Лесная таксация

Таксация 

   Лесная таксация и л/у - одна из основных лесохозяйственных дисциплин, на которой базируется технология ведения Лесного хозяйства.

   Цель изучения этих дисциплин является профессиональной подготовкой выпускников к самостоятельному выполнению производственно-технологической, организационно-управленческой, опытно-экспериментальной и инспекторской работы по учёту лесного фонда, лесных материалов и других ресурсов леса, использованию материалов лесоустройства для решения практических задач лесного хозяйства.

   В лесной таксации постоянно приходится иметь дело с различными измерениями. Одни таксационные показатели можно измерить непосредственно, а другие определяются путём расчетов. 

   В л/таксационной литературе принята специальная символика для обозначения тех или иных таксационных показателей:

   1) Длина ствола и его частей - L; ℓ.

   2) Высота ствола - H; h.

   3) Диаметр - D; d.

   4) Объём - V; v.

   5) Площадь поперечного сечения 1- го ствола - G; Q; q.

   6) Сумма площ. Сечения множества стволов -   Q.

   7) Коэффициент формы - Q; q.

   8) Видовое число - F; f.

   9) Число деревьев - N; n.

      10) Запас насаждения - M.

      11) Возраст дерева, насаждения - A’ a.

      12) Прирост - Z; z.

   За единицу измерения в лесной таксации приняты: высота и длина в метрах, диаметр в сантиметрах. G, Q - см². или м². Для объёма ствола и запаса насаждения - м³.

   Различают два вида м³:

1. плотный - когда метровый куб полностью заполнен древесиной,
2. складочный – м³, включает помимо объёма древесины ещё и…

     Плановая организация и развитие лесного хозяйства и лесной промышленности требуют проведение всестороннего и регулярного учёта лесных ресурсов.

   Технические действия, направленные на учёт лесных ресурсов и заключающиеся во всесторонней оценке количества и качества растущей и срубленной древесины, а также самих процессов роста деревьев и их больших совокупностей, называют таксацией леса.

   Таксация – латинское слово и означает оценка.

   Оценивать лес необходимо при решение производственных задач, стоящих перед работником лесохозяйственных отраслей народного хозяйства. Масштаб и характер оценки лесов могут быть разными в зависимости от конкретной производственной необходимости; т.е. объём отдельно срубленных и растущих деревьев и их частей; объёмы заготовленной лесной продукции на складах; суммарные объёмы множества деревьев, растущих во взаимосвязи друг с другом или запасы насаждений; приросты у отдельных деревьев и в насаждениях. Запасы и приросты на больших лесных территориях; называемых лесными массивами.

   Леса, являлись важнейшей составной частью биосферы Земли обладающей многогранными полезными для человека свойствами.

   Поэтому необходимо рациональное использование лесных ресурсов и бережное отношение к лесам. Своевременное воспроизводство их после рубки и постоянное улучшение качества лесного фонда.

   Такие задачи перед лесным хозяйством страны были поставлены В. И. Лениным в первый год существования Советского государства. Актуальны эти задачи и сейчас.

   Методы решения разнообразных лесотаксационных задач … строго научными и основываться на теоретических разработках, выполненных на современном уровне с учётом достижений научно – технического прогресса. Изучением этих методов и их теоретической разработкой занимается наука, называемая лесной таксацией и являющаяся частью общего учения о лесе.

   В комплексе наук о лесе лесная таксация является одной из основных, на которой основывается организация и развитие лесного хозяйства.

   Лесное хозяйство немыслимо без приведение в известность лесных массивов, в которых оно должно вестись, а это означает, что методами таксации необходимо установить площади и размещение отдельных участков, различающиеся по составу древесных пород, их возрасту, успешности роста, количественном и качественном характере древесных запасов.  

   При проектировании и повседневном осуществлений хозяйственных мероприятий, связанных с выращиванием леса, уходом за ним и его охраной от пожаров, вредителей и болезней, нужна детальная таксационная характеристика насаждений, отражающая их состояние до проведения этих мероприятий и после них.

   Все лесозаготовительные работы также требуют материальной оценки леса, и в первую очередь с лесопромышленной точки зрения, т.е. нужно установить предполагаемый выход лесной продукции (сортиментов) при разработки лесосек. Строительство новых лесозаготовительных предприятий, деревообрабатывающих фабрик, заводов и комплексов лесохимического производства, новых транспортных путей осуществляется после соответствующего экономического обоснования, в котором первостепенное значение имеют данные о лесных ресурсах, полученные в результате таксации.

