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1、/角规测树基本原理（重点：同心圆原理）及应用提要在介绍角规测定林分每公顷胸高断面积原理的基础上，还介绍了利用角规控制检尺测定林分每公顷株数、每公顷蓄积量及其生长量的原理和方法，最后简要地介绍了其他的角规测树方法。角规(angle gauge)是以一定视角构成的林分测定工具。应用时，按照既定视角在林分中有选择地计测为数不多的林木就可以高效率地测定出有关林分调查因子。奥地利林学家毕特利希(Bitterlich W，1947)首先创立了用角规测定林分单位面积胸高断面积的理论和方法，突破了100多年来在一定面积(标准地或样地)上进行每木检尺的传统方法，大大提高了工效。在测树学理论和方法上的这一重要新发
2、现引起了全世界测树学家们的广泛重视和极大兴趣。50多年来，经过世界各国的广泛应用和进一步研究，角规测树的原理、方法和仪器、工具不断地有所发展和完善，现在已形成了角规测树的一套独立系统，并得到广泛应用。我国自1957年开始引入这一方法，并逐步得到推广和普遍采用，已设计制造了一些具有良好使用性能的角规测器。 “角规测树”是我国对这类方法的通用名称。最初曾把角规叫做疏密度测定器。国际上较为常用的名称有：角计数调查(anglecount cruising)法、角计数样地(angle count plot)法、无样地抽样(plotless sampling)、可变样地(Variable plot)法、点
3、抽样(point sampling)、线抽样(1ine sampling)等。这些名称是以不同角度反映角规测树的某一特征，通过下面有关内容的介绍就可以理解这些名称的具体含义。角规测树理论严谨，方法简便易行，只要严格按照技术要求操作，便能取得满意的调查结果。因此，角规测树是一种高效、准确的测定技术。一、 基本原理角规是为测定林分单位面积胸高总断面积而设计的，因此，林分胸高总断面积(简称断面积)是角规测树最早，也是迄今最主要的测定因子，应用也最广泛。其它角规测定因子都是由它衍生而来。角规测定林分每公顷胸高总断面积原理是整个角规测树理论体系的基础，所以，必须对其基本原理有透彻的理解。1、同心圆简单原
4、理常规圆形样地(或标准地)的面积和半径是固定的，因而在一个样地内包含了直径大小不同的树木。如果使样圆半径R的大小不固定，而R依树干直径d的大小而变，且令比值为一固定值，例如，若令 ，则树干横断面积与样圆面积之比将有如下固定比例关系： (1)这就是说，当固定为时，将恒等于。当样圆面积扩大为10000m2(即lhm2)时，样圆内每一株直径为d的树干横断面积则相应扩大为lm2。设立这种样圆要使样圆半径(R)恒等于树干直径(d)的一定倍数，上例是R=50d。这样，在同一个样点上，要为直径大小不同的树木设立相应半径大小不同的同心样圆。例如，若按上述的比例关系设立样圆，则当树干胸径d为10cm时，相应的样
5、圆半径R为5m，凡树干中心离样点的水平距离在5m以内的胸径d为10cm的树干，因位于样圆内，每有一株树就相当于每公顷有lm2的胸高断面积，有两株树就相当于每公顷有2m2的胸高断面积(在R=5m的样圆内，d=10cm的树干计数，而d10cm的树干则不计数，即该样圆只对d=10cm的树干起作用)。水平距大于5m的树干，因位于样圆之外，就不计数。水平距刚好等于5m的，可计数为O.5株，相当于每公顷有O.5m2胸高断面积。同理，胸径d为20cm的树干，其相应样圆半径R应为10m，凡树干中心距离样点的水平距在10m以内的d=20cm的树干计数，10m以外的不计数，刚好为10m的计数为O.5株。余依此类推
6、。在实践中，d和R可以实际测量确定，也可以用角规测器定。最简便的角规测器是在一根长度为L的直尺一端安装一个有缺口的金属片，缺口的宽度为，要根据预定要求设计为某一特定值，如按上例，应使。若尺长L为50cm，缺口宽应为lcm，尺长若为100cm，缺口宽度应为2cm，等等。这样，当以样点为圆心从尺的一端通过另一端缺口观测树干时，由于，因而，凡位于样圆内的树干，其直径必与通过缺口的视线相割，位于样圆外的相余，刚好位于样圆边界上的相切(此树称作边界树)，如图1、图2中所示。 图1 角规测样圆 图2 角规测树的同心样圆因此，观测时只要使角规测器的一端位于样点上，绕测一周，计数出胸高直径与通过缺口视线相割(
7、或相切)的树木株数，就是每公顷胸高断面积平方米(m2)数(与视线相切的计数0.5株)。应注意，上述结果是在的条件下。绕测一周计数的与视线相割(或相切)的树木直径大小是不同的，这意味着已为不同大小直径的树木分别设立了半径大小不同的同心样圆(严格地说，若林地上有N株直径大小不同的树木，则有N个不同大小的同心圆)，因此，这种角规测定林分每公顷胸高断面积的原理叫做同心圆原理，这种面积依树干胸径大小而变的样圆可称作可变样地(variable plot)。上面是指的特定情况，此处，每株相割的树干换算成每公顷断面积(G)是lm2。当设Z为相割(或相切)树干的株数时，则G=Z。如果，情况就会改变。一般而言，可
