Единицы и погрешности измерений

Тема 2 Лесные измерения

Таксационные инструменты, используемые в лесу

Единицы и погрешности измерений

Основными объектами лесной таксации в зависимости от целей исследований является отдельное дерево или их совокупности, выросшие в лесу. Они могут быть разделенными на отдельные части, либо объединяться по естественным признакам или производственному назначению.

Дерево состоит из корней, ствола и кроны (сучьев и ветвей). Наиболее ценная часть–ствол, на него приходится 2/3 общего объема; на корни и крону по 1/6 общего объема. Но это соотношение неодинаково у разных деревьев–оно зависит от породы, возраста и условий роста.

В зависимости от производственного использования дерево подразделяется на следующие части:

·ствол–деловые сортименты, дрова, отходы (кора деловой части, вершинка);

·крона–дрова, сучья, лапка (мелкие ветки с листьями или хвоей);

·пни и корни–дрова (у некоторых пород сырье для химической переработки).

В общем объеме растущего дерева эти части составляют следую­щую долю (таблица).

Таблица–Количественные соотношения различных частей дерева, %

Древесные породы	Ствол	Ветви	Корни
Береза Лиственница Сосна Дуб	78-90 65-77 77-82 50-75	5—10 10—20 8—10 6—8	5—12 15—30 15—25 12—15

Из приведенных данных видно, что наибольшая часть объема приходится на ствол. По производственному значению дерево де­лится на части: деловую древесину, дровяную и сучья (хворост).

В свою очередь деловая часть состоит из различных промышленных сортиментов, имеющих разнообразное использование в народном хозяйстве: бревна пиловочные и строительные, шпальные кряжи, рудничные стойки, фанерные кряжи, балансы и др.

Выход деловой древесины и отдельных сортиментов принято выражать в процентах от объема стволовой древесины.

Например, для лиственных пород этот процент колеблется от 20 до 55%, а для хвойных пород — от 85 до 90%.

Единицей учета древесины по объему является кубический метр (м³).Различают плотный кубический метр (м³), представляющий собой куб, сплошь заполненный древесиной, и складочный куби­ческий метр (м³), который включает, кроме плотной древесины, также и промежутки, заполненные воздухом.

Для перевода складочных м³ в плотные применяются перевод­ные коэффициенты К. Для дров, например, принимается средний коэффициент 0,7, т. е. в одном складочном м³ принимается в сред­нем плотной древесины 0,7 м³; пустоты занимают 0,3 м³.

Для перевода складочных м^ь в плотные необходимо количество их ум­ножить на переводный коэффициент К и, наоборот, для перечисле­ния плотных м³ в складочные нужно количество плотных м³ разделить на коэффициент К. Для дров один плотный м³ в среднем составляет = 1,43 складочного м³.

Запасы древесины на корню, а также деловая древесина учи­тываются в плотных м³, а дрова, хворост, пни, корни и некоторые мелкие деловые сортименты — в складочных м³ с последующим перечислением их в плотные. В отдельных случаях особо ценная древесина (самшит, ореховые наплывы и т. п.) учитывается в единицах массы — килограммах, тоннах. Экспортные лесоматериалы учитываются обычно в единицах стран-импортеров.

Учет древесины в объемных единицах требует предварительных измерений длины и толщины древесного ствола и его частей, а так­же отдельных сортиментов.

Главнейшие элементы измерений: ди­аметр, длина и высота деревьев. Единицей измерения длины яв­ляется погонный метр, дециметр, сантиметр и в отдельных слу­чаях — миллиметр. Толщина, или диаметры, измеряются в см и мм. Площади поперечного сечения древесного ствола, его частей и отдельных сортиментов учитываются в м², дм^г, см^г.

В результате измерений лесных объектов могут возникать следующие ошибки:

· Грубые – в результате небрежности измерений или переутомления. Заметны своей нелепостью. Исправить их можно, лишь повторив замер;

· При невозможности повторного замера – отбрасываются во время обработки результатов.

· Систематические – в результате неисправности инструментов, неверных таблиц, индивидуальных особенностей; всегда с одним знаком. При увеличении количества измерений они накапливаются. Эти ошибки исключают, вычисляя их и прибавляя к каждому измерению с обратным знаком.

· Случайные или среднеквадратические–неизбежные и неустранимые;

Их можно учесть лишь в среднем. Причины различные. В процессе измерений имеют одновременно разные знаки(±). Их основные особенности:

·большие ошибки встречаются реже, чем малые;

·чем больше измерений, тем больше соответствуют положительные ошибки отрицательным по количеству и абсолютной величине;

·при увеличении количества измерений алгебраическая сумма всех ошибок стремится к нулю.