   Изучение курса “Лесная Таксация” начинается с рассмотрения методов определения объёма древостоя ствола. Древесные стволы и их отдельные части имеют определённое сходство с правильными геометрическими телами вращения.

   Определение объёмов древесных стволов, а также деревьев в целом (с сучьями) может выполниться в двух различных производственных ситуациях:

1. надо определить объёмы срубленных деревьев, поддающихся детальному обмеру,
2. объёмы растущих деревьев, на которых практически нельзя провести детальные измерения параметров формы.

    Поэтому методы таксации растущих деревьев составляют отдельный раздел курса лесной таксации.

   Различные виды лесной продукции, получаемые в процессе лесозаготовок представляют собой части древесного ствола, к большинству из них применимы правила стереометрии для нахождения их объёма, однако массовые детальные измерения, необходимые для применения стереометрических формул при нахождении объёма слишком трудоёмки.

   По-этому для этих целей применяют способы и пособия позволяющие находить искомые объёмы по материалам упрощенных измерений.

   Все эти пособия и техника их применения излагается в главе “Таксация лесных материалов”.

   С целью уменьшения затрат труда в лесной таксации применяют выборочные методы, т.е. суждение о целом составляют по параметрам его части.

   Такими выборочными методами являются методы модельных деревьев и пробных площадей, широко использующие в своей основе положения теории вероятностей.

   В производственных целях общее количество древесины,  поступающую в рубку, ещё на корню нужно произвести оценку тех видов лесных материалов (сортиментов) которые можно будет получить, выполнив раскряжевку всех деревьев. Т. е. мы делаем прогноз о сортиментной структуре.

   В лесном хозяйстве для снятия лесного урожая важно знать, сколько  метров кубических прирастает ежегодно на отдельных участках и в целом на больших площадях.

   При отпуске выращенного леса в рубку проводят не только материальную (учёт запасов), но и денежную оценку отпускаемой древесины, применяются специальные расчёты по лесным таксам.

   Описанием техники отвода участка леса в рубку, промышленной их таксации и методов денежной оценки древесных запасов  заканчивается изложение курса лесной Таксации.

   В развитие Лесотаксационной науки и практики в прошлом большой вклад внесли А. Ф. Рудзкий, М. К. Пеурский, А. Р. Варгас, М. М. Орлов, А. А. Крюденер.

   Советские учёные профессора А. В. Тюрин, М. В. Пикоченко, Н. П. Алучин, Н. В. Перетьянов, В. К. Захаров, И. М. Науменко, Ф. П.- Моисеенко и другие разработали новые и усовершенствовали многие старые методы и приёмы лесной таксации с учётом многих достижений научно технической мысли.

Таксационные  измерения 

   При измерениях таксационных показателей принято соответствующая точность.

   Так для H и ℓ стволов- 0.1м. или 10 см.; d- диаметр с точностью до 0.1см. площади поперечных сечений- 0.0001 м³. Объемы до 0.0001 м².

   Для совокупности деревьев (насаждений) принята следующая точность измерений:

  H - до 1 м.

  D - до 2 или 4 см.

  G, g - до 0.001

  М  - на единице площади (1 га) до 1м³, а на … глазомерной таксации  до 10 м³.

   При любых измерениях неизбежны ошибки. Обозначаются Δ- (дельта) с прибавлением внизу буквы, обозначающей измеряемый показатель, т. е. ℓ или H или d, т. е. ΔН, Δℓ, Δd.

   Ошибки могут быть выражены в абсолютных величинах, т. е. в тех величинах, в которых мы измеряем, т. е. в см., м. Такие ошибки называются абсолютными.

   Ошибки могут быть также выражены в % от истинного значения измеряемого показателя. Такие ошибки называются относительными.

   Относительная ошибка имеет такой же знак, что и абсолютная ошибка.

     Пример:

Берём 2 дерева, высота которых равна

                   Измерили:

1)- 25 м.      – 23,8 м.

2)-15 м.       – 16,2 м.

1) 25 м.-23,8 м.=-1,2 м.

2) 15 м.-16,2 м.=+1,2 м.

   Это и есть абсолютная ошибка, в метрах.

