复杂山地森林固定大样地测设方法

吴天乐， 张灿明*， 牛艳东， 陈 望， 谷志容， 曾掌权， 肖立新

(1.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004； 2.湖南辉达规划勘测设计研究有限公司， 湖南 长沙 410000； 3.湖南八大公山国家级自然保护区管理处， 湖南 桑植 427100)

复杂山地森林固定大样地测设方法

吴天乐1， 张灿明1*， 牛艳东1， 陈 望2， 谷志容3， 曾掌权1， 肖立新3

(1.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004； 2.湖南辉达规划勘测设计研究有限公司， 湖南 长沙 410000； 3.湖南八大公山国家级自然保护区管理处， 湖南 桑植 427100)

简述了森林固定大样地测设基本要求；以南方地形复杂、森林茂密、通视性差的山地为例，从坐标原点确定、建立闭合导线和全站仪放样等方面介绍了复杂山地森林固定大样地闭合导线测设方法。

固定大样地; 测量; 全站仪

森林是陆地生态系统的重要组成部分，对于维持生物多样性、调节气候、保持水土、涵养水源、净化空气和增强碳储量以及实现自然资源的可持续发展，具有不可替代的作用[1-4]。Hubell[5]1980年在巴拿马的Barro Colorado Island (BCI)建立了第1个50hm2的森林动态监测固定大样地，随后陆续在其他国家和地区建立了多个固定大样地。随着森林面积的日益减少，由此造成的物种消失、水土流失和气候变暖等现象越来越严重。固定大样地是研究生物多样性、群落系统演化和生态系统功能的重要平台[6]，可为开展森林生态系统物种空间分布格局、生物多样性的形成和维持机制研究，以及全球变化的响应提供翔实的数据，受到越来越多的关注[7]。目前国际上生物多样性监测样地的大小变化很大，在热带地区为1～52hm2，个别大样地的面积甚至达到60hm2[8-9]。伴随着固定大样地在森林生态系统中的广泛应用，如何快速、精确、节约、有效的进行放样越来越受到重视。由于林区地形复杂、通视性差，利用GPS进行放样受到限制，所以一般利用全站仪进行放样，并把样地划定n个20m×20m的样方[10-16]。本文将介绍一种快捷、通用的复杂山地森林区固定样地测设方法，为固定样地的测设提供参考。

1 森林固定大样地测设基本要求

热带森林大样地大小一般为50hm2，但由于受各种条件的限制, 大样地的大小常为16～52hm2。根据CTFS(Center for forest science)样地设置标准[5]，采用全站仪将整个样地划分为20m×20m的样方，每隔20m设1个基点并标记，记录两点之间的相对高差、测量方向、斜距等指标，并在中间10m处用PVC 管标记。固定大样地测设完成后, 在每1个基点处埋设水泥桩，同时对样地内植被进行定位和识别[8,11]。固定大样地布设过程中，根据地形地貌、植被现状的差异，决定测量工作量的大小。在我国南方地形复杂、植被茂密、通视性差的山地，如果没有选择合适的测设方法，将使测设工作占据大量的人力和物力资源，反之则节约大量人力物力。

2 闭合导线测设方法

2.1 坐标原点确定

以湖南八大公山国家级自然保护区珙桐古老林地25hm2固定样地为例。坐标原点的确定是整个测设工作能否进行下去的关键步骤。首先通过踏勘确定样地的大致范围、方向，把西南角假定为整个样地的原点，假定该点的坐标为(1000,1000)，那么整个样地内方格网的所有格点都可以通过原点推算出来，以500m×500m方格网为例(见图1)。确定坐标原点后，可以推测出网格中任一点坐标，如A，B，C，D4个坐标分别为A(1000,1500)，B(1500,1500)，C(1500,1000)，D(1200,1100)，这就是整个样地测设的依据。

图1 假定坐标图Fig.1 Assumed coordinate determination

2.2 建立闭合导线

为了保证大样地方格网的精度，必须建立一条覆盖整个样地的闭合导线；根据假定坐标，用全站仪直接测量出各导线点的近似坐标；平差计算不采用传统平差方法，而是先进行角度闭合差计算和调整，然后进行坐标增量闭合差的计算和调整，再根据坐标增量计算各导线点的坐标。

