基于PDA的立木價(jià)值評(píng)估系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1)

陳名騰 李 昀 聶秀琴 邢 浩

(北京林業(yè)大學(xué)，北京，100083)

隨著林權(quán)及林業(yè)經(jīng)濟(jì)體系的改革，林業(yè)經(jīng)營(yíng)權(quán)被進(jìn)一步放開(kāi)，商品林經(jīng)營(yíng)者可自行決定經(jīng)營(yíng)模式及經(jīng)營(yíng)方向，森林資源被作為一種資產(chǎn)進(jìn)行經(jīng)營(yíng)管理，以林權(quán)、私人林木等森林資源資產(chǎn)作為對(duì)象的轉(zhuǎn)讓、抵押貸款以及合資、合作、股份經(jīng)營(yíng)等經(jīng)濟(jì)行為變的越來(lái)越普遍［1］，所以對(duì)立木資產(chǎn)進(jìn)行有效評(píng)估具有重要的意義與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。經(jīng)第三方評(píng)估機(jī)構(gòu)對(duì)立木資產(chǎn)進(jìn)行的評(píng)估被作為買賣或抵押的依據(jù)，該評(píng)估的主要步驟為①評(píng)估立項(xiàng);②評(píng)估委托;③森林資源核查;④評(píng)估資料收集;⑤資產(chǎn)評(píng)定估算;⑥提交評(píng)估報(bào)告書;⑦評(píng)估確定、驗(yàn)證等［2］。此外，林木所有者和有購(gòu)買意愿的各方也會(huì)根據(jù)一定的方法對(duì)目標(biāo)林地上的林木進(jìn)行價(jià)值估算，但此類估算多憑經(jīng)驗(yàn)和目測(cè)估算，很少采用科學(xué)算法，這便造成了各方估算結(jié)果差異較大的現(xiàn)象。目前，評(píng)估機(jī)構(gòu)采用的評(píng)估步驟中，需要先通過(guò)外業(yè)調(diào)查完成森林資源核查，然后返回事務(wù)所完成內(nèi)業(yè)資產(chǎn)評(píng)定估算。若在評(píng)定估算時(shí)發(fā)現(xiàn)根據(jù)外業(yè)采集來(lái)的數(shù)據(jù)估算的結(jié)果達(dá)不到預(yù)期精度要求，則需要再次進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集。如果發(fā)生二次調(diào)查，評(píng)估的時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本都將大幅增加。本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的基于PDA的資產(chǎn)評(píng)定估算系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)野外數(shù)據(jù)采集的抽樣精度控制，可以保證一次外業(yè)調(diào)查取得的數(shù)據(jù)就可以滿足估測(cè)精度，從而避免發(fā)生不必要的成本，也節(jié)約了時(shí)間。同時(shí)，該軟件可以在野外現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算立木的蓄積并初步估算立木價(jià)值，比個(gè)人憑借經(jīng)驗(yàn)估測(cè)更為科學(xué)。

1 系統(tǒng)的主要工作原理

1.1 立木價(jià)值評(píng)估測(cè)算

近幾年森林資源資產(chǎn)評(píng)估科研人員在森林資源資產(chǎn)評(píng)估信息化方面做了相應(yīng)的探索，并取得了相應(yīng)的軟件成果［3－6］，但是這些探索并沒(méi)有改變資源核查和評(píng)定估算分地點(diǎn)處理的現(xiàn)狀，而隨著便攜計(jì)算設(shè)備的不斷升級(jí)，PDA、智能手機(jī)等的數(shù)據(jù)處理和計(jì)算能力已經(jīng)能夠滿足一些小規(guī)模數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單分析計(jì)算要求，這為開(kāi)發(fā)野外工作的實(shí)用工具軟件提供了便利。

現(xiàn)行的林木資產(chǎn)評(píng)估方法主要有市價(jià)法、收益現(xiàn)值法、成本法等［7］?？紤]到評(píng)估的實(shí)際需求和各種方法對(duì)數(shù)據(jù)的要求及運(yùn)算量，本系統(tǒng)采用市價(jià)法對(duì)評(píng)估林分的立木現(xiàn)價(jià)進(jìn)行估測(cè)。評(píng)估測(cè)算過(guò)程首先使用市價(jià)法通過(guò)一定的材積計(jì)算方法及公式估算單株立木的價(jià)值，然后再根據(jù)樣地法或樣木法計(jì)算整個(gè)評(píng)估對(duì)象林地內(nèi)林木的總價(jià)值。具體的評(píng)估測(cè)算原理如圖1所示。

