淺析廣西林草生態綜合監測森林樣地外業調查方法

田野宏魏鴻昌滿毅龔映勻楊再璽梁艷

(1.廣西生態工程職業技術學院，廣西 柳州 545000；2.廣西森態工程規劃設計有限公司，廣西 柳州 545000)

林草生態綜合監測評價森林樣地調查之前也稱為一類調查或連續清查，調查的目的是查清森林資源的種類、數量、質量、結構、分布、功能和生態狀況以及變化情況等。調查任務主要是對連續清查固定樣地和林相有變化的樣地進行調查。從2021年開始，調查時間間隔也由每5a進行1次全面調查轉變為每年對整體工作量的1/5進行1次調查。廣西的森林樣地為正菱形，與全國大部分地區的正方形森林樣地不同。除此之外，調查方法和精度要求各地基本相同，地方的樣地調查操作細則均按照國家林業和草原局批準的《國家林草生態綜合監測評價技術方案》、《國家林草生態綜合監測評價技術規程》進行編制。根據國家總體時間要求，廣西森林樣地調查的時間大多處于7—10月，恰好處于天氣最炎熱的時期，不僅蚊蟲、蛇、蜂等野生動物活躍，而且由于廣西整體低山丘陵的地貌，使得林草生態綜合監測森林樣地外業調查工作既曲折又艱辛。本文將林草生態綜合監測森林樣地的調查方法進行整理和總結，提出了改進方法和注意事項，以期為廣西乃至全國的外業調查工作者提供參考和幫助。

1 調查區域概況

1.1 區域概況

廣西屬于我國4大林區中的東南低山丘陵區，主要地貌包括中山、低山、丘陵和平原，氣候分屬中亞熱帶、南亞熱帶和北熱帶，流域主要屬于珠江流域和部分長江流域，土壤類型有以紅壤為主的17個土類。

1.2 植被類型概況

依據植被分類系統[1,2]，將廣西植被分為自然植被和栽培植被2大類別。其中，自然植被分為5個植被型組，18個植被型；栽培植被分為3個植被型組，11個植被型。詳見表1。

表1 廣西植被類型劃分表

1.3 森林覆被類型及分類概況

按主導功能的不同將森林(含林地)分為生態公益林(含防護林和特種用途林)和商品林(含用材林、能源林和經濟林)2個類別，5個林種和21個亞林種。根據經營目標的不同，將喬木林地、灌木林地、竹林地、疏林地分為5個林種、23個亞林種。森林覆被類型包括喬木林、竹林、灌木林、疏林、新造林、灌從和其他林地7個一級類和18個二級類。

2 調查內容

調查內容主要有土地利用與覆蓋，森林資源和生態狀況。包括地類、植被類型的面積和分布；森林、林木和林地的數量、質量、結構和分布，森林按起源、權屬、齡組、林種、樹種統計面積和蓄積，生長量和消耗量；林地自然環境狀況、森林健康狀況與生態功能、生態系統多樣性的現狀及其變化情況等內容。

3 調查方法分析

3.1 準備工作

3.1.1 保險

由于森林外業調查的風險較高，調查單位為調查工作人員都只購買了意外傷害保險，但很少有購買附加住院險，調查人員若遇到蜱蟲、恙蟲叮咬等導致的疾病住院費用則無法報銷，調查單位的負擔會加重，不利于調查項目的順利實施和后續開展。

3.1.2 安全防護

由于廣西調查時間多為夏季酷暑時期，而調查人員為保證人身安全在林區穿行一般要求穿著長袖長褲，加之調查任務樣地復位后需要新挖設或修復中心坑和角坑，體力消耗很大。因此，儀器用具在功能相同的情況下盡量選用輕量化設計的產品以減輕負重，節省體力，但干糧、水、應急藥品等應結合樣地難度預估作業時間適量多帶，如遇突發緊急的情況可以提供重要的生命保障支撐。普通的林業工作者和單位一般統一配發純棉面料的迷彩服，但本調查穿著方面并不建議穿著純棉的衣物，因為人體主要是通過排汗蒸發散熱，在高溫下重體力勞動汗如雨注，衣褲很快就會被汗水全部浸濕，純棉的衣物吸汗飽和后不宜干燥，因此具有速干且耐磨損的功能面料衣物更適宜夏季野外調查工作。