Для проведения необходимых измерений используются спе­циальные лесотаксационные инструменты. Для измерения диамет­ров применяются: мерные вилки разных систем, мерные скобы, дендрометры. Длины измеряются с помощью мерной стальной лен­ты, складочного метра, рулетки, мерных шестов и т. д.

Для измерения высот стоящих деревьев применяются высото­меры различных систем.

В лесной таксации числовые интервалы, наносимые на шкалы приборов, предназначенных для измерения толщины деревьев, называют ступенями толщины.

Они могут быть 1; 2; 4 и 5 см. В лесохозяйственной практике Беларуси приняты сту­пени толщины 4 см. В Западной Европе довольно часто приме­няют ступени толщины 5 см.

Для измерения длины сваленных деревьев и заготовленных из них лесоматериалов применяют мерные шесты и мерные ленты.

Мерные шесты обычно изготовляют из сухих тонких прямых стволиков. Для работы более удобны шесты длиной 3 м. На шесты наносят деления через каждые 10 см, отмечая метры и полуметры более заметными знаками.

Мерные ленты, или рулетки служат для измерения размеров поленниц (длины, ширины, высоты), в кото­рые укладываются лесные материалы. Деления рулеток наносятся в метрах и сантиметрах. Стальная основа измерительных лент для ра­боты в лесу неудобна, так как нанесенные на них цифры плохо заметны. Кроме того, стальные ленты хрупки и часто ломаются. Ныне получают распространение гибкие ленты с полимерным (антикоррозийным) покрытием.

Толщину (диаметр) растущих или сваленных деревьев изме­ряют лесной мерной вилкой; ею также можно измерять вы­соту растущих деревьев. Лесная мерная вилка - ос­новной инструмент, применяемый при таксационных работах.

За длительный период развития таксационной техники скон­струирован ряд мерных вилок. Все их разнообразие можно свести к трем типам.

Вилки первого типа состоят из мерной линейки с нанесенной на нее шкалой и двух параллельных брусков. Один из них не­подвижно под прямым углом соединен с концом линейки. Вто­рой брусок перемещается по линейке соответственно величине измеряемого диаметра ствола.

Вилку второго типа образуют закрепленные на линейке два бруска, являющиеся гранями угла величиной 120°. При этой конструкции вилок диаметр ствола определяется путем изме­рения хорд круга.

Вилки третьего типа состоят из стержня, двух закрепленных на нем брусков, образующих острый угол, и подвижного штока, входящего внутрь стержня. По длине отрезка штока от боковой поверхности ствола до стержня вилки определяют диаметр ствола. В вилке этой конструкции возможна замена штока мер­ной нитью, огибающей часть окружности ствола, входящую в ра­створ вилки.

У стволов, имеющих гладкую кору и поперечное сечение, близкое по форме к кругу, диаметры измеряются с одинаковой точностью мерными вилками всех трех типов.

В последнее время стремятся к созданию автоматических мерных вилок. Они облегчают сам обмер деревьев в лесу и по­зволяют автоматизировать обработку результатов перечета на электронно-вычислительных машинах.

Мерной скобой или складным метром измеряют толщину бревен и кряжей (обычно в верхнем отрезе).

Мерная скоба представляет собой брусок длиной до 80 см с нанесенными с двух противоположных сторон сантиметровыми и полусантиметровыми делениями. На одном конце мерной скобы грани округляют и придают им форму ручки. Второй ко­нец оковывают железом, имеющим выступ. Отсчет сантиметровых делений на линейке мерной скобы ведется в направлении от железного выступа к ручке.

Высоту дерева измеряют с помощью приборов - высотомеров. За более чем 200-летний период развития таксационной техники появилось множество конструкций высотомеров, основанных на геометри­ческих и тригонометрических принципах измерений.

Все многообразие их конструкций укладывается в две группы:

а) высотомеры, требующие измерения базы (расстояния от дерева до наблюдателя);

б) высотомеры, не требующие этого измерения.

Наиболее производительными считаются высотомеры второй группы.

Проф. Багинский В. Ф. рекомендует классифицировать высотомеры следующим образом:

· Высотомеры, основанные на принципе подобия треугольников (высотомеры: Фаустмана, Вейзе, Христена, маятниковый высотомер, измерение вы­сот мерной вилкой);

· Высотомеры, базирующиеся на тригонометрических построениях (высо­томер Блюме–Лейсса, американский высотомер Хага, эклиметр);

· Высотомеры, основанные на оптическом прицеле.