圖1 評(píng)估測(cè)算原理圖

1.2 樣本數(shù)目和樣地面積的確定

在森林調(diào)查及立木資產(chǎn)價(jià)值評(píng)估中，可采用全面調(diào)查和非全面調(diào)查兩種方法采集評(píng)估所需的林木生長(zhǎng)數(shù)據(jù)，因成本、時(shí)間等各種條件的限制與制約，多數(shù)情況下不能夠?qū)υu(píng)估對(duì)象內(nèi)的所有林木進(jìn)行全面測(cè)量，因此，樣地、樣木調(diào)查和抽樣調(diào)查的方法被廣泛采用，即通過(guò)小面積局部實(shí)測(cè)，根據(jù)調(diào)查結(jié)果推算整個(gè)評(píng)估對(duì)象。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮了抽樣調(diào)查中根據(jù)精度要求確定需要調(diào)查的林木數(shù)目的實(shí)際需求。

如采用樣木調(diào)查，本系統(tǒng)采用的方法是給定最大允許誤差和置信度計(jì)算樣本數(shù)目。在給定的1－α置信度下，要求樣本結(jié)果與總體結(jié)果誤差不大于ε，根據(jù)樣本百分比與總體百分比的誤差公式，在總體很大時(shí)，樣本數(shù)目N可近似的表示如公式(1)所示。

其中uα/2為1－α置信度下正態(tài)分布分位數(shù)，用戶根據(jù)上述理論設(shè)定的不同的置信度及誤差，可以求得相應(yīng)的調(diào)查樣本N的理論值。

如采用樣地調(diào)查，本系統(tǒng)采用的樣地最小面積計(jì)算方法為根據(jù)查數(shù)一定面積小樣方s內(nèi)林木株數(shù)n，及指定樣地內(nèi)林木最小株數(shù)N，推算樣地面積S。如公式(2)所示。

1.3 精度控制

立木價(jià)值評(píng)估測(cè)算過(guò)程中，測(cè)量精度與抽樣精度是影響評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確性的兩個(gè)重要因素。測(cè)量精度主要受測(cè)量者與測(cè)量?jī)x器的影響在本系統(tǒng)中不予以考慮。故這里的精度控制主要指抽樣精度的控制。

由于根據(jù)給定最大允許誤差和置信度計(jì)算出的樣本數(shù)目是一個(gè)理論值，在實(shí)際操作中很難保證設(shè)置的樣地中的林木株數(shù)和胸徑分布與之吻合，因此，根據(jù)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)在要求置信區(qū)間上的實(shí)際抽樣誤差判斷抽樣結(jié)果是否滿足誤差要求，是保證數(shù)據(jù)采集符合評(píng)估精度要求的關(guān)鍵。本系統(tǒng)提供實(shí)際調(diào)查抽樣誤差計(jì)算功能，根據(jù)樣地調(diào)查實(shí)測(cè)的結(jié)果計(jì)算并返回檢驗(yàn)要求置信度下調(diào)查誤差是否滿足總體誤差的精度要求，若精度沒(méi)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，則可以根據(jù)需要增加樣本的數(shù)目，繼續(xù)調(diào)查，直到滿足要求。具體的檢驗(yàn)方法如公式(3)所示。

當(dāng)評(píng)估地內(nèi)林木數(shù)目N，樣本林木數(shù)n均較大時(shí)，在給定的1－α置信度下，

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)

通過(guò)對(duì)立木資產(chǎn)價(jià)值評(píng)估工作流程及系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)的分析，為滿足野外快速測(cè)算立木資產(chǎn)價(jià)值并提高結(jié)果的可信度等要求，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)主要包括:數(shù)據(jù)采集、參數(shù)設(shè)置、計(jì)算與評(píng)估、結(jié)果顯示、數(shù)據(jù)管理等，如圖2所示。