另外，由于目前調查工作都需要APP外業采集數據拍照等，對電量要求較高，凡是定位、發射類型的電子設備耗電量都較大，除內置電池應及時充電外，手機、平板等電子設備應配備充電寶防止失聯或數據采集中斷，特別是完成調查工作后返回路線的軌跡采集容易遺忘。激光測距儀、RTK等電子設備應配備足夠多的替換電池。

3.1.3 儀器設備

3.1.3.1 羅盤儀

由于調查中樣地復位、樣木復位及測量、邊界木測定等工作均需使用羅盤儀，而目前無論是教學還是生產實踐單位使用的多為哈爾濱光學儀器廠生產的DQL-16ZL型經緯激光羅盤儀，該羅盤儀的主要問題是激光瞄準裝置經過長時間使用或儀器磕碰后有可能會導致激光瞄準點與目鏡內十字準星不一致，需要定期微調校正；且激光瞄準裝置使用的電池型號與常規電池不同，多為ER18505 3.6V或CR123A 3.0V，常見在智能水表等工業產品上，但在調查當地的縣級或鄉鎮市場很難購買到，需要提前網購準備充足。一般調查單位使用的羅盤儀型號比較老舊，作業效率不高，因此建議加裝激光測距儀或配備智能羅盤[3]，在測量水平距時無需再用皮尺進行坡度改正換算，省時省力。智能羅盤儀功能上實際更趨向于全站儀、經緯儀等高精度的工程測量儀器，考慮到重量因素，在日常林業調查工作中普通羅盤儀搭配RTK基本能夠解決所有的問題。另外，如采用普通羅盤儀加配激光測距儀的方案，加裝位置不能離羅盤儀表盤太近，否則激光測距儀會對羅盤磁針產生干擾，導致磁方位角測定有誤。以DQL-16ZL型經緯激光羅盤儀為例，使用時視樣地復位難度、使用時長不同，一般5d左右需要更換1次激光瞄準裝置電池。

3.1.3.2 激光測距儀

廣西低山丘陵的地貌特點決定了調查中需要進行坡度改正水平的工作非常多，從樣地周界測量復位到樣木測量復位，涉及距離測量就涉及坡度改正。為了快速獲得2點之間的距離，通常可以采用皮尺測量、激光測距、RTK定點測距等方法。從提高調查效率的角度出發，只要視線能夠通視，調查人員就可以不用拉皮尺走到待測終點，通過激光測距儀自動坡度改正即可直接測得2點之間的水平距。但這種方法也有缺點，測量距離遠或林分郁閉度低的樣地時，因光線強烈較時調查人員很難看清激光點終點的位置，可能導致測距出現較大誤差，此時可以通過其他調查人員攜帶白板或記錄紙站在待測終點輔助測量；激光測距需要測量起點和終點達到通視條件，如不通視則無法測量；激光測距儀分多種型號和廠家，應注意購買具有坡度改正功能和高功率的型號，以免影響作業效率。另外，激光測距儀比較費電，以Leica(徠卡)激光測距儀X3為例，一般使用2d左右就需要更換2節5號電池。

3.1.3.3 RTK

RTK在調查細則中的主要用途是確定中心樁的精確坐標，但理論上可以在4G網絡信號覆蓋良好且林分郁閉度不是很高的情況下，通過RTK實現邊界木判斷、樣方周界測量、跨角林林緣位置測量、樣木定位、小樣方布設等工作，關鍵緊急時刻如有差分信號，也能夠替代手機讓救援人員快速獲取到受困人員的精確位置。RTK的型號和生產廠家也比較多，產品技術更新快，因此建議選購輕量便攜、長續航、定位快速的最新產品。

3.1.3.4 無人機

無人機并不是調查必備的工具，但卻在前期調查特別是現場查找路線時能夠起到重要的引導作用。由于當前衛星地圖的時效性不高，而林區道路等項目建設較快，因此調查人員可能會遇到按照5a前采集的軌跡到達樣地后發現途中或其他方向有可通行的林區道路可用，如果能夠事先了解路線則能縮短到達樣地的時間，節省體力，同時提高調查效率。對于跨角林的林緣測量，較難測定樹高的個別樣地也有一定幫助，可根據需求選用不同類型的無人機[4]。

