森林资源连续清查方形固定样地设置误差分析

李纪友

（广东省林业调查规划院，广东 广州510520）

国家森林资源连续清查（简称一类清查）是以掌握宏观森林资源现状与动态为目的，以省（直辖市、自治区）为单位，利用固定样地为主进行定期复查的森林资源调查方法，是全国森林资源与生态状况综合监测体系的重要组成部分［1］。国家森林资源连续清查的任务是定期、准确查清全国和各省森林资源的数量、质量及其消长动态，掌握森林生态系统的现状和变化趋势，对森林资源与生态状况进行综合评价。采取固定样地是实现森林资源清查信息连续可比、动态评价的重要基础和前提。在野外调查中不断提高固定样地布设的精确度对提高森林资源调查的准确度具有十分重要的意义。本文分析了方形固定样地产生误差的原因，同时提出了减少误差的措施。

1 固定样地的设置

根据《国家森林资源连续清查技术规定》(2014)要求，方形固定样地面积为667 m2，周界边长为25.82 m。以固定样地的西南角作为起点（1号角，即抽中公里网交叉点），各边的方位角分别为0°（1-2）、90°（2-3）、180°（3-4）、270°（4-1），如图1。新设样地周界测量闭合差不得大于1/200（0.51 m）；对于复测样地每一条边误差小于1 m、周长误差小于1/100（1.03 m）。样地检尺株数误差为：8 cm（含）以上应检尺株数不应当有误差，8 cm 以下应检尺株数误差为5%，且不多于3株。

图1 方形固定样地

为了便于识别和找到样地，《规定》要求样地的1 号角桩和中心桩要埋设水泥标桩（规格为4 cm×4 cm×40 cm）或塑料管桩（规格为长40 cm、白色PVC 材质4 分管）。2 号角桩、3 号角桩、4 号角桩均沿样地边挖直角沟，1 号角桩之正南、3 号角桩之正北1 m 处挖识别土坑，在1号角桩处还要选定3个定位物（树）。

2 样地设置误差分析

国家森林资源连续清查始于1977年，原则上每5 年复查1 次，至今已开展多次，因此绝大部分样地为复测样地。本文主要分析复测样地产生误差的原因。

2.1 系统误差［2］

2.1.1 仪器误差

固定样地复位采用罗盘仪测角，皮尺测距。罗盘仪测角精度较低，如森林罗盘仪的测角精度是1°，这样水平方向和竖直方向都会产生较大角度误差，从而会导致较大的长度误差。皮尺测距精度也较低，在山区由于要进行角度修正更是降低了皮尺量距的准确性。

2.1.2 理论误差

方形固定样地复位中产生的理论误差，主要是角度偏差引起的。产生角度偏差主要有3 个因素：一是使用罗盘仪对中和整平比较粗放，导致观测目标时产生较大的角度偏差；二是标志不规范，导致仪器对中和观测目标时不够精确，也产生较大的角度偏差；三是在测设过程中只控制长度误差，对角度误差没有进行控制，方形固定样地边界会发生移位而不能与原固定样地重合，如图2（假设角度偏差2°，距离没有偏差）。

图2 角度偏差后的样地

2.1.3 操作误差

由于专业技术人员个人感官和习惯不同，在测设过程中也会产生误差，因人而异，并与观测者的责任心有关。

2.2 偶然误差［1］

偶然误差也称为随机误差，是由于在测定过程中一系列有关因素微小的随机波动而形成的具有相互抵偿性的误差。其产生的原因是测量过程中种种不稳定随机因素的影响，如温度、相对湿度和气压等环境条件的不稳定，专业技术人员操作的微小差异以及仪器的不稳定等。

2.3 人为误差

样地复位中有很多人为因素也会导致较大误差。如在找不到前期样地标志时，利用精度较低的GPS 或者根据经验推断粗略复位；或者操作人员不细心导致的偏差。

3 减少误差的措施

3.1 采用先进仪器

高精度的仪器可以得到更准确的测量值。常规的森林罗盘仪测角精度是1°，测距误差更大，精度较低。目前市场上已经有高精度的测量仪器，如经纬仪、测距仪、全站仪、GPS 等。考虑到操作的可行性和便利性，全站仪是最好的选择。全站仪兼有测角和测距功能，且精度较高，测角精度可以达到10″（测角标准偏差）以下，测距精度可以达到10 mm（测距标准偏差）以下，其精度远高于森林罗盘仪和皮尺，使用全站仪可以大幅度减少仪器误差。与罗盘仪比较，全站仪将光学度盘转换为光电扫描度盘，将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数，使测角操作简单化，可以减少偶然误差。在视线较好的地方，全站仪可以一站测定所有的角桩、中心桩和样木的位置，减少误差积累，大大提高工作效率。采用全站仪测量可以较容易达到《规定》检尺株数误差要求，而使用罗盘仪则难度较大。

全站仪的不足之处是比罗盘仪较重，价格较高。但随着技术的不断进步，全站仪也在向轻型化、大众化发展，其重量和价格也逐渐为大众所接受。当前随着林业向着精细化、数字化发展，林业采用新技术、新仪器成为一种趋势。

3.2 提高技术标准

固定样地复位过程中，只对周长闭合差有要求，对角度闭合差没有限制。从图2可以看出，某边角度偏差2°则目标角桩将会偏移0.90 m，导致该边界产生位移而不能与原边界重合，出现漏测木和多测木。因此，样地复位中需要对角度误差进行限制。

方形固定样地复位相当于导线测量，可以参照《工程测量规范》（GB50026-2007）中3.3.1 条款（各等级导线测量的主要技术要求）来制定固定样地复位测量的技术要求，使固定样地测量更加规范合理。

3.3 规范测量标志

图3 标桩设计图

固定样地设置中，要求1 号角桩和中心桩埋设水泥标桩或塑料管桩，并设识别坑和固定物，2、3、4号角桩设置角沟，以便于样地复位。但实际操作中存在两个问题，一是这些标志很容易被破坏或者由于不醒目，5 年后复位很难找到，增加复位难度；二是利用识别物、识别坑复位，由于没有明显的中心标志，架设测量仪器时对中和瞄准都会产生较大的偏差。因此建议在样地的1号角桩和中心桩埋设规范的固定标志，标志可以参考《工程测量规范》（GB50026-2007）中的固定标志，如图3所示。

4 讨 论

4.1 在减少固定样地设置误差措施中，使用先进的测量仪器是关键。目前国内外已应用全站仪在森林固定样地中测树［3］。

4.2 建议对当前森林资源连续清查技术规程进一步修订，提高技术要求和规范测量标志，通过对标准的提高，可以达到提高森林资源调查准确度的目的。