第1章單木材積測定

1、精品文檔精品文檔幻燈片1第1章單株樹木材積測定內(nèi)容提要基本測樹因子樹干形狀伐倒木樹干材積測定立木材積測定幻燈片2樹木是由樹干(體積占 右)所構(gòu)成。立木(standing tree) 伐倒木(felled tree) 材積：樹干的體積。概述15%左6070%)、樹根(體積占15%左右)和枝葉(體積占:生長著的樹木。:立木伐倒后打去枝梗所剩余的主干?；脽羝?第一節(jié)基本測樹因子基本測樹因子：樹木的直接測量因子(如樹干的直徑、樹高等)及其派生的因子(如樹干橫斷面積、樹干材積、形數(shù)等)。樹干直徑：指垂直于樹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，簡稱為

2、胸徑(DBHdiameteratbreastheight)。樹高(treeheight):樹干的根頸處至主干梢頂?shù)母叨取Ｐ馗邤嗝娣e(basalareaofbreast-height):樹干1.3m處的斷面積。樹干材積：指根頸以上樹干的體積(volume),記為V?；脽羝?直徑測定工具測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干的直徑值?；脽羝?幻燈片6徑階測尺上一般都有兩種刻度。一

3、種是從固定角內(nèi)側(cè)為零開始，按cm刻劃。可精確到0.1cm,用以量測實(shí)際直徑。另一種是徑階刻劃，即在森林調(diào)查時(shí)，用于大量樹木直徑的測定，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。通過圍尺量測樹干的圓周長，換算成直徑。一般長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相對應(yīng)的直徑讀數(shù)，也就是根據(jù)r兀D的關(guān)系（C為周長，D為直徑）進(jìn)行刻劃幻燈片9幻燈片10測定胸徑注意事項(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。在坡地測徑時(shí)，必須站在坡上測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干形較正常處測兩個(gè)直徑取平均數(shù)作為胸徑值；胸高以下分叉的

5、樹，可以視為兩株樹分別測定；胸高斷面呈橢圓形時(shí)，應(yīng)測其相互垂直方向（特指用輪尺）的胸徑取其平均數(shù)?；脽羝?1測高工具測高器幻燈片12原理根據(jù)三角原理設(shè)計(jì)。通過正切函數(shù)關(guān)系測算樹高。幻燈片13布魯萊斯測高器在布魯萊斯測高器的指針盤上，分別有幾種不同水平距離的高度刻度。使用時(shí)，先要測出測點(diǎn)至樹木水平距離，且要等于整數(shù)10、15、20、30ml測高時(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)器對準(zhǔn)樹梢后，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，在刻度盤上讀出對應(yīng)于所選水平距離的樹高值，再加上測者眼高AE即為樹木全高H幻燈片14坡地測高在坡地上，先觀測樹梢，求得hl;再觀測樹

6、基，求得h2。若兩次觀測符號相反（仰視為正，俯視為負(fù)），則樹木全高H=h1+h2,見圖（“）；若兩次觀測值符號相同，則H=h1-h2,見圖（b）和圖（c）幻燈片15使用注意事項(xiàng)： 測高時(shí)一定要兩次讀數(shù)之和（差）。 測高的水平距離應(yīng)盡量與樹高相同。 樹高小于5m時(shí)不用測高器，而用測桿測定。對闊葉樹不要誤將樹冠倒側(cè)當(dāng)作樹梢。這種測高器的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，易于掌握，在視角等于45時(shí)，精度較高，但需要測樹木至測點(diǎn)的水平距離?；脽羝?6超聲波測高器超聲波測高器可用來測量物體的高度和測量距離，角度，坡度和空氣溫度。超聲波測高器是通過超聲波信號發(fā)送與接收來獲得準(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。它由信號接受器和測高器組成，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，否則測量精度會(huì)下降。c.手握測高器，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.開機(jī)前，在測高器和信號接受器上各裝一枚5號電池。b.紅色0咐$鈕為測高器的啟動(dòng)鍵。c.將測高器距離信號接受器1-2cm處，按下紅色ON®鈕，信號接受器將自動(dòng)開啟。關(guān)機(jī)的三種方法：a.60秒沒有按鍵操作，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次測高后，自動(dòng)關(guān)機(jī)?；脽羝?0測量步驟a.

