Атрощенко_Лесная таксация_doc. Курс лекций Раздел Введение. Таксационные изменения, приборы и инструменты 1 Предмет, задачи и объекты лесной таксации
 Скачать 3.69 Mb.
|
|
Среднеквадратические ошибки моделей сплайн-функции в сравнении с данными таблиц объема и сбега стволов березы в % по В.К. Захарову Разряд высот Секции ствола 5,5 5,5 5,6 5,4 5,4 5,1 0,05–0,1 6,6 6,6 6,7 6,5 6,5 6,1 0,1–0,2 5,7 5,4 6,7 6,5 6,3 4,9 0,1–0,2 5,7 5,4 6,7 6,5 6,3 4,9 0,2–0,3 1,3 1,7 0,7 1,6 1,1 2,7 0,3–0,4 0,7 0,7 1,7 2,0 1,6 2,4 0,3–0,4 0,7 0,7 1,7 2,0 1,6 2,4 0,4–0,5 0,8 1,3 0,9 2,0 1,7 4,2 0,5–0,6 0,9 0,8 1,4 2,2 1,8 3,7 0,6–0,7 0,7 0,6 0,5 2,1 1,0 2,6 0,7–0,8 0,6 1,0 0,4 1,9 1,3 1,8 0,8–0,9 0,4 0,8 0,2 1,1 1,1 0,5 0,9–1,0 0,1 0,3 01, 0,4 0,5 В целом модели незначительно занижают оценки относительного сбе- га древесных стволов. Сравнение результатов моделирования сплайн-функции образующих древесных стволов березы сданными измерений диаметров стволов на срубленных модельных деревьев (более 1000 моделей)по материалам профессора О. А. Атрощенко показывает, что незначительные ошибки (2–5%) наблюдаются в оценке сбега ствола на относительных высотах 0,1–0,2–0,3–0,4– 0,5h, те. Для всей комлевой части ствола, на которую приходится 80% общего объема стволовой древесины. Моделирование образующих древесных стволов с помощью сплайн-функций является весьма перспективным направлением оценки объемов стволов растущих деревьев, таксации запасов древостоев и сортиментации лесов на корню, особенно с применением ПЭВМ. 2.4 Классификация лесной продукции. Термины и определения по стандартам Из древесины вырабатывают различные виды лесной продукции, которая применяется в народном хозяйстве. Отдельные виды лесной продукции из древесины принято называть сортиментами. Некоторые из них заготовляют непосредственно в лесу или на ближайшем лесном складе (строительные и пиловочные бревна, кряжи для выработки фанеры, дрова, другие являются продукцией первичной механической обработки древесины (шпалы, доски, брусья и т. п.). По степени обработки и способам производства лесную продукцию можно разделить наследующие классы) круглые деловые лесоматериалы, заготавливаемые в круглом виде (пиловочник, балансы и т. д) дрова – дровяные лесоматериалы в круглом или колотом виде) пиленые лесоматериалы, получаемые путем продольной распиловки круглых лесоматериалов (доски, брусья и др) колотые лесоматериалы, вырабатываемые путем раскалывания отрезков древесного ствола (клепка, полоз, спицы для колесит. д) сортименты, обрабатываемые строганием кряжей (строганный шпон, используемый для облицовки мебели, и др) лесоматериалы, получаемые путем обработки чураков лущением, (шпон различного названия) оцилиндровка круглых лесоматериалов) лесопродукция из корневых и прикорневых частей деревьев (болванки для хомутов, коры для судостроения и т. п) сортименты, изготовляемые из коры древесины и кустарниковых пород (мочало, дубильное корье и т. п Наибольшее количество сортиментов включают классы круглых деловых лесоматериалов [44, 45, 46, В класс круглых деловых сортиментов входят лесоматериалы: а) не требующие продольной распиловки (бревна строительные, для деревянного судостроения, свай и мостов, столбов воздушных линий связи, рудничная стойка для каменноугольной и горнорудной промышленности, тонкомерные сортименты); б) применяемые как сырье для выработки пиломатериалов и представляющие собой очищенные от сучьев отрезы ствола длиной чаще всего не менее 3 ми толщиной от 14 см и выше, их называют бревнами; в) используемые как сырье для изготовления колотых сортиментов (кряжи для выработки клепки, обода, полоза, спиц); г) идущие для изготовления строганых сортиментов на специальных станках (кряжи и чураки – отрезки кряжей, длина которых соответствует размерам станков, для производства строганого шпона. д) используемые как сырье для лущения (кряжи и чураки для выработки шпона); е) применяемые как сырье для целлюлозно-бумажного производства (балансы); ж) служащие сырьем для химической переработки (выработки дубильных экстрактов, для углежжения, сухой перегонки). В зависимости от сферы применения к лесным сортиментам предъявляют определенные требования в отношении их размеров, качества, характера обработки, способов учета, хранения и