Атрощенко_Лесная таксация_doc. Курс лекций Раздел Введение. Таксационные изменения, приборы и инструменты 1 Предмет, задачи и объекты лесной таксации
 Скачать 3.69 Mb.
|
О.А. Атрощенко Лесная таксация Курс лекций Раздел 1. Введение. Таксационные изменения, приборы и инструменты 1.1 Предмет, задачи и объекты лесной таксации Лесная таксация как научная дисциплина изучает методы измерений и оценки таксационных показателей деревьев и древостоев, заготовленной лесной продукции, запасов отдельных насаждений и лесных массивов, закономерности строения, роста и производительностидревостоев, прироста отдельных деревьев, насаждений и лесных массивов, количественного (запас) икачественного (товарность) учета и оценки лесосечного фонда, методы таксации лесов и лесного фонда Слово «таксация» происходитот латинского «taxatio», что значает оценка. Отсюда таксировать лес – это значит его оценивать. Термин «таксация леса звучит на французском языке дендрометрия, на английском – «Forest mensuration» (лесные измерения). Поэтому в ряде стран Западной Европы (Франция, Польша) эту дисциплину называют Дендрометрией (дословно измерение деревьев, а в США и Англии – «Forest mensuration» – лесные измерения. У нас принято название Лесная таксация» ввиду того, что лесные измерения в этом курсе являются главнейшей темой. Дальнейший прогресс в технике учета лесов тесно связан с заменой визуальных (глазомерных) оценок таксационных показателей более точными измерениями, опирающимися на меру и число [3, 21, 28, Основные задачи лесной таксации. 1. Для организации хозяйства в лесу, планирования лесного хозяйства и проектирования лесохозяйственных мероприятий необходимо иметь характеристику лесного фонда по преобладающим породам, группами категориям защитности лесов по лесничеству, лесхозу и республике в целом. Эта информация в виде распределений площадей и запасов насаждений по породам, классам возраста, классам бонитета, полнотам и т. д. получается методами лесной таксации в процессе лесоустройства. Рациональное использование лесных ресурсов, оценка их состояния и прогноз динамики лесного фонда, расчет размера лесопользования и рубки леса требуют данных о таксационных показателях однородных лесных участков, насаждений, их строении, приросте, росте и производительности. При проектировании лесохозяйственных мероприятий в качестве первичных основных технических документов используют таксационные описания и планы лесонасаждений, составляемые после проведения лесотаксационных работ в лесу. Большое значение имеетлесная таксация для промышленной таксации лесов. При таксации леса каждому участку (таксационному выделу) дают лесопромышленную оценку запаса насаждения с выходом промышленных сортиментов и выявлением условий эксплуатации. Методами лесной таксации выполняется подготовка лесосечного фонда по главному и промежуточному лесопользованию 5. Данные, полученные лесной таксацией, используются в оценке лесосырьевых баз для проектирования, строительства и работы лесопромышленных и целлюлозно-бумажных предприятий. При проведениилесотаксационных работ в процессе лесоустои- тельства оценивают водоохранное и защитное значение леса, влияние леса на охрану окружающей среды и успешность ведения сельского хозяйства. Учитывается вся биомасса, те. не только стволовая древесина, но и ветви, хвоя, оценивается фитомасса лесов, средообразующие функции лесов, их углерододепонирующая роль. Лесная таксация – одна из основополагающих дисциплин лесохозяйственного профиля и связана со многими дисциплинами. Так, в вопросах изучения законов роста отдельных деревьев и насаждений она тесно соприкасается с ботаникой, дендрологией и лесоводством для характеристики условий ме- стопроизрастания, определяющих различную продуктивность лесов, она использует данные почвоведения при выявлении выходов отдельных лесных материалов или сортиментов таксация основывается на материалах, рассматриваемых в курсе лесного товароведения для качественной характеристики древесины она изучает пороки древесины, рассматриваемые в курсе древесиноведения и лесной фитопатологии при учете запасов леса на значительных территориях и разграничении их по хозяйственной ценности необходимы знания по геодезии и аэрофотосъемке. В настоящее время, помимо наземных способов, при таксации леса широко используют материалы аэрофотосъемки и космической съемки лесов. Особенно тесно лесная таксация связана с лесоустройством. Лесоустройство представляет собой систему лесохозяйственных изысканий, расчетов и действий, направленных на всестороннее изучение лесов, их учет и разработку