3.1.4 人員分工安排

由于外業調查車輛為5座越野車或7座面包車，考慮到調查工具需占據一定的空間，因此調查工組一般為5～6人。當確認攜帶工具齊全，通過前期軌跡或GNSS導航找到樣地所在位置后，建議分工如下：熟悉整個調查項目流程和要求的1人始終負責紙質和APP系統數據記錄，負責拍照和項目質量控制；其他人可結合特長靈活分配，一般2人負責配合完成樣地復位和測設，樣地復位的同時另2人負責查找前期鋁制樹牌確定保留木情況；樣地復位完成后，1人負責在中心點架設羅盤儀測定磁方位角和水平距，1人負責每木檢尺，1人負責跟隨每木檢尺人員噴漆新釘或更換鋁制樹牌，1人負責植物小樣方調查；每木檢尺完成后2人開始計算胸徑后測量樹高，另2人開始布設品字型固定標識，其他細節節點工作可靈活分配；記錄員全程負責各環節拍照等紙質和電子數據記錄；調查基本任務完成后清點工具，檢查是否有遺漏項，記錄員運行邏輯檢查是否有明顯錯誤，確認無誤后開啟軌跡回采返回駐地。

3.2 樣地復位和測設

3.2.1 樣地固定標識

通過前期軌跡、前期人員引導、前期坐標、衛星圖、標志物、無人機等研判后，可快速找到樣地所在位置，但樣地標樁、樹牌及其他定位物不一定都保留完好，特別是桉樹等短輪伐速生豐產林在全墾或煉山后除巖石和道路外其他定位物易損毀，但只要找到2個定位物就可使用羅盤儀后方交會法準確確定中心點或角樁位置完成樣地復位。因此，在桉樹等短輪伐用材林內設置品字型固定標識時，建議盡量選用樣地周圍有明顯特征且永久保存的地物作為固定標識，以方便下期人員復位。另外，目前已要求通過RTK采集中心點精確大地坐標，因此后續調查若未找到任何定位物無法復位樣地的情況下，建議按照細則程序上報當地技術指導，不建議直接用前期采集的坐標去復位樣地，因為前期大多采用GPS采集坐標，偏差較大，導致樣地均無法復位。

3.2.2 樣地測設

樣地測設常規通過羅盤儀可完成，但RTK和激光測距儀可以配合羅盤儀使用，大幅提高工作效率。如，樣地角樁都保存完好的情況下，可考慮直接用RTK測量4個角樁點從而計算樣地周界，并可以用線放樣功能確定邊界木并做好外圍邊界木標記，當邊界木或樣木復位出現與上期不一致時，應用羅盤儀調整羅差進行復驗，查看是否為儀器不同造成的誤差。同理，也可以用羅盤儀測定羅差后，通過RTK坐標正算和反算驗證角樁位置能否復位。此方法優點是2點之間無需通視，對于樣地跨坡跨溝的地形來說，能避免羅盤儀多次轉站節省大量時間，且測量精準；缺點是樣地所處區域必須有4G網絡信號覆蓋，RTK處于穩定固定解狀態下才能進行。也可以使用激光測距儀輔助羅盤儀進行樣地復位，優點是穩定可靠，不受網絡信號影響，缺點是2點之間必須通視，工作效率相比RTK較低。對于樣地中心點或4個角點無法復位的樣地以及跨角林等需要對邊界、林緣進行測量的，同樣可以采用上述方法進行。受信號強度等影響，RTK固定解和浮動解在反復切換時，因等待其信號穩定為固定解，延遲較低后方可進行定位、測距、放線等工作，否則有可能產生1m左右的較大誤差。

3.3 樣地每木檢尺和樹高測量

3.3.1 每木檢尺

樣地測設樣地每木檢尺前，在中心點架設好羅盤儀，此時可以觀察羅盤儀的人員和每木檢尺人員各拿1個激光測距儀，雙方可以互測驗證或在一方難以測量另一方的距離時進行返測。羅盤儀測定樣木磁方位角時應從0°開始，順時針方向進行逐株控制檢尺。在2點間通視條件較差而信號良好的情況下，可以考慮利用RTK輔助快速測量，這種方法會比轉移羅盤儀測站或砍除較難處理的刺灌叢更加省時省力。每木檢尺時應選擇1根1.3m的長直木棍或PVC管，便于準確確定胸高位置，每棵樹胸徑測量后，釘樹牌和噴漆人員要及時跟進，在胸徑位置處噴漆或劃線有3個好處，方便驗收時復測胸徑，測樹高時無需再反復測量胸高位置，可以防止樹木重測，如有條件，最好將胸徑也標注在樹干上，便于查缺補漏時核對。同時，天然林由于林木分布隨機性大，進行每木檢尺時還要特別小心漏測。對于馬尾松等樹皮深縱裂且樹皮較容易自然脫落的樹種來說，胸徑測量誤差往往會比較大，測量胸徑的位置和手法應盡可能標準和規范。