пр. Все эти требования отражены в государственных стандартах (ГОСТ). Под государственным стандартом на лесные материалы следует понимать типовой вид данных сортимента, удовлетворяющий определенным условиям. В соответствии с ГОСТ 17462-72 Основные стандартизованные термины лесозаготовительной промышленности и их определения рассмотрим основные термины [57]: 1. Деловая древесина – хлысты или их отрезки, применяемые вкруг- лом виде или в качестве сырья для механической и химической переработки (МиХ), отвечающие требованиям стандартов (СТ) или технических условий (ТУ) на деловые сортименты. Дровяная древесина – низкокачественная древесина, используемая в качестве топлива или сырья для углежжения и сухой перегонки. Долготье – отрезок хлыста, предназначенный для разделки на сортименты и имеющий длину, кратную или равную общей длине полученных сортиментов с припуском на разделку. Круглые лесоматериалы – отрезки хлыстов, применяемые вкруг- лом виде, в качестве сырья для механической и химической переработки, а также как топливо, отвечающее требованиям стандартов или ТУ на соответствующие виды продукции. Сортимент круглый или колотый лесоматериал, определенного назначения, соответствующий требованиям стандартов или ТУ 6. Кряж – круглый деловой сортимент, предназначенный для выработки специальных видов лесопродукции. 7. Чурак – отрезок кряжа, длина которого соответствует размерам, необходимым для обработки надо станках. Фанерный кряж – кряж для выработки лущеного или строганого шпона. Спичечный кряж – кряж для выработки лущеного или спичечного шпона. Рудничная стойка – круглый сортимент, предназначенный для крепления подземных выработок. Пропсы – экспортная рудстойка. 11. Строительное бревно – бревно, предназначенное для использования в строительстве без распиловки. Пиловочник – круглый сортимент, предназначенный для выработки пиломатериалов. Балансы – круглые или колотые сортименты, предназначенные для производства целлюлозы и древесной массы Учет лесоматериалов. Таблицы объемов круглых лесоматериалов и пиломатериалов Для определения объемов бревен, кряжей и других круглых сортиментов можно использовать формулы определения объемов стволов и их частей. Наиболее широко при вычислении объемов круглого леса применяется простая формула срединного сечения (V = γL). Для упрощения работы заранее вычисляют объем бревен различной длины в зависимости от диаметра, обусловливающего величину поперечного сечения. Таблицы такого рода часто называют таблицами объемов цилинд- ров. Таблицы объемов цилиндров в развернутом виде, предусматривающие различные сочетания длины и толщины сортиментов, имеются в справочниках. Таблицы объемов бревен и метод их составления. При определении объемов круглых сортиментов необходимо измерить длину сортимента и его диаметр на середине длины. Измерение диаметра на середине длины очень трудоемко, так как для этого надо раскатать штабеля, определить середину длины бревна и снять в этом месте кору. В широкой практике применяют таблицы объемов, круглых лесоматериалов требующие измерения длины сортиментов и диаметров в верхнем отрезе (табл. Таблица Определение объема сортиментов по длине и диаметру в верхнем отрезе Объем сортиментов, пл. м, при диаметре на середине длины, см Диаметр в верхнем отрезе, см 4,1 4,2 4,25 4,3 4,4 4,5 и т.д. 3 0,0067 0,0069 0,0071 0,0072 0,0073 0,0075 0,0078 4 0,0093 0,010 0,011 0,011 0,011 0,011 0,011 ……….. – – – – – – – 15 0,084 0,086 0,088 0,090 0,092 0,094 0,097 ……….. – – – – – – – 18 0,120 0,124 0,127 0,129 0,131 0,135 0,138 19 0,133 0,136 0,140 0,144 0,146 0,150 0,153 20 и т. д 0,151 0,156 0,158 0,160 0,165 Эти таблицы имеют ряд преимуществ. Основное из них заключается в том, что для измерения диаметра в конце бревна не требуется раскатывать штабеля и снимать кору на обмеряемой части бревна. При всех последующих расчетах, связанных с распиловкой бревен на доски или использованием их в круглом виде, оперируют диаметром бревен в верхнем отрезе. Таблицы объема бревен по длине и диаметру в верхнем отрезе, составляют опытным путем на основе детальных обмеров большого числа бревен. Диаметры обмеряют через 1 или 2 см, затем вычисляют объем каждого бревна, чаще всего по сложной формуле срединных сечений. Результаты вычислений группируют