2.1.1 數(shù)據(jù)錄入

系統(tǒng)以評(píng)估對(duì)象林地作為基本測(cè)算評(píng)估單位，在開(kāi)始評(píng)估計(jì)算前需先錄入或?qū)朐u(píng)估對(duì)象的基本信息(編號(hào)、所屬林地、面積、平均密度、評(píng)估人、評(píng)估時(shí)間、材積計(jì)算方法、對(duì)象評(píng)估方法、評(píng)估公式、單株價(jià)值計(jì)算方法等)，并且根據(jù)對(duì)象評(píng)估方法的不同(樣地法、樣木法)進(jìn)而錄入林木基本信息。當(dāng)前數(shù)據(jù)錄入主要采取手工錄入方式，并且提供數(shù)據(jù)接口，支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)入，在數(shù)據(jù)格式保持一致的前提下支持相關(guān)自動(dòng)化采集設(shè)備采集的林分調(diào)查因子數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2.1.2 參數(shù)設(shè)置

系統(tǒng)在立木價(jià)值評(píng)估測(cè)算過(guò)程中需要用到材積公式、出材率公式、置信度與允許抽樣精度設(shè)置等。

不同的樹(shù)種或不同地區(qū)的相同樹(shù)種，其材積公式及出材率公式的參數(shù)是不同的，不同的評(píng)估需要對(duì)評(píng)估置信度及抽樣精度要求也不同。為了提高系統(tǒng)的可用性，系統(tǒng)支持用戶在評(píng)估前對(duì)材積公式參數(shù)、出材率公式參數(shù)、該次評(píng)估置信度與允許抽樣精度參數(shù)等進(jìn)行設(shè)置。

在材積計(jì)算中，根據(jù)我國(guó)實(shí)際應(yīng)用情況系統(tǒng)提供3種材積公式，供用戶選擇。詳見(jiàn)公式(4)、(5)、(6)。

用戶可根據(jù)不同地區(qū)、不同樹(shù)種的實(shí)際情況，選擇合適的材積公式并設(shè)定相關(guān)的參數(shù)。例如，遼寧省采用的一元材積公式為公式(4)［8］，且該地油松材積公式參數(shù)分別為a=0.760 5×10－4，b=1.903 0，c=0.860 6。在初次對(duì)該地區(qū)油松林進(jìn)行評(píng)估初始時(shí)，首先檢查材積公式數(shù)據(jù)庫(kù)中是否有地區(qū)為“遼寧”、樹(shù)種為“油松”，公式為公式(4)對(duì)應(yīng)的參數(shù)項(xiàng)。若不存在，對(duì)a，b，c的值進(jìn)行設(shè)置并保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。待評(píng)估時(shí)選擇材積計(jì)算方法為一元胸徑法，評(píng)估公式選擇公式(4)對(duì)應(yīng)的公式，地區(qū)、樹(shù)種進(jìn)行相應(yīng)的選擇即可完成相應(yīng)的功能。

出材率計(jì)算，系統(tǒng)提供出材率表及出材率公式兩種方式供用戶選擇，用戶根據(jù)地方標(biāo)準(zhǔn)，選擇設(shè)置出材率表或出材率公式參數(shù)。在出材率表設(shè)置時(shí)允許用戶按徑階設(shè)置出材率，設(shè)置出材率參數(shù)時(shí)允許用戶按地區(qū)及樹(shù)種進(jìn)行設(shè)置，并保存在相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備對(duì)該地區(qū)的相同樹(shù)種再次評(píng)估時(shí)直接使用。系統(tǒng)采用的出材率公式如公式(7)所示。

在對(duì)不同地區(qū)、不同樹(shù)種進(jìn)行評(píng)估時(shí)，出材率表或出材率公式參數(shù)需要重新輸入或從文件中直接導(dǎo)入。

2.1.3 計(jì)算與評(píng)估

系統(tǒng)根據(jù)胸徑、樹(shù)高等林分調(diào)查因子及所選的蓄積計(jì)算方法，計(jì)算單株蓄積及評(píng)估對(duì)象林地的總蓄積，并通過(guò)出材率及當(dāng)日市價(jià)對(duì)評(píng)估對(duì)象內(nèi)林木資產(chǎn)進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)抽樣精度得出出材量范圍及參考評(píng)估價(jià)格。并且根據(jù)抽樣調(diào)查理論，對(duì)其林地內(nèi)林木各調(diào)查因子的平均值(胸徑、蓄積等)進(jìn)行抽樣精度分析。

