関東森林研究速 報70-1(2019)

ＴＬＳを用いた林分構造の計測：間伐履歴の異なるヒノキ人工林での事例
西園朋広 1・細田和男 1・高橋正義 1・齋藤英樹 1・北原文章 2・小谷英司 3１ 森林総合研究所
２ 森林総合研究所四国支所
３ 森林総合研究所東北支所
要旨：67 年生ヒノキ人工林において，地上型レーザースキャナー（ＴＬＳ）による林分構造計測の精確さを調べた。
計測には森林３次元計測システムＯＷＬ（アドイン研究所）を用いた。全般的に、ＴＬＳによって本数・胸高直径は良好に推定されたが，樹高・材積は過小に推定された。サイズ別にみると，樹高・材積は小サイズで過大，大サイズで過小に推定された。間伐区と無間伐区を比較すると，無間伐区の樹高計測で，大きな誤差を伴って過小に推定された個体が多数みられた。間伐履歴の違いが樹高計測の誤差分布に差異を生じさせたと考えられる。
キーワード：地上型レーザースキャナー，ＴＬＳ，ヒノキ人工林，間伐履歴，林分構造

Measuring stand structure using TLS on thinning experiment site in Chamaecyparis obtusa plantation
Tomohiro NISHIZONO1, Kazuo HOSODA1, Masayoshi TAKAHASHI1, Hideki SAITO1, Fumiaki KITAHARA2, Eiji KODANI3
1 Forestry and Forest Products Research Institute2 Shikoku Research Center, Forestry and Forest Products Research Institute3 Tohoku Research Center, Forestry and Forest Products Research Institute

Ⅰ はじめにに，試験区が設定され，以後 2012 年までに９回の毎木調

近年，効率的な森林調査のため，地上型レーザースキ査が実施されてきた。間伐区では，林齢 35 年と 51 年時

ャナー（terrestrial laser scanner：以下，ＴＬＳと記す）をに下層間伐（本数間伐率 23.5％・31.4％）が実施された。

導入する動きがみられる。ＴＬＳ計測ではこれまでの方

２．調査方法と解析方法 2017 年 10 月に，直径巻尺・法よりも迅速に樹木のサイズや位置を測定でき，また，測高器で両区の立木の胸高直径・樹高を計測し，材積をこれまで計測困難であったデータを得られる（２）。その二変数材積式から推定した（通常法と記す）。また，両区ため，研究現場においても活用が期待できる。一方，条の内部に新たに試験区を設定し（表-１），ＴＬＳを用い件によっては正確な測定が難しいと予想できる。
例えば，て樹木サイズを計測した。新設の間伐区・無間伐区の面

樹高の高い林分ではレーザーが梢端まで届かずに，樹高積は 0.165ha と 0.197ha である。間伐区内では下層植生がが正確に測定できないと思われる。計測が困難な林分で多く，計測の支障となる一部の下層植生を刈払った。よは計測精度を補う手法を考案する等運用上の工夫が必要って，間伐区では刈払前後の 2 回，ＴＬＳ計測を実施しだと考える。そのため，まずはＴＬＳ計測の特徴や限界た。無間伐区内では下層植生が少なく刈払は行わず，1 回を知る必要がある。本研究では，条件の一つとして間伐のみ，ＴＬＳ計測を実施した。ＴＬＳ計測には，森林３の有無を取り上げた。
履歴の明らかなヒノキ林を対象に，次元計測システムＯＷＬ（アドイン研究所）を用い，OWL間伐区と無間伐区でＴＬＳ計測の精確さを比較し，ＴＬ

Manager ver. 1.4.2.3 により直径・樹高・材積を算出した。

Ｓ計測に与える間伐履歴の違いの影響を調べた。

表-1．対象地の概況

Ⅱ 材料と方法
１．対象地 林齢 67 年のヒノキ人工林試験地（栃木県那珂川町）を対象とした。同試験地には，間伐区と無間伐区の二つの試験区が設置されている。両区は傾斜 23°の北西向き斜面に位置している。1965 年（林齢 15 年時）

－

プロット名

林齢（年）

面積(ha)

本数密度（本/ha)

平均
直径(cm)