комплекса мероприятий по организации лесного хозяйства в изучаемом лесном массиве. Составляемый при лесоустройстве перспективный проект организации и ведения лесного хозяйства в первую очередь основывается на данных лесной таксации. При решении вопросов, где, как и сколько рубить, какие лесные участки требуют ухода за лесом, где создавать культуры в устраиваемое лесом массиве и др, прежде всего используют таксационные описания. Объектами лесной таксации являются: 1) отдельное дерево или его часть) совокупность деревьев) заготовленная лесопродукция в виде отдельных сортиментов) древостой как элемент леса) насаждение как совокупность отдельных древостоев – элементов леса) лесной массив как совокупность множества насаждений, занимающих значительные площади. В соответствии с основами диалектического метода познания объекты лесной таксации в виде отдельных насаждений и их совокупностей рассматриваются не как случайное скопление деревьев, изолированных и независимых друг от друга, а органически связанных внутри себя и с окружающей средой и влияющих при своем росте и развитии друг на друга и на окружающую их среду. В лесной таксации используются индуктивный (от частного к общему) и дедуктивный (от общего к частному) методы познания. Основным приемом таксационных исследований и способов является индуктивный метод, с использованием теории вероятностей, математической статистики и выборочных методов планирования эксперимента, теории множеств, теории случайных процессов и других разделов математики. 1.2 Лесотаксационные приборы и инструменты Мерные вилки Толщина стволов или его частей, а также заготовленных круглых сортиментов, измеряется мерной вилкой, реже – складным метром. Мерная вилка (рис. 1) состоит из мерной линейки 1, подвижной ножки 2 и неподвижной ножки 3. На мерной линейке нанесена шкала с цифрами сценой деления см, с одной стороны, и 0,5 см с другой. На шкале нанесены цифры, служащие для фиксации размера диаметра дерева. Подвижная ножка 2 благодаря имеющегося в ней отверстия может свободно перемещаться вдоль мерной линейки. Неподвижная ножка 3 плотно соединена с мерной линейкой 1 (под углом 90°) и составляет с ней одно целое. Для закрепления подвижной ножки в нужном положении в ней предусмотрен стопорный винт Рис. 1. Мерная вилка по ГОСТу При измерении толщины ствола его охватывают ножками вилки так, чтобы и они, и линейка касались поверхности ствола по мерной линейке делается отсчет измеренного диаметра. Материалом для изготовления мерной вилки служат дерево, алюминий. Мерная вилка, принятая в СССР в качестве ГОСТа, деревянная, современные шведские мерные вилки металлические. Вследствие разбухания или усыхания деревянных частей вилки, например, подвижной ножки, последняя может расшатываться и давать неправильные показания. Для устранения этого в подвижной ножке делают вырез несколько больших размеров и вставляют в него металлический вкладыш с пружинками и стопорным винтом 4. При завинчивании стопорного винта вкладыш плотно закрепляет подвижную ножку в любом месте линейки перпендикулярно к ней. При разбухании деревянных частей линейки вкладыш отводят винтом назад. Плоскости рабочих ножек должны быть перпендикулярны к линейке, при полном сближении они должны плотно соприкасатся. Деления мерной вилки называются ступнями толщины и могут иметь различную величину: при 1 см ступени 1, 2, 3, 4, 5, 6 и т. д.; при 2 см – 2, 4, 6, 8, 10, 12 и т. д.; при 4 см – 4, 8, 12, 16, 20, При отсчетах диаметры 0,5 ступени и более округляются вверх до следующей ступени, менее 0,5 ступени в расчет не принимаются. Для точных научных исследований имеются мерные вилки с миллиметровыми деления- ми. Для облегчения отсчетов округленных ступеней при пересчете деревьев первая ступень наносится на мерную линейку в половинном размере, например 0,5 при сантиметровых делениях, 1 см – при 2 см, 2 см – при 4 см и т. д. В этом случае отсчет диаметра проводится по видимой на линейке цифре слева с уже готовым округлением. Требования к качеству мерной вилки а) ножки вилки должны быть перпендикулярны к мерной линейке б) деления мерной линейки должны быть четко и верно нанесены в) мерная вилка должна быть прочной, легкой и удобной для пользования г) длина ножек должна быть больше половины диаметров измеряемых стволов д) движения подвижной ножки должны быть плавными и легкими е) при полном сближении ножек внутренние их грани должны соприкасаться на всем протяжении ж) прорезь подвижной ножки вилки не должна быть ослабленной или деформированной [19, Последний недостаток создает люфт, в результате чего происходит