樹(shù)干中心有一條縱軸線（稱為干軸），與干軸垂直的切面。樹(shù)干橫斷面形狀近似圓形，更接近橢圓形。為了計(jì)算方便通常視其為圓形，平均誤差不超過(guò)±3%（見(jiàn)

10、P18-19）。樹(shù)干橫斷面的計(jì)算公式為：幻燈片26一、樹(shù)干橫斷面形狀幻燈片27二、樹(shù)干縱斷面形狀幻燈片28、樹(shù)干縱斷面形狀干曲線方程一將干曲線用數(shù)學(xué)公式予以表達(dá)。幻燈片29二、樹(shù)干縱斷面形狀干曲線自基部向梢端的變化大致可歸納為：凹曲線、平行于x軸的直線、拋物線和相交于y軸的直線這4種曲線類型。干曲線圍繞干軸旋轉(zhuǎn)可得四種幾何體：凹曲線體（D）、圓柱體（C）、截頂拋物線體（B）和圓錐體（A）?；脽羝?0（二）干曲線式孔茲（Kunze、M.,1873）干曲線式：式中y樹(shù)干橫斷面半徑；x樹(shù)干梢頭至橫斷面的長(zhǎng)度;P一系數(shù)；r形狀指數(shù)。形狀指數(shù)（r）的變化一般在03,當(dāng)r分別取0、1、2、3數(shù)值時(shí)，則可分

11、別表達(dá)上述4種幾何體。（注：實(shí)際中樹(shù)干各部分r一般不是整數(shù)）形狀指數(shù)方程式曲線類型旋轉(zhuǎn)體0y2=P平行于x軸的直線圓柱體1y2=Px拋物體截頂拋物線體2y2=Px2相交于x軸的直線圓錐體3y2=Px3凹曲線凹曲線體幻燈片31第三節(jié)伐倒木樹(shù)干材積測(cè)定一般求積式（一）樹(shù)干完頂體求積式（二）樹(shù)干截頂體求積式近似求積式區(qū)分求積式幻燈片32一、伐倒木一般求積式（一）樹(shù)干完頂體求積式1、用下底斷面（g0）和長(zhǎng)度求體積L將r=0、1、2、3代入可得4種體型的材積公式。g0幻燈片33一、伐倒木一般求積式（一）樹(shù)干完頂體求積式2、中央斷面（g1/2）和長(zhǎng)度求體積LL/2g1/2g0幻燈片34一、伐倒木一般求積式

12、（二）樹(shù)干截頂體求積式1、用兩端斷面積求體積幻燈片35一、伐倒木一般求積式（一）樹(shù)干截頂體求積式2、用中央斷面積求體積g1/2幻燈片36二、伐倒木近似求積式（一）平均斷面積近似求積式（Smalian,1806）（二）中央斷面積近似求積式（Huber,1825）（三）牛頓近似求積式（Reiker,1849）幻燈片37伐倒木近似求積式的精度以上三種近似求積式計(jì)算截頂木段材積時(shí)：牛頓近似求積式精度雖高，但測(cè)算工作較繁；中央斷面近似求積式精度中等，但測(cè)算工作簡(jiǎn)易，實(shí)際工作中主要采用中央斷面積近似求積式；平均斷面近似求積式雖差，但它便于測(cè)量堆積材，當(dāng)大頭離開(kāi)干基較遠(yuǎn)時(shí)，求積誤差將會(huì)減少?；脽羝?8三、伐

13、倒木區(qū)分求積式為了提高木材材積的測(cè)算精度，根據(jù)樹(shù)干形狀變化的特點(diǎn)，可將樹(shù)干區(qū)分成若干等長(zhǎng)或不等長(zhǎng)的區(qū)分段，使各區(qū)分段干形更接近于正幾何體，分別用近似求積式測(cè)算各分段材積，再把各段材積合計(jì)可得全樹(shù)干材積。該法稱為區(qū)分求積法（measurementalmethodbysection）。在樹(shù)干的區(qū)分求積中，梢端不足一個(gè)區(qū)分段的部分視為梢頭，用圓錐體公式計(jì)算其材積?；脽羝?9（一）中央斷面區(qū)分求積式將樹(shù)干按一定長(zhǎng)度（通常1或2m）分段，量出每段中央直徑和最后不足一個(gè)區(qū)分段梢頭底端直徑，利用中央斷面近似求積式（110）求算各分段的材積并合計(jì)：幻燈片40（二）平均斷面區(qū)分求積式根據(jù)平均斷面近似求積式，按上

14、述同樣原理和方法，可以推導(dǎo)出平均斷面區(qū)分求積式為:式中：g0樹(shù)干底斷面積；gn梢頭木底斷面積；gi各區(qū)分段之間的斷面積；l、l一分別為區(qū)分段長(zhǎng)度及梢頭木長(zhǎng)度。幻燈片41（三）區(qū)分求積式的精度在同一樹(shù)干上，某個(gè)區(qū)分求積式的精度主要取決于分段個(gè)數(shù)的多少，段數(shù)愈多，則精度愈高。區(qū)分段數(shù)一般以不少于5個(gè)為宜：（1）當(dāng)H>15m寸，l=2m當(dāng)7>H>15m寸，l=1m（3）當(dāng)H<7m寸，l=0.5m幻燈片42第四節(jié)單株立木材積測(cè)定一、立木測(cè)定特點(diǎn)（1）立木高度：一般用測(cè)高器測(cè)定（H<10m可用測(cè)桿）。（2）立木直徑：一般僅限于人們站在地面向上伸手就能方便測(cè)量到的部位，普遍選

