余 杰，孟晓荣，徐熊伟，陈洪卫

中国地质调查局昆明自然资源综合调查中心，云南 昆明 650100

1 样地周界测量技术规定及要求

1.1 任务背景及基本原则

遵循“连续、稳定、转换、创新”的原则，在全国范围内开展森林蓄积量调查，准确获取全国及各省森林蓄积量现状数据，为自然资源部履行“两统一”职责提供信息支撑，为生态文明建设目标考核提供科学依据。根据《国家森林资源连续清查技术规定（2014）》，样地的形状可分为正方形、矩形、正菱形、圆形，且所有乔木林样地都要测定样地的周界。在各种样地中，方形样地野外施测简便，对复杂地形适应性好，方位、边长和面积误差较容易控制，故方形样地又是首选的样地布设方式。

1.2 样地周界的测量方法

方形样地的周界一般采用闭合导线法测定。如果公里网交叉点为样地西南角点，则以西南角作为样地定位点，方形样地用智能罗盘仪定向、用皮尺量距（可用罗盘仪上激光测距仪辅助），从西南角点起按方位角0°→90°→180°→270°的顺序，确定样地的西北角点、东北角点、东南角点和相应的四条边界的正确位置，如图1所示。若西南角点不适宜作为周界测量起点，起点可依次调整为西北角、东北角、东南角。

图1 样地示意图

1.3 样地周界测量的技术要求

复位样地周界长度误差应小于1%，新增样地周界测量闭合差应小于0.5%。当周界测量的闭合差在规定允许范围内的，四个角点位置不变，最后一条边界线（一般是东南角点与西南角点的界线）应移动为闭合线；当闭合差超过允许范围的，应重新量测周界，直至符合精度要求为止。这一精度要求相对于复杂的野外样地工作条件而言，显然对外业调查工组周界施测提出了较高的要求，在丛山密林中，熟练的外业工组可能也需多次放样测量，才能满足周界精度。

2 测量误差的来源与分类

2.1 测量误差的来源

测量中真值与观测值之差称为误差，严格意义上讲应称为真误差。在实际工作中真值不易测定，一般把某一量的准确值与其近似值之差也称为误差。产生测量误差的原因主要有三个方面：人为原因、仪器原因及外界环境的影响。人、仪器和环境是测量工作得以进行的必要条件，通常把这三个条件综合起来称为观测条件。

2.2 测量误差的分类

测量误差按其产生的原因和对观测结果影响性质的不同，可以分为系统误差、偶然误差和粗差三类。（1）系统误差：在相同的观测条件下，对某一量进行一系列观测，如果出现的误差在符号和数值上都相同，或按一定的规律变化，这种误差被称为系统误差。（2）偶然误差：在相同的观测条件下，对某一量进行一系列观测，如果误差出现的符号和数值大小都不相同，从表面上看没有任何规律性（在方向上可正可负，在数值上可大可小，但不会超出一定限值的误差），这种误差被称为偶然误差。（3）粗差：由于观测者的粗心或各种干扰造成的大于限差的误差被称为粗差，如将数字“9”读成数字“6”。

2.3 误差处理原则

调查观测者认真负责和细心地作业，粗差是可以避免的。为了防止错误的发生和提高观测成果的精度，在测量工作中要进行“多余观测”,采用一定的观测方法或对观测值加改正数的方法，可消除或削弱系统误差的影响。

3 误差对周界测量的影响

在测绘专业中样地的放样过程其实是一个简单的多边形放样，误差的产生对于实际野外调查工作成果有着重要的影响，其中系统误差和粗差可以通过人为控制提高测量结果的平均可靠率与显著可靠率。文章重点分析仪器对中误差、照准偏心误差、量距误差与测角误差（包含方位角测量误差与竖直角测量误差）四种偶然误差对样地周界测量的影响，提出外业施测时应注意的问题，以便提高作业效率，确保外业调查质量。

3.1 对中误差

对中误差是由于森林罗盘使用三脚架架设，三脚架的垂球并未精确对准样方角点，导致罗盘中心偏离地面周界角点正确位置。森林罗盘使用的为小型专用三脚架，仪器能在脚架顶端半径3cm圆周移动以精确对中。施测过程中，三脚架未踩实踩稳、三脚架周围地面松动或者三脚架未拧紧发生伸缩等原因均会引起测站偏心。

3.2 照准偏心误差

放样周界时，因地形限制、光线、林木遮挡等，从罗盘望远镜中不一定能看到花杆根部，普通花杆不带圆水准器，难以保证花杆垂直于水平面，由此导致望远镜照准位置与花杆根部位置在投影水平面上不重合，称为照准偏心误差。然而样地周界测量中，偏心不同程度存在，偏心误差导致边长和方位角失真，测量专业的“测回法”不适用于森林罗盘的特殊结构，无法在当前测站对上一测站作出校核。测站偏心的方向是任意的，而照准偏心最有可能在测站与花杆连线的垂直方向上。两种误差在周界测量过程中累积传递，最终导致边长闭合差超限。

3.3 量距误差

使用皮尺进行周界边长测量时，因距离过长，皮尺中断下垂；或过度用力，造成皮尺拉伸；或用力过猛，皮尺往测站方向甚至反方向偏移。以上操作均可产生量距误差。量距误差对样方周界闭合差影响最为直接和显著，通常情况下，野外实测时读取的尺长一般为斜距，还需根据竖直角换算成平距。