Измерение высот мерной вилкой. Высоту деревьев опреде­ляют также с помощью мерной вилки. Для этого на ее подвижную ножку наносят деления, а на неподвижную при­вязывают шнур отвеса. Место прикрепления шнура отвеса должно совпадать с нулевым делением на подвижной ножке, когда она вплотную придвинута к неподвижной.

При визировании по неподвижной ножке на вершину дерева получим два прямоугольных треугольника: АВС и αbc. У этих треугольников две сто­роны взаимно перпендикулярны, следовательно, они подобны.

Для измерения высоты дерева, расположенного в равнинной местности, сначала, как и при пользовании высотомером, измеряют расстояние в мет­рах от основания дерева до наблюдателя, т. е. находят длину линии АС и соответственно ей устанавливают длину линии bс. Для этого подвижную ножку мерной вилки отодвигают от неподвижной на число сантиметров, равное числу метров от дерева до наблюдателя. При таком положении от­ношение АС и αс будет равно 100. После этого визируют по неподвижной ножке на вершину дерева. Цифра, стоящая против деления на подвижной ножке, которое пересекает шнур отвеса, определяет длину линии bс в санти­метрах. Отношение длины линии СВ (высоты дерева, уменьшенной на вели­чину равную росту человека) к линии bс согласно предыдущему равно 100. Следовательно, высота дерева, уменьшенная на величину равную росту че­ловека, составляет такое число метров, сколько сантиметров содержится в линии bс. Рост человека округленно примем равным 1,5 м. Прибавив эту величину к отсчету по шнуру на мерной вилке, получим искомую высоту дерева.

Мерной вилкой высоту можно измерить с точностью до ±0,5 м.

Для определения сумм площадей поперечных сечений таксируемых древостоев австрийский ученый Вальтер Биттерлих предложил весьма простой прибор, который он назвал Winkel-zahlprobe или полнотомером, угловой шаблон. Он состоит из деревянного бруска длиной b, чаще всего равной 1 м. На одном из концов этого бруска привинчена металлическая при­цельная рамка с вырезом α, являющимся предметным диоп­тром. При длине бруска 1 м ширина выреза на прицельной рамке будет 2 см. Отношение выреза к длине бруска составляет α : b = 2 : 100 = 1 : 50.

Способ определения суммы площадей поперечных сечений с помощью прибора Биттерлиха заключается в следующем. Подняв брусок на уровень глаза, ставят его в горизонтальное поло­жение и, прижав торцовой частью к щеке, визируют пооче­редно на ближайшие деревья по продольной грани бруска через металлическую прицельную рамку (предметный диоптр). Ствол каждого из ближайших деревьев заключают в прицельную рамку. Медленно поворачиваясь на месте, подсчитывают те де­ревья, стволы которых полностью закрывают просвет прицела. Деревья, лишь касающиеся линий прицельного угла, считают по два за одно.

Работа в лесу с различными оптическими приборами затруднена из-за недостатка света и трудности визирования через шкалы на деревья, маскируемые подростом, подлеском и другими препятствиями.

Учитывая эти недостатки приборов В. Биттерлиха Н.П. Анучин создал новый таксаци­онный прибор, исключающий недостатки, присущие приборам В. Биттерлиха, но в то же время опирающийся на его идею за­кладки угловых проб.

Оптический таксационный прицел. В угловом шаблоне В. Биттерлиха (die Winkelzahlprobe) отношение ви­зирной рамки к длине бруска равно 2/100 = 1/50. Если дерево своей толщи­ной точно закрывает визирную рамку, то в этом случае отношение диаметра дерева d к радиусу круговой пробы R, в которой оно находится, также рав­няется d/R==1/50.

Заменяя прибор В. Биттерлиха клиновидной призмой, последнюю надо изготовить с таким углом преломления, при котором бы она давала угол отклонения δ, равный отношению d/R, или 1/50.

Стеклянная призма, изготовленная с таким углом преломления, заменяет прибор В. Биттерлиха.

Для придания ей соответствующей прочности вершина угла должна быть срезана с таким расчетом, чтобы в тонком конце призма имела толщину не менее 1,5—2,2 мм. При пользовании призмой деревья одновременно рассматриваются через призму и поверх ее, при этом часть дерева будет сдвигаться в сторону. Таким образом, рассматриваемая часть дерева в горизонталь­ном направлении будет иметь большее протяжение, чем по вертикали. Поэтому длина призмы должна быть в несколько раз больше ее ширины. Клиновидной призмой таксацию леса производим путем прицеливания. При этом прицеливание является самой характерной чертой в рабочем процессе, осуществляемом с помощью рассматриваемого прибора.