   Относительная ошибка, составляем для первого дерева

Берём разницу

1. дерево Н-25 м.- +(1,2/25)*100=+4,8%
2. дерево Н-15 м.- -(1,2/15)*100=-8%

   Абсолютные ошибки в обоих случаях равны, т. е. 1,2 м., но высота первого дерева определена более точно, т. е. 4,8% или в 1.6 раза точнее.

   Ошибки делят на 3 группы.

   Ошибки бывают грубые - они легко поддаются обнаружению, могут быть с плюсами и с минусами.

   Систематические ошибки – они могут быть в результате неисправности измерительного инструмента, неправильности таблиц и других технических средств, но зависит и от исполнителя.

   Как их предупредить?

    Контролировать качество измерений и надёжности инструмента. Можно вводить поправку в измерения.

   Случайные ошибки – являются неизбежными при любых измерениях. Они вызываются случайными причинами и поэтому не устраняются. Один и тот же исполнитель измеряет одним и тем же инструментом, какую либо величину, получает разные её значения.

   Случайные ошибки полностью устранить нельзя, но её величину можно уменьшить, если знать свойства этой ошибки.

   Для случайных ошибок характерны следующие общие свойства известные из теории ошибок:

1. Малые ошибки встречаются чаще.
2. При многочисленных измерениях ошибки с положительными и отрицательными знаками равновероятны.
3. С увеличением числа измерений алгебраическая сумма случайных ошибок стремится к 0.

   При этом все ошибки будут разными по величине и по знаку, однако они все будут группироваться вокруг какого-то среднего значения измеряемой величины, т. е. среднеарифметические величины.

   Приведём пример.

Высота (Н) дерева измерялась несколько раз, и получили следующие результаты:

1. Н=(28,2+29,3+31,4+27,9+32,3+28,5+31,7)÷7=209,3÷7=29,9 метра.

 Есть  мнение, что средняя арифметическая  величина есть истинное значение, но это не так. Она лишь  приближается к истинному значению  измеряемой величины.

  Средняя величина отклонения определяется как средняя из алгебраической  суммы отклонений всех вариантов от арифметической средней, но при большом числе измерений алгебраическая сумма отклонений будет стремится к 0.

  Отклонения.

(-1,7-0,6+1,5-2,0+2,4-1,4+1,8)÷7=0

   Как видно из примера величина ошибки превратилась в нуль. Однако это не верно. Среднюю величину ошибки вычисляют следующим образом:

   Все отклонения от среднеарифметической (ошибки отдельных измерений) возводят в квадрат, находят их алгебраическую сумму, делят эту сумму на число измерений, и из частного извлекают квадратный корень. Средняя ошибка, найденная таким образом называется среднеквадратической ошибкой и обозначается буквой Õ (сигма).

  Õ²=(x²+x²+x²+…x²)÷N=(∑x²)÷N

  Õ=±√(∑x²)÷N – если число измерений больше 100, где х х х- ошибки отдельных измерений.

  N - число измерений, т. е. в нашем случае

  Õ=±√[(-1,7)²+(-0,6)²+1,5²+(-2,0)²+2,4²+(-1,4)²+1,8²]÷7=±1,71 м. – это среднеквадратическая  ошибка.

   Она может быть выражена в % от среднеарифметической. Эта величина вариационной статистики называется коэффициентом вариации.

  В  нашем примере коэффициент вариации  имеет значение

  Р=(1,71·100)÷29.9+…=5,72 %

  Среднеарифметическая  величина отличается от истинного  значения измеряемой величины, т.  е. она определяется с какой-то ошибкой. Эта ошибка определяется по формуле:

  m=±Õ÷√n , где

  m – ошибка среднеарифметической величины,

  Õ  – среднеквадратическая величина  ошибки,

N – число измерений,

т. е. в  нашем примере 

 m=±1.71√7=±0.65м. – среднеарифметическая ошибка.

   Таким образом, ошибка среднеарифметической величины меньше среднеквадратичной ошибки в √n раз. С увеличением числа измерений ошибка среднеарифметической величины уменьшается, а следовательно увеличивается точность измерений. Поэтому есть возможность определить необходимое количество измерений при заранее запланированной точностью.

   n=√Õ÷m=Õ²÷m² , где 

  m – ошибка среднеарифметической величины,

  Õ  – среднеквадратическая величина  ошибки,

N – число измерений.