3.4 测角误差

样地周界放样时有两种角度测量，一是水平方位角测量，主要用于确定样地的起始方位和周界四边垂直；二是竖直方位角测量，主要用于周界边长斜距与平距转换。根据前文分析，测角误差中关键因子为方位角测量，《国家森林资源连续清查技术规定（2014）》中提出，方形固定样地一西南角为起始点，按正北0°→正东90°→正南180°→正西270°方向依次放样，如果方位角误差过大，样方变形，边长闭合差必然超限，进而引起样地调查内容一系列变化，最终导致调查数据失真。

（1）方位角测量误差。方位角（水平角）对周界闭合差的影响在与角点的水平位置偏移。由正切函数可知，如当边长平距为25.82m、水平角读数误差为±0.5°时，将引起前视点水平位移0.229m，而样方的最终闭合差为0.52m，因此水平角的测量应足够认真和重视。

（2）竖直角测量误差。竖直角测量用于边长斜距与平距转换，由余弦函数可知，当竖直角测量误差小于3°时，其对平距的影响仅为4cm，几乎可以忽略；3°以上的竖直角误差基本可以断定为错误，只能重测。

上述四种误差都属于偶然误差，都是由读数或照准引起的，如方位角最小刻度为1°，最小估读值为±0.5°，皮尺的最小刻度为1cm，最小估读值为±0.1cm。

4 误差控制措施

4.1 对中误差控制措施

在传统的林业外业调查中，通常采用垂球对中，在垂球对中过程中，人眼、垂球、角桩三点不在一条直线上，很难判别垂球与角桩是否在同一铅垂线上，为了解决此问题，可以采用强制对中方法来替代传统的垂球对中，在样方的西南角角桩上架设强制对中基座，再将经纬罗盘仪安装在强制对中基座上，依照此方法，分别在西北角、东北角、东南角设站观测，这样可以显著减小仪器对中误差。

4.2 照准偏心误差控制措施

若照准的目标偏心在观测时不是瞄准目标A点而是瞄准A'点，则偏心距AA'，假设测站至目标点距离为S，这时测得的角值α与真值α'存在Δα的差值，这个差值即照准偏心引起的误差，具体计算公式如下：

式中：ρ为常数，ρ≈206265。

由上式可知，照准偏心误差与偏心距成正比，与边长成反比，在样地周界测量中，边长是固定的，只能通过减小偏心距AA'来控制照准偏心误差，当观测目标有一定高度时，应尽量瞄准目标的底部。在野外丛山密林中，样方地形复杂，要想瞄准花杆底部难度较大，工作量会大幅度增加，可以采用带有圆水准气泡的RTK对中杆来替代普通花杆。在实际操作中，使圆水准气泡居中，就保证了RTK对中杆垂直于地面，然后将目标点从对中杆的底部引到对中杆的上端，这样既减少了野外修复边界的工作难度，又有效控制了偏心距AA'。

4.3 量距误差控制措施

斜距通常采用皮尺，而皮尺易伸缩，两人拉尺用力不均或未拉紧时，误差较大，为了检校并提高测距精度，采用往返测量，取算术平均值作为最终结果，测距精度用往返测距值的差值与平均值之比表示。在样地作业过程中，地形高低起伏、藤蔓缠绕、人员有限，往返测量虽然提高了测距精度，但加大了工作量，可以通过两人一人一端同时拉两卷方向相反的皮尺，每卷皮尺三次读数，然后剔除粗差，取余下读数的算术平均值作为最终结果，这样既提高了测距精度，又不增加外业工作量。

4.4 测角误差控制措施

（1）水平角误差。方位角由罗盘仪读取，罗盘仪的北方向是磁北，通常外业测量所说的北是坐标北，它们之间就存在磁坐偏角。在作业区域内，选择卫星信号比较好的位置，利用RTK千寻定位，采集任意两点的坐标并做好固定标记，然后在固定标记的任一点上架设经纬罗盘仪，瞄准另一点，读取两点间的方位角，并与RTK采集坐标计算的方位角进行作差，这个差值β就是作业区内磁坐偏角与罗盘仪的罗差之和。精确地计算出β，相应的水平角测量精度也得到很大的提高。

（2）竖直角误差。竖直角测量通过仪器目镜瞄准目标点，然后在竖直度盘上读取α，斜距SD通过皮尺测量得到，求平距HD，具体计算公式如下：

式中：I为仪器高；J为目标高；hAB为A、B两点间的高差。

由上式可知，斜距转换平距，无论瞄准目标的任何高度，都不会对平距产生影响，因此控制好竖直角α的误差就可以提高平距测量精度。实际应用中，只需进行多次观测，剔除粗差，然后求几组数据的算术平均值，就可以大幅度提高竖直角α的测量精度。

5 结束语

综上所述，林业不仅是绿色建筑的主要内容，还是国民经济和社会可持续发展的主要产业和社会保障。在野外森林资源调查时，测量人员需要考虑许多因素，并使用各种新技术，有效减少各种误差给测量结果带来的不利影响，不断提高作业效率，确保测量数据真实可靠。