перекос подвижной ножки, а следовательно, искажение диаметра измеряемого объекта, что показано на рис. 2, где d – диаметр действительный d 1 – диаметр, измеренный неисправной вилкой, ∆d – погрешность в измерении Рис. 2. Погрешность измерения диаметра ствола от неисправности мерной вилки Из рис. 2 можно заключить, что = 0,5d tg α . В процентах к d погрешность ∆d составит 100 α tg 5 , 0 При угле 1° тангенс угла равен 0,0177, следовательно, р = 50 ∙ 0,0177 = При угле 3° величина р = 2,5%, при угле 5% р = Ошибка в измерении диаметра вызывает двойную ошибку в определении объема ствола. Таким образом, на устранение неисправностей мерной вилки необходимо обращать серьезное внимание. Рис. 3. Мерная скоба и обмер ею диаметров бревен Толщину круглых сортиментов измеряют преимущественно в тонком верхнем конце (торце) мерной скобой (рис. 3) или же рулеткой. Мерная скоба состоит из деревянного бруска длиной до 80 см с нанесенными на нем с двух сторон сантиметровыми или полусантиметровыми делениями. Один конец бруска заканчивается ручкой, на другом конце укреплена металлическая пластинка с выступом примерно на 1 см. Этот выступ служит для накладывания скобы на торец бревна при обмере его толщины, линейка при этом не соска- кивает. Рис. 4. Шведская мерная вилка нашесте для измерения диаметров дерева на различных высотах Мерной вилкой можно измерять толщину стоящих деревьев только в нижних частях, от пня до высоты, лишь несколько превышающей рост человека. Между тем в практике, а также для проведения научно- исследовательских работ иногда требуется тщательное измерение диаметра ствола на большой высоте, например, где кончается первый комлевой отрез сортимента. Для этой цели применяется мерная металлическая вилка, укрепляемая нашесте заданной длины, с особым устройством или с раздвижным штативом. Эта вилка также имеет две ножки – неподвижную и подвижную (рис. Различные типы мерных вилок показаны на рис. Рис. 5. Мерные вилки а – общий вид б – измерение диаметра при различных положениях вилки в, г, д – типы мерных вилок Определение толщины ствола на разных высотах, недоступных для непосредственного измерения на расстоянии, производится дендрометрами различных конструкций. Инструменты для измерения высоты стоящих деревьев При таксации деревьев на корню необходимо измерять каких общую высоту Н, таки высоту частей. Для этого применяются специальные приборы высотомеры, конструкция которых основана на тригонометрическом, геометрическом или оптическом принципах В. К. Захаров, Н. П. Анучин, Допустим, что нужно измерить высоту дерева, показанного на рис. Для этого, отойдя от дерева на расстояние AM = b, примерно равное высоте дерева, надо измерить каким-либо инструментом, установленным на высоте = l, угол BNC ∠ = α между горизонтальной линией NC и линией визирования. Тогда высота дерева Рис. 6. Измерение высоты дерева по тригонометрическому принципу на горизонтальной поверхности Рис. 7. Измерение высоты дерева на пониженной местности по тригонометрическому принципу Вместо непосредственного измерения величины l=CA можно измерить угол, тогда β tg β tg ⋅ = ⋅ = b NC AC ; высота Н = ВС + СА, следовательно, ( ) β tg α tg β tg α tg + = = ⋅ + ⋅ = b H b b AB Для того чтобы измерить дерево на пониженной поверхности земли рис. 7), нужно измерить углы и β, визируя на основание (Аи вершину дерева (В. В этом случае: ( ) β tg α tg β tg α tg + = ⋅ + ⋅ = = NC NC NC H AB Для определения длины NC надо решить треугольник AMN, в котором, отсюда α sin α sin , α sin Наконец, из следует NC = AN cos Если дерево находится на возвышении (рис. 8), то высота дерева АВ = ВС – AC, BC = NC tg α, AC = NC tg β. При этом величина NC определяется указанным выше способом, однако учитывая, что β 90 + ° = ∠ MNA Рис. 8. Измерение высоты дерева по тригонометрическому принципу на повышенной местности Портативен и удобен в работе построенный на тригонометрическом принципе маятниковый высотомер Макарова (рис. 9). Он состоит из металлического сектора 1, прикрепленного к трубке 2, предназначенной для визирования на вершину дерева. В верхней части сектора укреплен вращающийся на шарнире маятник с заостренной на конце стрелкой. Показания шкалы базиса и 20 м. Для того чтобы измерить дерево высотомером на горизонтальной поверхности, от него отходят на постоянную величину 10 или 20 м, считая от основания (постоянные базисы, и визируют через трубку на вершину дерева. Стрелка маятника укажет измеряемую высоту дерева в зависимости от базиса. К полученному результату необходимо прибавить высоту до уровня глаза наблюдателя. Если дерево расположено