Так при  средней ошибке среднеарифметической величины ± 0,65м. и среднеквадратичной ± 1,71м. необходимо сделать семь измерений. При 5% точности измерения высоты дерева, надо сделать одно измерение. При 3% - 3 измерения, а при 2% точности – 8 измерений.

   Для измерения длины ствола и его частей служат мерные шесты, рулетки, складные метры.

   Мерные шесты представляют собой тонкие сухие стволики ℓ 2=3 метра с нанесением делений через 10см. Деления соответствуют метрам и полуметрам. Наносить надо отчетливо.

   Складные метры – из стальных или деревянных пластинок длиной по 10см. каждая, соединенные между собой шарнирно. На каждой из них нанесены деления в сантиметрах и миллиметрах.

   Рулетки могут быть длиной 5, 10 и 20м. в виде металлической или полотняной ленты с нанесенными делениями в метрах, сантиметрах и миллиметрах. Для удобства наматываются на специальные валики, находящиеся в кожаном или металлическом футляре.

   Мерные шесты и складные метры применяют для обмеления коротких сортиментов, а рулетки для измерения длины целых стволов.

   При обмере искривленных стволов необходимо следить, чтобы обмер производился непосредственно по стволу, а не по проекции искривленного ствола. Поэтому ошибка допущенная при ее измерении, приводит к появлению ошибки в объеме. Иными словами ошибка, допущенная при измерении длины ствола, а так же его высоты вызывает равную по величине и знаку ошибку в объеме ствола.

   Толщина круглых материалов определяется диаметром их в верхнем торце, который измеряется с помощью мерной скобы или складного метра.

   Обмер диаметра растущих деревьев, а иногда и срубленных служит мерная вилка.

   Влияние ошибки, допущенной при измерении диаметра, на точность определения v – ствола.

  Ствол  близкий к цилиндру имеет d и имеет H.

  Объем  ствола определяется по формуле  V ист.=[πd²÷H]·h

  Если  в диаметре при его измерении  допущена ошибка ±Δd, то диаметр будет d±Δd., то объем такого ствола определяется по формуле

  Vс ом.= (π(d±Δd)²)/4·h

  Если  мы всё преобразуем, то получим  следующее выражение:

  ΔV=[πh÷4]·[±2dΔ+(Δd)²].

  Величина  Δd – по сравнению с диаметром очень мало, поэтому ею можно пренебречь. Тогда:

  ΔV=±[πh÷4]2dΔd=±(πhdΔd)÷2

  Относительная  ошибка в объёме ствола составит:

  PV=±[(πhd÷2)/(πd²h÷4)]·100=(4πhdΔd)/(2πd²h)=±[(2Δd)/d]·100=±200Δd/d или PV(относительная ошибка ствола по объему)=±2 Pd (относительная ошибка по диаметру), точно также ошибка допущена в диаметре перейдёт и в площадь поперечного сечения Pg =± Pd. Отсюда следует, что ошибка, допущенная при измерении диаметра переходит в объём ствола в двойном размере, поэтому к измерению диаметра следует предъявлять требования выше, чем к измерению высоты ствола 

Таксационные  инструменты и  техника их применения 

   Дерево  состоит из 3-х основных частей:

1. ствола,
2. корней,
3. сучьев.

   Соотношение объёмов этих частей у различных деревьев неодинаково. Так у деревьев выросших в густом … объём сучьев и корней невелик, они имеют полнодревесный ствол и высоко поднятую пирамидальную крону с тонкими сучьями.

   Деревья выросшие на открытых местах имеют низко опущенную, сильно разветвлённую крону  с толстыми сучьями и такими же корнями. Ствол достигает небольшой высоты и на его долю приходится меньший удельный вес в общем объёме дерева.

   Наибольшую ценность в хозяйственном отношении представляет ствол и на его долю в среднем приходится 70%  объёма ствола. Определение объёма ствола является одной из важнейших задач лесной таксации.

    При определении объёма ствола участвуют 2 величины: ℓ - длина и Q – площадь поперечного сечения ствола, так вот Q является главнейшим объёмообразующим фактором, т.к. она вычисляется по диаметру, а ошибка в измерении диаметра даёт двойную ошибку.

   Форма ствола приближена к  кругу  или эллипсу. Форма Q может быть разной в середине ствола или пня. У дерева выросшего в насаждении всегда более цилиндрический ствол, чем у дерева выросшего на просторе. Q зависит также от породы.        