15、擇胸高直徑（DBH。各國(guó)對(duì)胸高位置的規(guī)定略有差異。我國(guó)和歐洲大陸取1.3m,英國(guó)取4.3ft（約1.32m）,美國(guó)和加拿大取4.5ft（約1.37m）,日本為1.2m。（3）立木材積：通過(guò)立木材積三要素（D、H和胸高形數(shù)）計(jì)算材積?；脽羝?3二、形數(shù)和形率（一）形數(shù)形數(shù)（formfactor）:樹(shù)干材積與比較圓柱體體積之比。式中V樹(shù)干材積；V'比較圓柱體體積；gx一干高X處的橫斷面積；fx以干高X處斷面為基礎(chǔ)的形數(shù);h全樹(shù)高?；脽羝?4（一）形數(shù)（1）胸高形數(shù)（f1.3）實(shí)際工作中，常以胸高形數(shù)（f1.3）、胸高斷面積（g1.3）及全樹(shù)高（h）稱作材積三要素。由孔茲干曲線可以導(dǎo)出f1.

16、3與樹(shù)干形狀r和樹(shù)高h(yuǎn)的關(guān)系式（推導(dǎo)見(jiàn)P29-30）:幻燈片45胸高形數(shù)（f1.3）f1.3與r的關(guān)系：當(dāng)H>>1.3m時(shí)，說(shuō)明f1.3是關(guān)于r的減函數(shù)。（P3。當(dāng)r=1,干形為拋物線體，則f1.3>1/2當(dāng)r=2,干形為圓錐體，則f1.3>1/3<當(dāng)r=3,干形為凹曲線體，則f1.3>1/4幻燈片46胸高形數(shù)（f1.3）f1.3與h的關(guān)系：當(dāng)r一定時(shí)，f1.3是關(guān)于h的減函數(shù)。幻燈片47（2）正形數(shù)正形數(shù)：以樹(shù)干材積與樹(shù)干某一相對(duì)高（如0.1h）處的比較圓柱體的體積之比由孔茲干曲線可以導(dǎo)出fn與樹(shù)高h(yuǎn)無(wú)關(guān)，消除了樹(shù)高的影響：幻燈片48（3）實(shí)驗(yàn)形數(shù)實(shí)驗(yàn)形數(shù)

17、（experimentalformfactor）是林昌庚（1961）提出作為一種干形指標(biāo):實(shí)驗(yàn)形數(shù)是為了吸取胸高形數(shù)的量測(cè)方便和正形數(shù)不受樹(shù)高影響這兩方面的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)的?；脽羝?9（3）實(shí)驗(yàn)形數(shù)公式來(lái)源：設(shè)gn為樹(shù)干某一相對(duì)高（nh）處的橫斷面積。根據(jù)gn與g1.3之比與h呈雙曲線關(guān)系：,即由正形數(shù)定義可得：令，M在設(shè)計(jì)f刑，取gn在1/20h位置處，由云杉、松樹(shù)、白樺、楊樹(shù)4個(gè)樹(shù)種求得i3因此，K=3是實(shí)驗(yàn)值。無(wú)論樹(shù)種、樹(shù)高變化如何，f?平均值比較穩(wěn)定0.390.41.（P32）幻燈片50（二）形率形率（formquotient）:樹(shù)干上某一位置的直徑與比較直徑之比。其表達(dá)式為：式中qx形率

18、；dx樹(shù)干某一位置的直徑；dz樹(shù)干某一固定位置的直徑，即比較直徑。由于所取比較直徑的位置不同，而有不同的形率?；脽羝?1胸高形率（q2）由孔茲干曲線式y(tǒng)2=Pxr可導(dǎo)出q2與r之間的如下關(guān)系：故在相同時(shí)，q2依h增大而減小。希費(fèi)爾（1899）形率系列（p34）:q0,q1,q2,q3幻燈片52（2）絕對(duì)形率（qJ）瓊森（JonsonT.,1910）qJ與r之間的關(guān)系qJ與樹(shù)高無(wú)關(guān)。當(dāng)r=1時(shí)，qJ=0.707;當(dāng)r=2時(shí)，qJ=0.5;當(dāng)r=3時(shí)，qJ=0.354?；脽羝?3(3)正形率(q0.1)正形率與形狀指數(shù)之間的關(guān)系:所以q0.1只是形狀指數(shù)r的函數(shù)，與h無(wú)關(guān)幻燈片54(三)形數(shù)與形率的關(guān)系(1)此式是把樹(shù)干當(dāng)作拋物線體時(shí)導(dǎo)出的：上式求算形數(shù)的近似公式，凡樹(shù)干與拋物線體相差越大，按此式計(jì)算形數(shù)的偏差亦越大?；脽羝?5(三)形數(shù)與形率的關(guān)系此式由孔茲(Kunze,1890)根據(jù)大量樹(shù)種的f1.3與形率(q2)的關(guān)系提出的。當(dāng)樹(shù)干接近拋物線體時(shí)，一般樹(shù)的c值接近0.20。如松樹(shù)c=0.20,云杉及搬樹(shù)c=0.21,水青岡、山楊及黑棺木c=0.22,落葉松c=0.205。此式適合于樹(shù)高18m的樹(shù)木，其誤差一般不超過(guò)±5%?；脽羝?6(三)形數(shù)與形率的關(guān)系(3)希費(fèi)爾(Schiffel,1899)公式：該式屬于經(jīng)驗(yàn)公式，是用云杉、落葉松、松樹(shù)和冷杉