способ определения запаса древостоя

Формула изобретения

Способ определения запаса древостоя, включающий измерение высоты и диаметров деревьев на высоте груди, вычисление запаса древостоя, отличающийся тем, что осуществляют сплошной перечет деревьев по диаметру на высоте груди и высоте на пробной площади древостоя, полученные данные группируют на отдельные размерные градации по диаметру на высоте груди и определяют по размерным градациям запас стволовой древесины в коре и без коры по формулам

,

,

где

V_cmi - объем стволовой древесины деревьев без коры в каждой i-й размерной градации, м³;

d_1,3 - диаметр ствола без коры на высоте груди, м;

H - высота ствола, м;

N _i - количество деревьев одной градации в однородном выделе древостоя по диаметру;

a₀, a₁, a₂, a₃, a₄ - коэффициенты уравнения образующей данной породы;

l - расстояние от комля ствола до любого сечения, м;

V - общий объем стволовой древесины в выделе, м³.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике лесной таксации и может быть использовано в лесном хозяйстве, лесной промышленности и лесоустройстве. Существующий уровень техники определения запаса древостоя характеризуется погрешностями ±15%.

Известен способ определения запаса древостоя с помощью нормальных таблиц хода роста лесонасаждений, в котором путем использования этих таблиц по бонитетам измеряется полнота древостоев и определяются видовые высоты деревьев (Загреев В.В. Географические закономерности роста и продуктивности древостоев. - М.: Лесная промышленность, 1978. - С.71-90).

Недостатком аналога является то, что нормативные таблицы хода роста древостоев являются усредненными и не учитывают особенности формообразования древесных стволов и запасов отдельных выделов древостоев. Полнота древостоев определяется с погрешностями ±15%. Видовые высоты древостоя также определяются с существенной погрешностью. В целом погрешности этого аналога не ниже ±15%.

В качестве прототипа выбран способ определения запаса древостоя, в котором путем определения видовых чисел, плотности древостоя по диаметру, с измерением высоты, с измерением среднего расстояния между деревьями, с определением среднего диаметра древостоя, с вычислением по модельным деревьям нового видового числа, с измерением высоты точки касания прямой, проведенной из вершины ствола дерева к формообразующей кривой, с определением запаса по предложенным формулам запаса древостоя (Патент РФ № 2050115, A01G 23/00, опубл. 20.12.1995).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе имеются значительные погрешности в определении видовых чисел и плотности древостоя по диаметру. Имеются сложности определения среднего расстояния между деревьями и здесь возникают дополнительные сложности и погрешности с измерением и определением высоты точки касания прямой, проведенной из вершины ствола дерева к формообразующей кривой.

Изобретение решает задачу повышения точности определения запаса древостоя с достижением технического результата - упрощение способа и снижение погрешности измерений.

Для этого в способе определения запаса древостоя, включающем измерение высоты и диаметров деревьев на высоте груди, вычисление запаса древостоя, согласно изобретению, осуществляют сплошной перечет деревьев по диаметру на высоте груди и высоте на пробной площади древостоя, полученные данные группируют на отдельные размерные градации по диаметру на высоте груди и определяют по размерным градациям запас стволовой древесины в коре и без коры по формулам

,

,

где V_cmi - объем стволовой древесины деревьев без коры в каждой i-ой размерной градации, м³;

d_1,3 - диаметр ствола без коры на высоте груди, м;

H - высота ствола, м;

N_i - количество деревьев одной градации в однородном выделе древостоя по диаметру;

a ₀, a₁, a₂, a₃, a₄ - коэффициенты уравнения образующей данной породы;

l - расстояние от комля ствола до любого сечения, м;

V - общий объем стволовой древесины в выделе, м³.

Таким образом, устраняется совокупность действий прототипа, вызывающих погрешности определения запаса древостоя, и используется меньшее количество новых действий, которые обеспечивают более высокую точность определения запаса древостоя.

Способ осуществляют следующим образом.

В однородном выделе по породному составу и полноте закладывается пробная площадь, на которой делается сплошной перечет деревьев с измерением диаметров и высот с определением количества деревьев в каждой размерной градации по диаметру на высоте груди в коре. По предложенным формулам, полученным с использованием точных уравнений образующей формы древесных стволов и данных перечета деревьев на пробной площади, вычисляется запас стволовой древесины древостоя в коре и без коры, что и обеспечивает высокую точность способа.

В основе вычислений способа определения запаса стволовой древесины в древостоях по данному изобретению используется наиболее точное уравнение образующей стволов, представленное в виде функции 2x/d _0.5 в относительных величинах (Петровский B.C. Автоматическая оптимизация раскроя древесины стволов. - М.: Лесная пром-сть, 1970. - 1983 с.):

где 2x - текущий диаметр ствола на расстоянии l от комля, м; d₀₅ - диаметр ствола на средине высоты, м; H - высота ствола, м; - некоторая непрерывная функция для стволов данной породы, которая наиболее точно аппроксимируется алгебраическим полиномом 4-й степени, отражающим реальное S-образное формообразование боковой образующей древесного ствола.