по длине бревен и их диаметрам в верхнем отрезе. Для бревен, имеющих одинаковую длину и одинаковый диаметр в верхнем отрезе, складывают объемы и полученную сумму делят на число таких бревен. Полученный для данной группы бревен среднеарифметический объем вписывают в таблицу. Допустим, что мы имеем n бревен длиной L с одинаковым диаметром в верхнем отрезе. Находим по сложной формуле срединного сечения объем каждого бревна 1 γ γ γ γ + + + + = ; ( ) l V t '' '' 3 '' 2 '' 1 2 γ γ γ γ + + + + = ; ( ) l V t '' ' '' ' 3 '' ' 2 '' ' 1 3 γ γ γ γ + + + + = ; ( ) l V n t n n n n γ γ γ γ 3 Табличный объем одного бревна находим последующей формуле 2 1 ср При массовом обмере бревен максимальных и минимальных размеров оказывается немного, поэтому среднеарифметические объемы, вычисленные на основании малого числа наблюдений, будут недостаточно точными, и их необходимо выравнивать графически или аналитически. Для этого строят график. По оси абсцисс откладывают диаметры бревен в верхнем отрезе, по оси ординат – среднеарифметические объемы бревен. Присоединении отложенных на графике точек получают кривую. Если кривая окажется не плавной, ас резкими отклонениями, это значит, что среднеарифметические объемы установлены неточно и их нужно выровнять. При выравнивании надо учитывать величину средних ошибок в определении среднеарифметических объемов бревен. Произведя на графике соответствующие отсчеты, в итоге получим таблицу, сходную с приведенной выше табл. 62 для определения объемов цилиндров. Рекомендуется вычерчивать на одном и том же графике несколько кривых, характеризующих изменение объемов бревен в зависимости от их диаметра при разной длине. Если кривые для бревен различной длины имеют общее направление, это будет свидетельствовать о надежности средних показателей. Выравнять среднеарифметические объемы можно также аналитическим способом. В этом случае на основе опытных наблюдений составляют соответствующие эмпирические уравнения. Ф. Корсунь нашел, что объем бревна V как функцию длины L можно определять по простой формуле V = Этой же формулой можно было выразить объем бревна как функцию толщины d. Таким образом, в конечном итоге объем бревна находится по формуле V = KM m d n , постоянные которой K, т, п определяются по опытным данным, обрабатываемым способом наименьших квадратов. Обработав результаты обмеров бревен применительно к указанной формуле, Ф. Корсунь получил, что K, тип выражаются весьма громоздкими дробными числами. Однако в современных условиях при наличии электронных машин это не является препятствием для использования данных формул при составлении объемных таблиц. Сбег ствола и его влияние на объем бревна. Диаметры древесного ствола от комля к вершине постепенно уменьшаются. Это уменьшение, приходящееся на единицу длины ствола (чаще всего 1 м, называется сбе- гом. Сбег может быть абсолютным или относительным. Абсолютный сбег равен разности между диаметрами двух сечений ствола, отстоящих одно от другого на расстоянии 1 м. Допустим, что на расстоянии мот комля диаметр ствола D 1 = 30 см, а на расстоянии 2 мотком- ля D 2 = 29 см. Разность между этими двумя диаметрами, равная 1 см, и составляет абсолютный сбег на данном участке ствола. При определении относительного сбега диаметр ствола, измеряемый на высоте груди, принимают за 100%. Все прочие диаметры, измеряемые в разных сечениях, выражают в процентах от диаметра на высоте груди. В результате получают процентный ряд, характеризующий относительное изменение диаметра ствола, или относительный сбег. Если диаметр сечения, отстоящего от диаметра на высоте грудина м, равен 96%, относительный сбег составит На отдельных участках ствола величина сбега различна в нижней части из-за корневых наплывов он будет довольно большим, в средней части ствола уменьшается и к вершине снова возрастает. При оценке различий в сбеге у отдельных бревен принято устанавливать средний сбег. Средний сбег S cp равен разности между диаметрами в нижнем и верхнем отрезе, деленной на длину бревна L: L d D S B H − = ср У бревен, заготовленных из комлевой части ствола, на первом метре от комля довольно часто встречаются корневые наплывы. При установлении среднего сбега таких бревен разность между диаметром сечения, находящегося на высоте 1 