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

9、步驟，可連續(xù)測得6個(gè)樹干上不同部位的高度。幻燈片21幻燈片22樹高測定幻燈片23樹高測定幻燈片24第二節(jié)樹干形狀樹干直徑隨從根頸至樹梢其樹干直徑呈現(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。樹干形狀是由樹干的橫斷面形狀和縱斷面形狀綜合構(gòu)成?；脽羝?5一、樹干橫斷面形狀樹干橫斷面：假設(shè)過樹干中心有一條縱軸線（稱為干軸），與干軸垂直的切面。樹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±3%（見

10、P18-19）。樹干橫斷面的計(jì)算公式為：幻燈片26一、樹干橫斷面形狀幻燈片27二、樹干縱斷面形狀幻燈片28、樹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）。幻燈片30（二）干曲線式孔茲（Kunze、M.,1873）干曲線式：式中y樹干橫斷面半徑；x樹干梢頭至橫斷面的長度;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)伐倒木樹干材積測定一般求積式（一）樹干完頂體求積式（二）樹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）樹干完頂體求積式1、用下底斷面（g0）和長度求體積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）樹干完頂體求積式2、中央斷面（g1/2）和長度求體積LL/2g1/2g0幻燈片34一、伐倒木一般求積式

12、（二）樹干截頂體求積式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，但測算工作較繁；中央斷面近似求積式精度中等，但測算工作簡易，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，但它便于測量堆積材，當(dāng)大頭離開干基較遠(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算精度，根據(jù)樹干形狀變化的特點(diǎn)，可將樹干區(qū)分成若干等長或不等長的區(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算各分段材積，再把各段材積合計(jì)可得全樹干材積。該法稱為區(qū)分求積法（measurementalmethodbysection）。在樹干的區(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)分求積式將樹干按一定長度（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)分段長度及梢頭木長度?；脽羝?1（三）區(qū)分求積式的精度在同一樹干上，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)單株立木材積測定一、立木測定特點(diǎn)（1）立木高度：一般用測高器測定（H<10m可用測桿）。（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量到的部位，普遍選

15、擇胸高直徑（DBH。各國對胸高位置的規(guī)定略有差異。我國和歐洲大陸取1.3m,英國取4.3ft（約1.32m）,美國和加拿大取4.5ft（約1.37m）,日本為1.2m。（3）立木材積：通過立木材積三要素（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）:樹干材積與比較圓柱體體積之比。式中V樹干材積；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全樹高。幻燈片44（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與樹干形狀r和樹高h(yuǎn)的關(guān)系式（推導(dǎo)見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)?；脽羝?7（2）正形數(shù)正形數(shù)：以樹干材積與樹干某一相對高（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與樹高h(yuǎn)無關(guān)，消除了樹高的影響：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)的量測方便和正形數(shù)不受樹高影響這兩方面的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)的。幻燈片49（3）實(shí)驗(yàn)形數(shù)公式來源：設(shè)gn為樹干某一相對高（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、白樺、楊樹4個(gè)樹種求得i3因此，K=3是實(shí)驗(yàn)值。無論樹種、樹高變化如何，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樹干某一位置的直徑；dz樹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）絕對形率（qJ）瓊森（JonsonT.,1910）qJ與r之間的關(guān)系qJ與樹高無關(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。幻燈片53(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無關(guān)幻燈片54(三)形數(shù)與形率的關(guān)系(1)此式是把樹干當(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)大量樹種的f1.3與形率(q2)的關(guān)系提出的。當(dāng)樹干接近拋物線體時(shí)，一般樹的c值接近0.20。如松樹c=0.20,云杉及搬樹c=0.21,水青岡、山楊及黑棺木c=0.22,落葉松c=0.205。此式適合于樹高18m的樹木，其誤差一般不超過±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、松樹和冷杉