    Площадь поперечного сечения Q можно определить по формуле:

Q=(π÷4)·D² , где

 π  – постоянное число = 3,14,

 d – диаметр ствола, а также по формуле эллипса:

Q=(π÷4)·ab , где

 a – диаметр с Севера на Юг,

   a и b – наибольший и наименьший d ствола,

 b – диаметр с Востока на Запад.

   Формула круга даёт точность определения до 3%. Формула эллипса значительно выше.

   Для практики оказалось пригодной формула круга с использованием среднего диаметра, найденного как полусумма из 2-х взаимно перпендикулярных диаметров d.

 Q=(π÷4)·[(D+D)/2]²

  В лесной таксации используются таблицы для определения площадей поперечного сечения стволов по диаметру.

  Пример.

D ствола  - 76,5 см. по таблице №2 ищем на пересечении d – 76 и 0,5= 4576 см² или это будет 0,4576 м².  

Простые и сложные стереометрические  формулы для определения  объёма ствола и его  частей 

   Из всех правильных … вращения древесного ствола ближе всего подходит к парабаллоиду, но формула объёма парабаллоиду применительно к стволу дерева даёт большие потребности из – за корневых наплывов в основании ствола.

   Поэтому предложено заменить в формуле парабаллоида площадь основания площадью сечения на половину его высоты. 

Понятия о видовом числе 

   Видовое число – это показатель полудревесности ствола. Его определяют делением f=Vствола÷Vцилиндр, т.е. цилиндр, имеющего одинаковую со стволом высоту и диаметр.

   Видовое число характеризует полнодревесность ствола, т. е. степень приближения объёма ствола к объёму цилиндра.

Смысл приведённой формулы поясним на графике .Как видно из рисунка объём дерева занимает только часть объёма цилиндра.

   Если бы ствол имел точно такую же форму и полнодревесность, как и цилиндр, то видовое число было бы равно 1. Следовательно, видовое число это условный показатель, позволяющий сравнивать Vдерева с Vцилиндра.

   Если известно видовое число и размеры ствола (H и d), то V легко определить по формуле V=Q·H·f  , где Q- площадь сечения на высоте груди.

   Первые таблицы средних видовых чисел были составлены в (1846 г.) Баварии (по 3-м группам возраста, по высоте и ступеням толщины) ими пользовались 50 лет в России. 

Факторы влияющие на видовое  число 

1. высота,
2. диаметр,
3. форма ствола, а так как диаметр и высота зависят от условий роста,

 климата,  биологической особенности породы (дуб и тополь), состояние древостоя,  то эти показатели также влияют  на видовое число.

   Есть ещё  другие факторы влияющие на видовое число: бонитет, полнота, длина кроны деревьев.

    Например.

При одинаковой высоте и диаметре, деревья выросшие в густом лесу или в худших условия произрастания, имеют относительно короткую крону, и они более полнодревесны. Более всего видовое число зависит от высоты и коэффициента формы.

   Для характеристики полученной зависимости австрийский лесовод Шиффель привёл следующую формулу для ели:

  f=0.66·q²+(0.32/q·h)+0.14

    Эта формула практически подходит практически для всех пород и даёт ошибку 3%.

   Профессор Б. А. Шустов предложил следующую формулу

  f=0.6·q+ 1.04÷q·h

   Профессор М. В. Ткаченко установил закономерность, что при равных высоте и коэффициенте формы ствола любых древесных пород независимо от условий произрастания имеют близко равные видовые числа.

   Он составил таблицу всеобщих видовых чисел, где приведены значения f для всех пород в зависимости от высоты ствола (через 2 м.) и q (через 0.05).

   Для нахождения видовых чисел разными способами используют таблицу (№8 М. Е. Ткаченко). В этой таблице видна зависимость видового числа от высоты ствола, т. е. при постоянном q с увеличением высоты ствола, уменьшается видовое число. С уменьшением коэффициента формы (если постоянная высота), то видовое число также уменьшается.

Определение возраста дерева 

   Ежегодно дерево и отдельные его части увеличиваются в размерах. Толщина дерева увеличивается за счёт деятельности камбия, который ежегодно (за вегетативный период) откладывая слой древесины. На поперечном разрезе ствола наслоения представляют собой концентрические круги, по их числу можно определить возраст. Весенняя древесина более рыхлая, а летняя более полная.