计算方法如下：

以东南角点A作为放样的起点做一条闭合导线，测得A点坐标(x’A，y’A)与假定的已知坐标(xA，yA)不一致(见图2)，计算待定点A的坐标，称为坐标正算，其横、纵坐标增量闭合差fx、fy[17]的计算：

由于fx、fy的客观存在，使导线不能闭合，产生了导线全长闭合差。导线全长闭合差fD的计算：

导线全长相对闭合差K的计算：

坐标增量闭合差Vxi、Vyi的计算：

坐标增量改正后坐标为：

图2 闭合导线图Fig.2 Closed traverse

2.3 全站仪放样

放样时，全站仪可以在各导线点的任意一点架设仪器，仪器对中整平，开机进入主菜单，选择放样程序。按提示开始建站，先输入测站点坐标，然后按提示输入后视点坐标，把仪器对准后视点，按测距按钮，这样整个站就建好了。同时，反测一下后视点，进行校准，检测测量出的后视点坐标与输入的坐标误差大小。如误差在允许范围内，就可以进行下一步放样操作；如误差超出允许范围，则需要找出原因。误差主要来自仪器本身和操作者(如建错站、把后视点当作测站点、把测站点当作后视点、坐标输入有误等)两个方面。在解决好所有问题后可以进入下一步放样。

建站后，利用全站仪放样程序，把待测的网格点坐标输入全站仪(以图1的方法推算)；设定放样程序，计算出该放样点的距离和水平角；转动全站仪使水平角度显示0°00′00″，固定水平螺旋；移动棱镜使其出现在望远镜内，按“测距”按钮。若显示距离的数值不为0，须前后移动棱镜，继续测距，使得距离显示为0。测杆底部所对应的位置即为待放样点的位置。标记该位置即可进行下一点的放样。对于放样过程中因树木遮挡或距离过远等原因未标定出的网格点，可在其附近方便架设全站仪的任何位置做一个支导线点，再架设全站仪在此支导线点上进行测量。

3 讨论

大样地建成后，可以开展相关调查，开展物种分布格局、土壤及野生动物等方面的研究。由于森林生态系统的复杂性，在林木茂密区，GPS技术不能广泛应用其中，通用性强的全站仪为样地测量的首选设备。传统的利用全站仪标定大样地的方法是把全站仪设在选定的原点上，通过选址设定的方向为零方向，利用全站仪水平角的调整和测距功能标定出所需的方格网点。该方法的局限性在于一方面对架设测站的角度要求较高，且计算麻烦；其次仪器必须架设在已标定的方格网点上，但是很多已标定的方格网点不适合架设全站仪，并且随着架设次数的增多，测量精度和方向偏差增大；同时在测量过程中遇到树木、悬崖等遮挡或阻隔时会增加测量误差和难度。

假定坐标闭合导线法既能提高大样地标定速度和精度，而且通用性强，尤其适用山地复杂地形，并且该方法将全站仪四周所有能看到的网格点通过一次架站全部标定出来，从而减少架站次数带来的测量误差，而对于放样过程中因树木遮挡，悬崖阻断等原因未标定的方格网点，可灵活地在其附近选一个支导线点，再架设全站仪在支导线点上将其标定出来。

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(文字编校：唐效蓉)

Themeasurementtechniquesonforestfixedlargescaleplotofcomplexterrain

WU Tianle1, ZHANG Canming1*, NIU Yandong1, CHEN Wang2, GU Zhirong3, ZENG Zhangquan1, XIAO Lixin3

(1.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China; 2.Hunan Huida Planning Survey and Design Research Ltd., Changsha 410000, China; 3.Administrative Office of Badagongshan National Nature Reserve, Sangzhi 427100, China)

The basic requirements for the measurement on forest fixed large scale plot was described. Taken southern terrain with complex topography, dense forest and poor intervisibility as an example, the measurement method on forest fixed large scale plot of complex terrain was introduced from the aspects of origin coordinate determination, closed traverse establishment, sampling with the total station and so on.

fixed large scale plots; measurement; total station

2013 — 07 — 02

国家林业局948项目(2009-4-46)。

吴天乐(1982 — )，男，湖南省长沙市人，主要从事土壤生态学、园林学研究。

* 为通讯作者。

S 771

A

1003 — 5710(2013)04 — 0076 — 03

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2013. 04. 019