СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАПАСА ДРЕВОСТОЯ
METHOD FOR DETERMINING GROWING STOCK

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
,
,
cmi
3
где V - объем стволовой древесины деревьев без коры в каждой i-ой размерной градации, м;
1,3
d - диаметр ствола без коры на высоте груди, м;
H - высота ствола, м;
i
N - количество деревьев одной градации в однородном выделе древостоя по диаметру;
0
1
2
3
4
a, a, a, a, a - коэффициенты уравнения образующей данной породы;
l - расстояние от комля ствола до любого сечения, м;
3
V - общий объем стволовой древесины в выделе, м.
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.
0.5
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 в относительных величинах (Петровский B.C. Автоматическая оптимизация раскроя древесины стволов. - М.: Лесная пром-сть, 1970. - 1983 с.):
05
где 2x - текущий диаметр ствола на расстоянии l от комля, м; d - 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.
4
3
2
1
0
где l - расстояние от комлевого сечения ствола до любого по длине ствола текущего диаметра 2x, м; a, a, a, a, a - 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
05
1.3
0.5
1.3
Известно, что при таксации древостоев диаметры на средине высоты d05 весьма сложно непосредственно измерять. Используя уравнение образующей (2), можно перейти от d к доступному для измерений технологическому диаметру на высоте груди D и получить уравнение связи параметров d, D, H:
1.3
Подставляя выражение (3) в уравнение образующей (2), получим уравнение образующей ствола с входными доступными для контроля технологическими параметрами D и H:
1.3
1.3
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 в коре и d без коры существует линейная связь (Анучин Н.П. Сортиментные и товарные таблицы. - М.: Лесная пром-сть, 1981. - 536 с.):
1.3
1.3
где D, d - диаметр ствола на высоте груди соответственно в коре и без коры; λ - постоянный коэффициент толщины коры для каждой породы.
Коэффициенты λ для наиболее распространенных пород деревьев определены сопоставлением объемов стволов без коры и в коре (табл.2).
Таблица 2
Коэффициенты на кору λ
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.
1.3
Уравнение образующей (6) является функцией породы и аргументов D 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.
1.3
1.3
i
При таксации древостоев необходимо учитывать следующие входные данные: диаметр на высоте груди в коре D и без коры d, высота (длина) дерева H, количество деревьев N в каждой отдельной i-й градации деревьев по диаметру однородного по породному составу и полноте выдела древостоя.
cmi
Этих данных достаточно, чтобы определить объем стволовой древесины стоячего дерева без коры в каждой i-й размерной градации V, применяя уравнение образующей (6).
Так как
и
,
cmi
то объем ствола V стоячего дерева без коры в каждой i-й размерной градации с учетом формулы (6) будет равен
i
cmi
При валке дерева в лесу остается пень высотой примерно 30 см, исключается его объем, а также учитывается количество деревьев N одной градации по диаметру, поэтому объем стволовой древесины без коры в каждой i-й размерной градации V 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.