мот комля D 1 , и верхним диаметром d B делят на длину бревна L, уменьшенную нам 1 ср − − = L d D S B При установлении величины среднего сбега образующие боковой поверхности бревен принимают условно за прямую. Между тем известно, что образующая древесных стволов представляет собой сочетание ряда кривых. При распиловке бревен на доски, а также при использовании их в строительстве учитывают диаметр верхней части бревен, не превышающей по длине 3 м. Различия в сбеге в остальной части бревна с производственной точки зрения интереса не представляют. При распиловке бревен на длинные доски, имеющие геометрически правильную форму (параллелепипеды, безразлично, будет ли бревно иметь форму усеченного конуса, где образующей является прямая, или форму параболоида с выпуклой образующей. В обоих случаях периферическая часть бревна окажется в отходах. На участке ствола длиной 3 см разница в диаметрах при конической и параболической форме этих участков не превышает нескольких миллиметров, те. находится в пределах точности обмера. Поэтому при использовании древесины в народном хозяйстве определяют лишь среднюю величину сбега. Вопрос о величине среднего сбега изучался профессором В. К. Захаровым [20]. Было детально обмерено свыше 4 тыс. бревен и установлено, что величина среднего сбега находится в прямой зависимости от толщины бревен. Зависимость эта характеризуется следующим уравнением 39 , 0 ср + = , где D – диаметр, см (для комлевых бревен – на расстоянии 1 см от комля, а для всех остальных – в нижнем торце). Чтобы определить, как изменяется величина сбега у отдельных бревен, были вычислены среднеквадратические отклонения от средних норм. Наибольшее изменение в сбеге наблюдается у крупных бревен. Это, по-видимому, объясняется тем, что бревна средней толщины заготовляют в большинстве случаев из срединных частей стволов, имеющих более правильную форму. Среднеквадратические отклонения изменяются от 0,27 до 0,87 см. Они составляют округленно от до, а в среднем почти равны величины абсолютного сбега. Средний коэффициент вариации равен 38,5%, средний сбег 0,96 см нам длины бревна. Следовательно, по закону нормального распределения у 68 бревен из каждых 100 расхождение со средней величиной сбега не будет превышать ± 0,38 см нам длины бревна, а средний сбег будет равен см. Анализ опытных данных показывает, что сбег сосновых и еловых бревен изменяется примерно в одних и тех же пределах и средние величины его близки между собой. Поэтому для этих пород могут применяться одни и те же таблицы объемов бревен. Бревно при изучении влияния сбега на объем делят на две части боковую, или периферическую, которая называется зоной сбега, и цилиндрическую Объем цилиндрической части бревна называется цилиндрической кубатурой. Она определяется как объем цилиндра, основанием которого является верхний торец бревна, а высота равна длине бревна. У бревен, имеющих одинаковые длину и верхние диаметры, независимо от различий в их сбеге, цилиндрическая кубатура будет одинаковой. Чем больший сбег имеет бревно, тем больший процент его объема приходится на зону сбега. У бревен средней длины (6 м) на зону сбега падает объема бревна, у длинных (10 м) – 31,1%, те. в 1,5 раза больше. У двухметровых бревен объем зоны сбега в 2,4 раза меньше, чему бревен средней длины. В отношении толщины бревен установлена следующая зависимость: чем бревно толще, тем объем зоны сбега (в процентах) меньше. Так, у шестиметровых бревен при толщине 15 см объем зоны сбега составляет 24,2%, при толщине 25 см – 19,4%, при толщине 40 см – Сбегу отдельных бревен сильно изменяется. При пользовании таблицами объемов, требующими измерений верхних диаметров и длины бревен, величина этих изменений не учитывается. Следовательно, ошибки в определении объема бревен по таким таблицам объясняются неточным учетом зоны сбега. Так как на долю зоны сбега у коротких бревен приходится наименьшая часть объема, неточный учет особенностей их сбега не приводит к существенным ошибкам при определении общего объема бревен. Например, у двухметровых бревен зона сбега, в 2 раза большая средней, дает ошибку при определении по таблицам общего объема бревен лишь на 8,7%. У длинных же бревен всякие отклонения в величине сбега влияют на фактический объем бревен