В целях удобства пользования таксационный прицел снаб­жен ручкой. По внешнему виду он напоминает перочинный нож, у которого металлическое лезвие заменено прозрачной клиновидной призмой.

Таксационный прицел в развернутом виде ставится на уро­вень глаза с таким расчетом, чтобы линия визирования, идущая от глаза к рассматриваемому дереву, была перпендикулярна бо­ковой стороне (пласти) клиновидной призмы. Эта линия должна быть направлена на ствол дерева в точку, находящуюся от земли на высоте, примерно равной 1,3 м Призму можно держать на любом расстоянии от глаза. В этом заключается одно из основных преимуществ таксацион­ного прицела по сравнению с угловым шаблоном В. Биттерлиха.

При рассматривании дерева через призму и поверх нее могут обнаружиться три случая. В одном из них рассмат­риваемая часть ствола оказывается сдвинутой частично, т. е. не на всю ее толщину. В этом случае дерево подлежит учету. Во втором случае сдвигаемая часть ствола оказывается за пре­делами его контура, при этом она оторвана от дерева и как бы висит в воздухе. Этот случай свидетельствует о том, что рас­сматриваемое дерево находится за пределами закладываемой круговой пробы и оно не подлежит включению в число учиты­ваемых деревьев.

При величине сдвига, точно равной толщине ствола, мы имеем случай, когда толщина дерева точно вписывается в кри­тический угол. Следовательно, площадь сечения дерева состав­ляет 1/10000 от площади закладываемой круговой пробы. Такое дерево подлежит включению в число учитываемых деревьев. Од­нако границу, когда дерево своей толщиной заполняет весь кри­тический угол и когда часть его остается незаполненной, на глаз уловить трудно. Имея в виду это предельное положение де­ревьев, в таких случаях правильнее считать два учитываемых дерева за одно.

Для применения на практике таксационный прицел (призма) оказался удобнее прибора В. Биттерлиха, поэтому призма находит более широкое применение при таксации леса.

Для установления интенсивности роста дерева в толщину измеряют ширину годичных слоев древесины. Для этого из ствола растущего дерева высверливают кусочки древесины в виде цилиндриков. Прибор для их высверливания, назы­ваемый приростным буравом Пресслера, представляет со­бой пустотелую трубку, имею­щую с одного конца винтовую нарезку. Другой конец трубки, четы­рехгранной формы, вставлен в поперечное отверстие второй трубки, которая служит руч­кой бурава и в то же время его футляром. При ввинчива­нии приростного бурава в ствол дерева в полость трубки входит цилиндрик древесины.

Сечение полости трубки коническое, обращено расширен­ным концом к рукоятке бурава. Благодаря такому сечению, на­ходящийся в трубке цилиндрик древесины при вывинчивании бурава удерживается в ней. Чтобы оторвать цилиндрик древе­сины от ствола, между ним и стенками бурава вставляют узкую стальную пластинку с мелкими зубчиками. После того как бу­рав вывинчен из ствола, при помощи пластинки извлекают из полости трубки цилиндрик древесины. На обратной стороне пластинки обычно нанесены деления, которые служат для из­мерения ширины годичных слоев. Чаще всего на цилиндрике древесины отсчитывают десять годичных слоев и по делениям на пластинке определяют их общую ширину.

Для взятия глубоких проб применяют возрастной бурав, которым можно извлекать цилиндрики длиной до 20 см. С помощью этого бурава определяют по го­дичным слоям возраст дерева.

При таксации отдельного дерева или их совокупностей используются следующие таксационные показатели, которым присваиваются следующие обозначения:

•длина или высота–L,l; H,h;

•возраст дерева–A, a;

•толщина ствола, его диаметр на высоте груди(1,3м от шейки корня)–d1,3 или d в.г–таксационный диаметр;

•площадь поперечного сечения ствола–g, на высоте груди–g1,3;

•объем ствола–V;

•объем коры–Vк;

•показатели формы ствола (сбег, коэффициенты и классы формы)–q;

•полнодревесность ствола (видовое число)–f;

•выход из ствола деловых сортиментов, дров, отходов (товарная структура);

•прирост ствола дерева–Z, z.