на наклонной поверхности, то отмерив базис по горизонтальному положению 10 или 20 м, визируют на вершину дерева и делают отсчет согласно указаниям маятника, затем визируют на основание дерева, повернув высотомер на Оба отсчета складывают и получают высоту дерева, не делая добавок на высоту глаза наблюдателя. Если дерево находится на возвышенности, измеряют базис по горизонтальному положению до основания дерева, визируют вначале на его вершину, а затем на основание. Разность отсчетов дает высоту дерева без добавок на высоту глаза наблюдателя Рис. 9. Общий вид высотомера Макарова Теоретическое обоснование высотомера Макарова приведено на рис, где ВА 2 = ВС + САН высоте дерева АСА А базис. Из ∆АВС имеем: ВС = AC tg β = AC tg (90 – α) = AC ctg α; H = AC ctg α + Обоснования измерения H на понижении или повышении местности приведены выше следует лишь учесть, что α 90 β − = ∠ Пример: длина базисам, угол АВС = α = 39°, угол ВАС = β = 90 – α = 51°, tg ∠ 59° = l,26, BC = А tg β = 20 ∙ 1,26 = 25,2 м. Высота дерева Н = ВС + СА 2 = 25,2 + h; h – высота глаза наблюдателя в точке А (в среднем 1,4 м таким образом, Н = 25,2 + 1,4 = 26,6 м. Угол α образуется линией визирования на вершину дерева и линией отвеса (маятника. Для удобства практического использования высотомера на шкале его вместо градусной величины угла α или угла β = 90 – α нанесены соответствующие им высоты, указываемые стрелкой маятника. При постоянной величине базисов – 10 или 20 м – высота дерева непосредственно отсчитывается на шкале плюс h – высота глаза наблюдателя. Если базис = 30 м, то надо сложить показатели шкалы для 10 им плюс Крупным недостатком высотомера Макарова является его малый размер, что не обеспечивает точности визирования на вершину дерева и приводит к ошибке в отсчете высот. Высотомеры увеличенных размеров обеспечивают лучшие результаты. Высотомеры, построенные на геометрическом принципе, основаны на подобии треугольников, один из которых проектируется на местности, другой – на приборе. Рис. 10. Схема измерения высоты дерева на горизонтальной местности с использованием высотомера Макарова Рис. 11. Общая схема высотомеров, построенных по геометрическому принципу Имеется многоразличных конструкций высотомеров, но принципиальная схема их устройства одинаковая (рис. На прямоугольной пластинке Оосb нанесены деления в точке о укреплена нить ob с отвесом наблюдатель, находящийся в точке N, отстоящей от основания дерева на расстоянии NA, измеренном мерной лентой (базис, визирует на вершину дерева В вдоль сторон прямоугольника Оо. Нить отвеса укреплена в точке она делении, отвечающем числу единиц измерения базиса. В этом случае нить отвеса пересечет в точке b цифру деления, отвечающего высоте ВС. Если дерево находится на горизонтальной поверхности, то для определения всей его высоты следует к величине ВС прибавить высоту глаза наблюдателя. Техника измерения строится на подобии треугольников ОВС и овс, у которых, так как они образованы взаимно перпендикулярными сторонами, а стороны треугольников пропорциональны; ВС : с = ОС : ос. Следовательно. Так как нить отвеса укреплена на цифре деления, отвечающего числу единиц измерения базиса NA, то нить отвеса в точке b будет непосредственно указывать величину ВС веди- ницах измерения базиса. При расположении дерева на пониженной поверхности необходимо проводить два отсчета на вершину дерена и на основание в этом случае высота дерева Н будет слагаться из суммы двух отсчетов ВС + СА, без прибавления величины h. Рис. 12. Измерение высоты дерева на повышении при помощи высотомера, построенного на геометрическом принципе Если дерево расположено на повышенной поверхности, то высота его определяется как разность отсчетов по нити отвеса при визировании на вершину и основание дерева (рис. 12). В этом случае имеем две пары подобных треугольников OBA и oba, атак же ОСА и оса. Исходя из подобия первой пары треугольников, отсчет b на вершину дерева В дает величину ВА, второй отсчет на основание дерева Сдает величину САНа геометрическом принципе построены высотомеры нескольких конструкций зеркальный высотомер, высотомер при дендрометре Вимме- науэра, высотомер Вейзе, безбазисный высотомер Христена и др. На этом же принципе основано использование мерной вилки в качестве высотомера. Зеркальный высотомер (рис. 13) представляет собой деревянную прямоугольную пластинку 1, снабженную для визирования диоптрами 2. Для установки длины базиса служит движущаяся в пазе узкая пластинка 3, вверх- нем конце которой укреплена нить отвеса пластинка может вставляться в паз любым концом. Вдоль обеих