平均 林分 計測
樹高 材積 本数(m) (m3/ha) (本）間伐区

670.165

1200

25.620.2679.5

191

無間伐区 670.197

2096

22.920.7749.0297注）

林分構成値は通常法の計測から算出した。"本数密度"には枯損木が含まれている。これらの枯損木は"計測本数"には含まれておらず、誤差の解析にも用いなかった。

109 －（受理日 2018 年 12 月 26 日）

通常法の測定値を真値とみなし，ＴＬＳ計測から得た

致は，計測に用いたハードウェア・ソフトウェアの違い

直径・樹高・材積の誤差を求めた。誤差の平均と標準偏に起因すると思われる。
さらに検討を進める必要がある。

差を求めて，測定のバイアスと精度を評価した。有意水

３．間伐履歴の影響 刈払後の間伐区と無間伐区を比準５％の t 検定で，誤差の平均が０と異なるかを調べた。

較すると（図-１中，下），無間伐区の樹高計測において，通常法で測定したサイズと誤差との関係に一次式を回帰

大きな誤差を伴って過小に推定された個体が多数みられして，樹木サイズと誤差との関係を調べた。

た。毎木調査野帳によるとこれらの個体の多くで幹曲りの記載がみられた。ＯＷＬのアルゴリズムは通直な幹を想定しているので（２），幹曲りの影響で梢端位置が正確

Ⅲ 結果と考察
１．個体の検出率 ＴＬＳ計測は刈払前と後の間伐区に把握されずに，樹高が低めに推定されたのかもしれなにおいて 198 本の個体を検出した。検出数は通常法の立い。間伐区では二回の間伐によって曲り木の多くが伐採木本数（枯損木含む）と一致し，検出率は 100％であっされたが，無間伐区では曲り木が伐採されずに，多数残た。無間伐区におけるＴＬＳによる検出数は 409 本で、存していたと考えられる。よって，間伐履歴の違いが，通常法の立木本数 413 本（枯損木含む）より小さく，検林分内の残存樹木の形質に差異をもたらし，樹高推定の出率は 99.0％であった。両区で高い検出率を示した。

誤差分布に影響したと考えられる。今後，現地調査を追２．直径・樹高・材積の計測誤差 直径の誤差平均は加して，さらに検討を進める必要がある。

刈払前の間伐区で正の値を示し，その他のケースでは０

表-2．TLS 計測における測定誤差の統計と差が無かった（表-2）。樹高の誤差平均は全般的に負のが無く，その他のケースでは負の値を示した。間伐区の誤差の平均
直径
樹高材積(cm)(m)(m3)
間伐区/刈払前 0.774 * -0.414 * 0.010

誤差の標準偏差は，刈払によって，直径・樹高・材積の間伐区/刈払後 0.131 -1.016 * -0.032 * 1.032 0.911 0.063にかかわらず，全般的に良好に推定できた。しかし，樹高・材積については，ＴＬＳ計測は全般的に過小推定で無間伐区-20以上から，胸高直径について，ＴＬＳ計測は，サイズy -0.0362x 0.9036
2p 0.0021, R0.0321

0

小に推定していた。小サイズ木の樹冠・梢端は，隣接す10203040

通常調査 DBH (cm)あり，サイズ別に見ると小サイズで過大，大サイズで過y -0.3530x 5.8238
2p 0.0000, R0.1491

05101520

通常調査 樹高 (m)251.0
材積 誤差 (m3 )-0.5
0.00.5

1.0 -1.0
材積 誤差 (m3 )-0.5
0.00.5y -0.1184x 1.3870
2p 0.0001, R0.0793

1.0 -1.0

20-20

ット・処理において（図-１），負の値を示した。

間伐区：刈払後

DBH 誤差 (cm)-10010直径の誤差分布について，一次式の傾きは，全てのプロ20ず，誤差の大きさはサイズに依存していなかった。樹高・

y -0.0470x 1.3427
2p 0.0001, R0.0808

材積 誤差 (m3 )-0.50.00.5のプロット・処理において（図-１），０と大きく異なら

DBH 誤差 (cm)-10010胸高直径の誤差分布について，一次式の傾きは，全て-1.0

間伐区：刈払前-20悪いといえる。

y -0.2698x 5.0603
2p 0.0000, R0.2145

樹高 誤差 (m)-10 -5 0
5 10

樹高で差が大きく，無間伐区における樹高の推定精度がy -0.0372x 1.7322
2p 0.1886, R0.0091

樹高 誤差 (m)-10 -5 0
5 10

材積の全てで，無間伐区の方が大きな値を示した。特には0と有意な差がある（ t -test, ｐ＜0.05）ことを示している。
20

無間伐区で，誤差の標準偏差を比較すると，直径・樹高・*DBH 誤差 (cm)-10010径の推定精度を向上させたといえる。刈払後の間伐区と0.057 -1.565 * -0.042 * 1.143 1.625 0.070

無間伐区全てで小さくなった。特に直径で差が大きく，刈払が直樹高 誤差 (m)-10 -5 05 10値を示した。材積の誤差平均は刈払前の間伐区で０と差誤差の標準偏差
直径 樹高 材積
(cm)
(m)
(m3)
2.431 1.262 0.114

量

プロット名/処理

y -0.1081x 0.0720
2p 0.0000, R0.0901

y -0.1225x 0.0380
2p 0.0000, R0.3770

y -0.1657x 0.0392
2p 0.0000, R0.3855

0.00.51.01.5

通常調査 材積 (m3 )図-１．TLS 計測の胸高直径・樹高・材積の誤差分布

る上層個体の樹冠下部と近接して位置する場合が多い。

点線は y = 0 を示し、実線は y = ax+b を示している。

この状況下では，小サイズ木の樹冠と隣接する上層個体

謝辞：本研究は一般財団法人日本森林林業振興会平成 29の樹冠を区別することが難しく，上層木の樹冠の一部を年度森林林業振興助成事業の助成を受けて実施した。

誤って小サイズ木の梢端位置として誤認識する可能性がある。この誤認識により，小サイズ木では樹高が過大に引用文献推定されたと考えられる。また，大サイズ木では，レー(１) 川北憲利ら（2018）地上型レーザースキャナーを用ザーが上部まで届きにくいために，樹高が低めに推定さいた森林計測の精度検証．森林計画誌 51: 47-56

れたと考えられる。なお，直径や樹高の誤差平均の符号(２) 千葉幸弘（2017）地上レーザー計測による森林調査（表-２）は先行研究（１）と一致しなかった。この不一のこれから．森林科学 80: 32-35－110 －