8、令则 (2) (3) 这样，每株相割的树干直径就相当于每公顷有Fgm2的断面积，若相割(或相切)树干为Z株时，则每公顷断面积为： (4) 称为断面积系数(basal areafator，缩写为BAF)亦称角规常数。常用的为O.5，1，2，4，其相应的值为或。 例如，使用 lcm、L=50cm的杆式角规进行观测( 1)，如绕测计数Z=12.5株，则由(4)式计算出林分每公顷断面积为G1X12.512.5（m2/hm2） (4)式是利用一个角规点的观测结果计算林分每公顷断面积公式，若在林分中设置了n个角规点进行观测时，其计算林分每公顷断面积公式应改为： (5) 式中为第i个角规点上计数的树木株数。
9、2、扩大圆原理格罗森堡(Grosenbaugh LR1952)以概率论为基础，从抽样角度进一步阐明了角规样地的基本特点：一个林分中的林木可将其横断面积大小按比例绘成圆面积图，如把方格网纸覆盖在此图上，按方格网点求面积的原理，数出落在树干断面积里的点数，即将求出断面积的估计值。如格网点间距离按比例相当于lm时，则对于lhm2的林地，落于树干断面积内的点数n就是每公顷断面积的估计值。由于树干横断面积总和与林地面积相比，数值相对很小，用这种方法估计树干总断面积将需要充分多的点，因此，可把树干断面积乘以一定常数，扩大成一定倍数，围绕树干中心点绘出较大的扩大圆以表示树干横断面积，令此扩大圆的半径与特定断
10、面积系数的极限距离相对应。此时，样点落入扩大圆的概率就与树干断面积的大小成比例。扩大圆的半径(R)与树干直径(d)之比等于角规杆长(L)与角规缺口()之比。如样点(即样圆中心)落入树木的扩大圆(该扩大圆以树木为中心)之中，该树即属于被计数木。例如图4(A)中的19号树的横断面被扩大绘成图4(B)，样点落入第1、2、3、6、8号树的扩大圆内，因此这5株树应计数。而第4、5、7、9号这4株树的扩大圆都未覆盖样点(即样点未落入这4株树的扩大圆内)，因此，不应计数。但是在实际测定时仍是以样点为中心，用角规绕测，借以判断样点是否落入树木的扩大圆之内，即与角规视角相割的树木计数、相余不计数、相切计数0.5
11、。由此也可以看出，实际操作和计数树木的方法与按同心圆原理的方法完全相同，只是推理证明方法不同而已。图4点抽样基本原理A采用角顶位于样点上的固定临界角来选定各单株样木B想象的树木圆，其面积是相应树木断面积的倍数，其半径是水平极限距离这种推理方法可以进一步从概率论的观点证明角规样地与常规固定面积样地的本质区别。为了比较，图5(A)表示在同一个样点上，以样点为中心设立半径和面积大小固定的常规圆形样地，除第3、4、6号3株树外，其余树木全都在样地内。如果令每株树的扩大圆面积相等(不依树木断面积大小而变)，由图5(B)中可以看出，同样除第3、4、6号树外， 图5作为水平点抽样特例的圆形样地A圆形样地B想
12、象的与样地大小相对应的树木圆。其余树木的扩大圆都覆盖了样点。所得结果与常规固定面积样地相同。由此可以看出，固定面积样地可看成是等概率的抽样，而角规样地则是不等概率抽样，即每株树被抽中的概率与其横断面积大小成比例。根据扩大圆原理，推导出角规测定林分单位面积上的林木断面积公式为： 这与采用同心圆原理及三角函数原理的公式相同。简要证明如下：设林地面积为Thm2，且有N株树木，第j株树木的胸径为dj(cm)，其断面积为gi(m2)，将其扩大10000K倍形成的该树木的扩大圆的面积为Aj。令Aj=Kgj(hm2)N株树木则有N个大小不等的扩大圆，如林地被N个扩大圆平均覆盖了次，则扩大圆总面积与林地面积T
13、的关系为： 即 所以 因为 所以 由于 则 (8) 对(8)式可作如下解释：若林地上第i个点(如i为角规点)被覆盖Zi次时，则 同理，利用林地内n个点(即n个角规点)，被覆盖次数Zi，推算林分每公顷断面积时，则 (5)、(7)、(8)3个公式是分别由同心圆、三角函数原理及扩大圆原理推得的角规测定林分单位面积断面积计算公式，但3个公式的形式是完全相同的。二、 常用角规测器1、不带自动改正坡度功能的角规测器（1）简易杆式角规这是结构最简单的初始角规测器，在长度为L的直杆或直尺的一端安装一个缺口宽度为的金属片或硬纸(木、塑料)片，即可构成一个简易杆式角规测器，的比值按所采用的断面积系数()而定，称作
14、角规比例。根据公式，当选用时， ，即杆长为50cm，缺口宽度为lcm；如选用4时，则，如杆长为50cm时，缺口宽度应为2cm，如此类推。（2）棱镜角规棱镜角规又称光楔角规，它是顶角A相当小的一种三棱镜片，如图6所示。光线通过镜片发生偏折形成偏向角，当通过镜片观测物体时，镜片内的物体虚象向顶角的一方产生位移，位移程度取决于偏向角的大小与物体距镜片的距离。以偏向角作为角规的视角，根据玻璃的折射率可按(9)式制作棱镜角规。 (9)不同断面积系数的视角又可按(6)式求出，几种常用的相应值如表1所示。表1不同断面积系数相对应的视角值0.5124004837.1100845.4103714.2201731.1使用棱镜角规时，横持镜片的厚端，以镜片上端与树干胸高处平齐，透过镜片观测树干，可 图6棱镜角规与物象位移 图7棱镜角规计数示意图见镜片中的树干影象向树干的一边朝镜片顶角方向产生一定位移，如图7所示。当使用棱镜角规测定林分每公顷断面积时，镜片中的树干影象与镜片上缘外的实际树干之间的位置关系可能出现3种情况：(1)相互重叠一部分(即相割)。(2)二者边缘恰好相接(即相切)。(3)相互分离开(即相余)。对这3种情况应依次分别计数为1株、O.5株及不计数。（3）坡度改正