сторон паза нанесены деления так, что деления одной стороны продолжают деления другой. Нумерация делений начинается снизу управой шкалы, обозначаемой цифрой II, и продолжается на левой, обозначаемой цифрой I. На выдвижной пластинке против делений шкалы 5 и проведены горизонтальные черточки, по которым планка может быть установлена на то число делений, сколько единиц длины в базисе. Рис. 13. Общий вид зеркального высотомера Шкала высот с теми же делениями, что и на пластинке, нанесена в нижней части дощечки, причем нуль шкалы высот совпадает с нулем шкалы базиса, и деления на ней нанесены в обе стороны от нуля. Шкала высот вместе с нитью отвеса отражается в узком длинном зеркале, вращающемся на шарнире около ребра дощечки. Цифры на шкале высот написаны в обратном изображении, так что в зеркале они отражаются в прямом виде. Техника измерения высоты следующая отходить следует от измеряемого дерева на расстояние примерно равное его высоте и остановиться в таком месте, откуда хорошо видна вершина дерева после этого измеряется длина базиса, те. расстояние от наблюдателя до основания дерева. Точка прикрепления нити отвеса на выдвижной пластинке подводится на ту цифру шкалы базиса, которая соответствует числу единиц измерения базиса. При этом пластинка оставляется без изменения если базис равен 20 м если базис менее 20 м, то пластинка вставляется в паз обратным концом и вдвигается до соответствующего деления шкалы если же базис большем, то пластинка выдвигается вверх, за ребро дощечки, ив этом случае отсчет делается полевой шкале от нижней поперечной черты. Рис. 14. Высотомер Христена. Схема измерения высоты дерева с использованием безбазисного высотомера Христена При визировании на вершину дерева нить отвеса пересечет деление шкалы высот при горизонтальном рельефе поверхности к полученной цифре прибавляется высота глаза наблюдателя h. При понижении поверхности делается два отсчета на вершину и на основание дерева, высота его получается из суммы двух отсчетов. Наоборот, при расположении дерева на возвышении высота его будет получаться как разность двух отсчетов (на вершину и на основание. Теоретическое обоснование техники измерения высот деревьев приведено выше. Безбазисный высотомер Христена (рис. 14) представляет собой металлическую или деревянную линейку шириной до 2,5 см и толщиной не более мм (металлическая) и до 5 мм деревянную, с выступами вверху к внизу, расстояние между которыми 30 см на линейке нанесены неодинаковой величины деления (шкала высот. При применении высотомера необходима рейка длиной 4 м. Рейка устанавливается у основания дерева и заменяет собой ба- зис. Для измерения высоты дерева выбирают место, с которого удобно визировать на его основание и вершину, и, держа высотомер в вертикальном положении, визируют через выступы линейки на верхушку и основание дерева, а также на верхушку приставленной к дереву рейки луч зрения ОВ пересечет на линейке деление, которое и обозначает высоту дерева АС без ка- ких-либо коррективов. Теоретическое обоснование высотомера базируется на подобии двух пар треугольников. Оас ОАС, откуда АС : ас = ОС : Ос. Ос ОВС, ВС : с = ОС : Ос. Следовательно, bc BC ac AC = , откуда, АС = Н = ВС, где ВС и ас – постоянные величины, равные 4 ми м. Следовательно, bc bc H 2 , 1 3 , 0 Отсюда можно вычислить значение bc для различных величин На именно: H bc 2 , 1 = Полученные таким методом данные для различных Н наносят снизу вверх на линейку и надписывают соответствующие им величины Н. Высотомер Христена может быть изготовлен самостоятельно с использованием для этой цели чертежной деревянной линейки. Значения с для различных высот приводятся в табл. Таблица Значение шкалы высотомера Христена Велечи- ны Значения Н, м 6 7 8 9 10 11 12 13 мм 200 171, 5 150 133, 5 12 0 109 100 92 Нм мм 75 70 66, 5 63 60 57 54,5 52 50 Для малых высот расчеты с целесообразно проводить с точностью до м. Преимущества высотомера Христена: 1) не требует измерения базиса) позволяет с одного положения измерять высоты многих деревьев 3) дает возможность определять высоты как на горизонтальной, таки на пониженной и повышенной поверхностях без дополнительных вычислений 4) почти вдвое экономится время по сравнению с другими высотомерами, требующими измерения базиса задень один техник с одним рабочим может измерить до 700–900 стволов К недостаткам высотомера относится трудность одновременного визирования натри точки, что устраняется при некоторой тренировке техника. В силу различной величины делений линейки низкие деревья могут быть измерены с большей точностью, чем высокие. |