значительно больше. При средней величине сбега 0,96 см и диаметре в верхнем отрезе см срединный диаметр шестиметровых бревен будет равен 3 96 , 0 20 ≈ × + см. Изменение сбега характеризуется отклонением ±0,38 см. Соответственно этому диаметры шестиметровых бревен средней толщины на половине их длины будут следующими 23 3 38 , 0 23 ± = × ± см. Следовательно, отклонение от величины срединного диаметра бревна составляет 23 100 Ошибка в определении диаметра приводит к удвоенной ошибке в определении площади круга при учете бревен серединных сечений бревен, те. Простая формула серединного сечения дает такую же относительную ошибку в определении объема бревна. С увеличением толщины бревен ошибки в объемах уменьшаются, с увеличением длины возрастают, с уменьшением длины падают. При составлении таблиц объемов обмеряют бревна, имеющие разный сбег. При обработке результатов обмера сильный сбег бревен компенсируется малым. В результате оказывается, что среднеарифметические объемы, содержащиеся в таблицах объемов бревен, соответствуют их среднему сбегу Поэтому объем бревен, имеющих средний сбег, будет определяться по таблицам наиболее точно. Таблицы для определения объемов бревен по срединным диаметрам дают возможность в известной мере учитывать особенности сбега отдельных бревен. Из двух бревен, имеющих одинаковые диаметры в верхнем отрезе, но разный сбег, срединный диаметр окажется большим у бревна с большим сбе- гом. Соответственно этому, фактический объему более сбежистого бревна также будет больше, чему малосбежистого. При пользовании таблицами для определения объемов бревен по диаметрам в верхнем отрезе различие в сбеге учесть нельзя бревна с разным сбегом, но одинаковыми диаметрами в верхнем отрезе будут одинаковыми по объему. Наибольшие отклонения в сбеге по сравнению с бревнами, для которых составлены таблицы, будут иметь малосбежистые и сильносбежистые бревна, поэтому при определении объемов таких бревен по таблицам получатся наибольшие ошибки. Объемы сильносбежистых бревен таблицы преуменьшают, а малосбежистых – преувеличивают. С увеличением длины бревен в обоих случаях расхождение фактических объемов с табличными увели- чивается. При приемке больших партий бревен, среди которых есть малосбежи- стые, сильносбежистые и со средним сбегом, таблицы, по которым объемы определяют по длине и верхнему отрезку, дают удовлетворительные результаты преуменьшение объемов одних бревен перекрывается преувеличением других ив среднем получается объем, близкий к действительному. Для таксации бревен в прошлом применялись таблицы объемов бревен Арнольда, Тура, Турского, Рудзкого, Климашеского, Орлова и др. Более обширный фактический материал был использован при составлении таблицы объемов бревен для разных пород под руководством лесничего А. А. Крюденера. Для сосновых и еловых бревен составлены таблицы по отдельным разрядам сбега и особые таблицы для комлевых и некомлевых бревен. В результате всестороннего изучения вопроса о таксации бревен Крюденер пришел к выводу, что для определения объемов бревен всех пород пригодна таблица объема бревен, составленная им для еловых комлевых бревен по одному среднему сбегу. В этой таблице для диаметров в верхнем отрезе через каждую четверть вершка (1,12 см) и для длины через каждый аршин м) ствола даны объемы в кубических футах. Таблицы объемов бревен были составлены Крюденером на основе его же таблиц объемов и сбега стволов, определяющих диаметры стволов от комля к вершине через каждые 2 аршина длины стволов. При составлении таблиц объемов бревен стволы разных размеров он условно делил на отдельные бревна и применительно к диаметрам в разных сечениях находил их объемы. Для бревен, имеющих одинаковые длину и диаметр в верхнем отрезе, но полученных из разных стволов, находили среднеарифметические объемы. Среднеарифметические объемы бревен и их диаметры в верхнем отрезе для бревен одной длины наносили на графики получались кривые объемов для каждой ступени длины бревен. При окончательном определении объемов кривые выравнивали. Таблицы объемов бревен Крюденера были переведены в 1926 г. проф. Г. М. Турским в метрические меры и с тех пор стали называться таблицами Крюденера – Турского. Проверка таблиц объемов бревен. В 1928 г. Госплану СССР было |