測量胸徑處于10cm左右的樹木要特別注意檢尺木類型，也就是進界木和漏測木的區別。在樣地相同樹種或樹種組內找最接近新測木胸徑的2～3株保留木，確定胸徑5a最大生長量，新測木的胸徑減5a最大生長量后得前期估測胸徑，若D前期<5.0cm，應屬進界木，若D前期≥5.0cm，應屬漏測木。

3.3.2 樹高測量

樹高需要先對每木檢尺數據進行分析，這里要特別注意樹高的測定與以往一類調查不同，需要分別對優勢樹種林分平均木徑階組、最小徑階組和最大徑階組樣木各選3株(在徑階組各選2株樹高最高木和1株胸徑最大木)，建議記錄員熟悉APP數據錄入操作，能夠使用外業采集系統自動推算需要測定樹高的樹木。此時應特別注意，對于多種樹種組成的林分，只選取優勢樹種進行樹高測量，所以如果樹種錄入錯誤，容易導致系統自動推算的需測高樹木有誤。測樹高的位置除布魯萊斯測高器需要定距測量外，其他測高工具均建議位于1倍樹高水平距離以上且能夠看清樹冠的位置進行測量，盡量避免下坡測樹。即使在平地測樹，不同位置不同角度測樹高仍可能會導致樹高結果相差1m左右。另外，在有風的情況下測樹高，也有可能因為樹冠左右搖擺而產生較大誤差。因此，應由測樹高人員通過多次測量等方法減少樹高測量誤差，記錄測高位置可以避免驗收時復測數據偏差較大。

測高工具目前普遍使用Haglof Vertex IV超聲波樹木測高測距儀，該儀器優點顯著，操作簡單，測量準確，速度快，省電，可以快速重復多次測量，無需胸徑處達到通視條件，通視樹頂知道接收器大概位置即可測量。缺點是需要將接收器逐一放置在各個待測樹木胸高位置處，因此必須由2人配合才能提高測量效率，而且超聲波測高器易受同頻率的干擾，如2臺超聲波測高器同時測量時接收器不能相距太近，因為超聲波測高器和接收器并非一一配對。如，在桉樹林中超聲波測高器容易受害蟲鳴叫影響測量，導致測量結果明顯有誤，此時可以用布魯萊斯測高器進行測量，也可以測量距離樹木的水平距和樹頂仰角通過測高原理進行計算得到樹高。

4 討論與結論

樣地復位是一類調查的重中之重，是樣地調查數據科學可用的基礎，因此快速準確的對樣地進行復位和測設是提高調查效率的前提。將來所有樣地的坐標都更新為RTK固定解采集的大地坐標后，是否能夠在有條件的區域利用RTK直接精準復位樣地中心樁、角樁甚至樣木位置。其樣地布設的可行性已經在2021年的全國森林火災風險普查外業調查工作中進行了驗證[5]，無論是布設樣地還是灌草小樣方，只要達到了固定解的條件進行放樣，將大幅提高調查作業效率，可以節省調查人員的體力和時間。

在水平距離的測量過程中可選擇的儀器實際非常多，皮尺雖然穩定可靠，但定距測量時坡改平比較麻煩，因此建議考慮用需要通視條件的激光測距儀和不需要通視條件的超聲波測高儀進行輔助甚至替代。

考慮到我國南方氣候的特點，廣西夏季雨熱集中的氣候特點很大程度上增加了調查工作的風險和難度，因此建議林業主管部門應結合當地的氣候條件對調查時限進行調整。

為確保調查工作的質量，調查人員應具備林業基礎知識，按照要求必須參加專業培訓通過考試后方可進行調查工作。每位調查人員均應熟知調查技術細則和質量檢查標準。建議各個調查工組的調查人員定人定崗定責，質量驗收時由原測量人員使用原測量工具進行復測，避免儀器和測量手法不同產生的誤差造成質量問題。

建議更多的林業類高校特別是職業院校能夠參與到類似一線的生產實踐項目中，這樣不僅為林業調查工作儲備了人才，而且學校發展、教師教學、學生就業、社會服務方面也都是互贏共利的[6]。

本文針對廣西氣候、地貌、森林植被等特點，結合實踐經驗，對林草生態綜合監測評價森林樣地調查工作方法進行了梳理總結。希望能夠為即將開展2022年林草生態綜合監測評價森林樣地調查工作的林業工作者們提供一些參考和幫助。