2.1.4 結(jié)果顯示

在調(diào)查評(píng)估完成后，本系統(tǒng)提供簡(jiǎn)易評(píng)估報(bào)告及相應(yīng)的分布圖。完整的資產(chǎn)評(píng)估報(bào)告主要包括:基本情況、評(píng)估對(duì)象與范圍、評(píng)估目的、評(píng)估基準(zhǔn)日、評(píng)估依據(jù)、評(píng)估方法等方面［1］，考慮到PDA設(shè)備內(nèi)存小、屏幕小及野外信息需求等方面因素，本系統(tǒng)提供的簡(jiǎn)易評(píng)估報(bào)告主要包括各立木的詳細(xì)信息、樣本的平均胸徑、平均材積、估計(jì)總體精度、總蓄積等。根據(jù)徑階的分布情況提供徑階分布圖，便于用戶形象的查看林木生長(zhǎng)情況。

2.1.5 數(shù)據(jù)管理

系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)據(jù)的導(dǎo)入及導(dǎo)出。對(duì)于前期未完成評(píng)估的數(shù)據(jù)支持其導(dǎo)入并繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與評(píng)估，對(duì)于完成的評(píng)估支持林木基本信息及評(píng)估報(bào)告的導(dǎo)出，方便用戶在PC機(jī)中對(duì)該信息進(jìn)行進(jìn)一步處理。

2.2 系統(tǒng)的主要工作流程

根據(jù)立木的價(jià)值評(píng)估測(cè)算原理及系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的評(píng)估流程主要分為4步。首先，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。若首次對(duì)評(píng)估地區(qū)立木進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估者需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臉?shù)種材積公式選擇系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的材積公式并設(shè)定相關(guān)參數(shù)，并根據(jù)當(dāng)?shù)亓?xí)慣設(shè)置出材率公式的參數(shù)或根據(jù)徑階設(shè)置出材率表，按徑階的大小設(shè)置樹(shù)種單價(jià)，并將所有設(shè)置保存至數(shù)據(jù)庫(kù)及文件中待下次對(duì)該地區(qū)同樹(shù)種進(jìn)行評(píng)估時(shí)直接調(diào)用。若非首次對(duì)該區(qū)域進(jìn)行評(píng)估只需從數(shù)據(jù)庫(kù)或文件中導(dǎo)入相關(guān)參數(shù)設(shè)置。

其次，進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)錄入。輸入評(píng)估對(duì)象基本信息，并根據(jù)評(píng)估需要選擇相應(yīng)的樣地或樣木評(píng)估方法，系統(tǒng)根據(jù)用戶的精度要求計(jì)算出樣地面積或樣木數(shù)量的最小值。在評(píng)估現(xiàn)場(chǎng)錄入各調(diào)查林木的屬性數(shù)據(jù)。

第三，數(shù)據(jù)計(jì)算。根據(jù)調(diào)查木的胸徑、樹(shù)高、材積公式、出材率、價(jià)格表，可以得到單株立木的蓄積量、出材量、價(jià)值等參數(shù)。進(jìn)而得出調(diào)查樣木或樣地的總價(jià)值。根據(jù)抽樣比例及精度控制原理進(jìn)而可以得出評(píng)估林地的林木總蓄積、總出材量及總價(jià)格。

第四，出具評(píng)估報(bào)告。

2.3 系統(tǒng)的架構(gòu)

系統(tǒng)采用Windows Mobile操作系統(tǒng)的PDA作為硬件平臺(tái)，采用SQL Server compact edition作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，可與PC端通過(guò)有線或者無(wú)線的方式進(jìn)行通信，具體的架構(gòu)如圖3所示。

2.4 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)選擇Microsoft Visual Studio 2005，數(shù)據(jù)庫(kù)選用SQL Server 2005 compact edition，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言選擇C#，數(shù)據(jù)庫(kù)編程使用ADO.NET，PDA硬件的操作系統(tǒng)為 Windows mobile 5.0以上版本。