где l - расстояние от комлевого сечения ствола до любого по длине ствола текущего диаметра 2x, м; a ₄, a₃, a₂, a₁, a₀ - постоянные коэффициенты уравнений образующей для нескольких пород, представленные в табл.1.

Таблица 1
Коэффициенты уравнений образующей древесного ствола
Порода	a0	a1	a2	a3	a4
Дуб	1,5	-2,38	6,3	-9,19	4,38
Береза	1,78	-3,69	9,59	-13,19	5,53
Сосна	1,62	-2,79	6,49	-8,13	2,9
Ель	1,59	-2,62	6,45	-10,13	4,25
Лиственница	1,55	-2,55	5,46	-6,14	2,35
Кедр	1,65	-3,41	7,51	-7,73	2,47
Пихта	1,4	-1,42	2,52	-3,1	1,1

Известно, что при таксации древостоев диаметры на средине высоты d05 весьма сложно непосредственно измерять. Используя уравнение образующей (2), можно перейти от d₀₅ к доступному для измерений технологическому диаметру на высоте груди D_1.3 и получить уравнение связи параметров d _0.5, D_1.3, H:

Подставляя выражение (3) в уравнение образующей (2), получим уравнение образующей ствола с входными доступными для контроля технологическими параметрами D_1.3 и H:

Диаметр ствола на высоте груди измеряется в коре, а определение объема стволовой древесины необходимо проводить без коры. Натурная проверка и исследования многих авторов показывают, что между D_1.3 в коре и d_1.3 без коры существует линейная связь (Анучин Н.П. Сортиментные и товарные таблицы. - М.: Лесная пром-сть, 1981. - 536 с.):

где D_1.3, d_1.3 - диаметр ствола на высоте груди соответственно в коре и без коры; - постоянный коэффициент толщины коры для каждой породы.

Коэффициенты для наиболее распространенных пород деревьев определены сопоставлением объемов стволов без коры и в коре (табл.2).

Таблица 2
Коэффициенты на кору
Береза	Дуб	Ель	Кедр	Лиственница	Пихта	Сосна
0,867	0,820	0,893	0,876	0,768	0,887	0,887

С учетом (3) уравнение образующей стволов (2) без коры будет иметь вид:

здесь 2x - текущий диаметр ствола без коры, м.

Уравнение образующей (6) является функцией породы и аргументов D_1.3 и H, которые будут известны в результате таксации пробных площадей в отдельных однородных выделах при отводе древостоев лесфонда в рубку. Кроме того, в однородном выделе определяется количество деревьев всех градаций по диаметру , n - количество градаций деревьев по диаметру в выделе древостоя.

При использовании способа определения запаса стволовой древесины в древостоях используются показатели информационного обеспечения.

При таксации древостоев необходимо учитывать следующие входные данные: диаметр на высоте груди в коре D_1.3 и без коры d_1.3, высота (длина) дерева H, количество деревьев N_i в каждой отдельной i-й градации деревьев по диаметру однородного по породному составу и полноте выдела древостоя.

Этих данных достаточно, чтобы определить объем стволовой древесины стоячего дерева без коры в каждой i-й размерной градации V_cmi, применяя уравнение образующей (6).

Так как

и

,

то объем ствола V_cmi стоячего дерева без коры в каждой i-й размерной градации с учетом формулы (6) будет равен

При валке дерева в лесу остается пень высотой примерно 30 см, исключается его объем, а также учитывается количество деревьев N_i одной градации по диаметру, поэтому объем стволовой древесины без коры в каждой i-й размерной градации V_cmi будет равен:

Для определения всего запаса стволовой древесины без коры в однородном выделе древостоя находится сумма объемов V по всему количеству стволов всех размерных градаций :

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что по сравнению с прототипом устраняются действия, имеющие значительные погрешности определения: видовых чисел и плотности древостоев по диаметру, среднего расстояния между деревьями, высоты точки касания прямой, проведенной из вершины ствола дерева к формообразующей кривой. Эти действия прототипа заменяются действиями по точному перечету деревьев на пробной площади в однородном выделе древостоя с вычислением запаса древостоя, по размерным градациям деревьев с использованием формул, основанных на использовании наиболее точного уравнения образующей формы древесных стволов.

Разработанный способ определения запаса древостоя соответствует современным технологиям электронных лесоизмерительных инструментов сплошного перечета деревьев на пробных площадях древостоев и вычислительных средств численного решения задач определения запаса. Полученные формулы являются математическим и информационным обеспечением программ ЭВМ определения запасов стволовой древесины древостоя в коре и без коры.