考慮到該系統(tǒng)適用的外業(yè)作業(yè)環(huán)境及硬件設(shè)備的特點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)時(shí)不采用數(shù)據(jù)與PC機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換，而是在調(diào)查后統(tǒng)一將數(shù)據(jù)導(dǎo)入PC機(jī)中，在實(shí)現(xiàn)方式上，無(wú)線方式通過(guò)藍(lán)牙將PDA與PC機(jī)實(shí)現(xiàn)同步，有線方式可通過(guò)USB接口及ActiveSync同步軟件實(shí)現(xiàn)兩者之間的同步。

在提高系統(tǒng)運(yùn)行速度方面，因PDA與PC機(jī)相比，存在存儲(chǔ)容量小、CPU主頻低等特點(diǎn)，故PDA操作過(guò)程中的響應(yīng)速度問(wèn)題成為影響PDA程序運(yùn)行速度的一個(gè)重要因素，是PDA編程過(guò)程中需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題。在該系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)與內(nèi)存數(shù)據(jù)的交互是影響系統(tǒng)響應(yīng)速度的一個(gè)主要方面。為了提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，在本系統(tǒng)中采取減少數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)與內(nèi)存數(shù)據(jù)的交換次數(shù)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，在實(shí)現(xiàn)時(shí)一些常用到的數(shù)據(jù)，例如:出材率參數(shù)、材積公式參數(shù)等數(shù)據(jù)，只需要對(duì)評(píng)估對(duì)象林地進(jìn)行操作時(shí)從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取一次，然后存放在數(shù)組中，對(duì)樣木或樣地內(nèi)林木進(jìn)行操作時(shí)，直接通過(guò)讀取內(nèi)存中相應(yīng)數(shù)組中的數(shù)據(jù)即可，這樣可以大大減少與數(shù)據(jù)庫(kù)的交互次數(shù)，進(jìn)而提高系統(tǒng)整體運(yùn)行速度。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)圖

系統(tǒng)完成了對(duì)分析設(shè)計(jì)階段劃分的5個(gè)功能模塊所有功能的實(shí)現(xiàn)。圖4至圖7分別為數(shù)據(jù)采集、樣本詳情、評(píng)估報(bào)告、徑級(jí)分布等的實(shí)現(xiàn)結(jié)果。其中圖5所示為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)對(duì)未測(cè)量樹(shù)高的樣本的樹(shù)高值采用測(cè)量高度樣本樹(shù)高的平均值。

圖4 數(shù)據(jù)采集界面

3 討論與展望

根據(jù)林木資產(chǎn)價(jià)值評(píng)估的實(shí)際需要，本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于PDA的具有輔助確定評(píng)估測(cè)量樣本數(shù)目及抽樣精度控制等功能的立木價(jià)值評(píng)估系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以現(xiàn)場(chǎng)完成立木價(jià)值評(píng)估測(cè)算，并根據(jù)用戶的置信度要求，給出評(píng)估精度分析，同時(shí)調(diào)查數(shù)據(jù)及評(píng)估結(jié)果可以導(dǎo)出至PC機(jī)中，為內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的繼續(xù)處理提供了方便，本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)河北省文安縣界圍農(nóng)場(chǎng)實(shí)地測(cè)試，證明該系統(tǒng)可以高效的完成立木價(jià)值評(píng)估，并給出合理的誤差分析，提高了結(jié)果的可信度。

圖5 評(píng)估樣本詳情界面

圖6 評(píng)估報(bào)告界面

圖7 徑級(jí)分布圖

值得進(jìn)一步改進(jìn)的地方是，本文當(dāng)前采取的林分調(diào)查因子錄入方式主要為手工錄入，隨著自動(dòng)化技術(shù)及傳感器技術(shù)的發(fā)展，立木胸徑、樹(shù)高等屬性數(shù)據(jù)采集朝著自動(dòng)化采集方向發(fā)展，今后工作中將系統(tǒng)與此類設(shè)備整合，完成自動(dòng)化采集功能。此外，隨著智能手機(jī)和平板電腦的普及，Android操作系統(tǒng)的占有率已逐漸提高，開(kāi)發(fā)Android版的相應(yīng)工具也會(huì)有很好的前景。

［1］董新春.森林資源資產(chǎn)評(píng)估實(shí)務(wù)［M］.北京:中國(guó)林業(yè)出版社，2010:290.

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