森林抽樣調查

森林抽樣調查,是在森林調查中測定部分樣本單元以推算全林結果的調查方法。

森林抽樣調查

正文

在森林調查中測定部分樣本單元以推算全林結果的調查方法。按照要求精度進行森林抽樣調查,不僅可提高工作效率,而且可以計算理論精度。進行的常規程式包括:確定調查範圍、目的因子和要求精度,進行踏查、了解總體的變動情況;設計森林抽樣估算方案;制定調查方法和標準;抽取和測定樣本,進行資源估計和誤差分析、成果彙編等。
概況 用抽樣方法調查森林資源始於18世紀後期。1930年機率論的套用為現代抽樣調查奠定了理論基礎。1936年方差和協方差分析的發表,開闢了抽樣設計和誤差估計方面的途徑。1953年美國W.G.科克倫著的《抽樣技術》一書出版,又提供了系統的抽樣理論和方法。近十幾年來,航空攝影、人造衛星、電子計算機技術和精密測樹儀的套用和發展,大幅度地提高了森林抽樣調查的效率。在中國,1949年以前抽樣方法在森林調查中已有套用。1949年以後,大量採用方格法和帶狀樣地法。60年代引進航空像片的森林分層抽樣技術,並在全國廣泛套用。70年代,以省為總體建立了固定樣地的連續森林清查系統,全國共設固定樣地14萬個,以監測森林資源的變動。
森林總體和樣本 抽樣調查中,觀測和調查的單位是單元。單元的集合體稱總體。總體的範圍可以大至全國,小至一個林分。總體和單元的劃分關係到調查成本,乃至調查的成效。為了獲得部分單元的觀測值,用以推斷總體,先要抽取部分單元組成樣本。這些組成樣本的每個單元稱樣本單元。樣本單元的基本形式有樣地、樣木、樣線和樣點,常被用作調查方法的名稱,如帶狀樣地調查,點抽樣等。
樣地 一定面積的地段,用以反映林區特徵的單元。原則上樣地應縮小總體變動,邊界最短,易於測設。樣地形狀有圓形、方形、矩形和不同長度的帶狀。在測線上等距設定的樣地稱為線上樣地。為了加強代表性,常按一定模式設定成群的小樣地,稱為群狀樣地。群中的每個小樣地是一個調查單元,各小樣地測定值之和為統計單元。樣地面積大小取決於森林總體內的林木大小和它的分布均勻程度。樣地面積越大,測定工作量加大,但單元值間的變動縮小,達到調查要求的精度所需樣地數也相應減少。理想的樣地面積應是變動係數隨樣地面積加大而減少到相對穩定時的數值。中國多採用0.06~0.08公頃面積的方形樣地。
樣木 用以代表單株林木指標(如材積、出材量、材質、病蟲害及生長狀況等)的林木。對已知總株數的林分抽取樣木可對全林進行估計。在以樣地為單元的大面積森林調查中,也常在樣地內抽調樣木,取得材積、生長量與其他測樹因子的數據,以便擬合有關的數學模型。用較多的因子限制抽取的樣木又稱標準木
樣線 用於估計林區各類型面積或蓄積的線段。用角規在垂直樣線方向上抽測林木,換算為單位面積蓄積量的調查方法,稱為角規線抽樣(見角規測樹)。在航空象片或地面上設定大量樣線,測定各地類和森林類型占樣線的總長度,以估計各類面積的方法稱為截距抽樣。
樣點 用於估計各類面積或蓄積的測點。在測點上,用角規繞測取得單位面積測定值的調查方法稱角規點抽樣。航空像片上設定大量像片樣點,用判讀方法確定各點所屬地類,以估計各類型占總面積的成數稱為成數抽樣。成數抽樣有較高的精度,可以提供必要的數據,但不能提供圖面資料。
抽樣方法 森林調查中,常用的樣本抽取方法可分為下列兩大類:
等機率抽樣 森林總體中每個單元都有相同的被抽中的機率。常用的方法有:①隨機抽樣。在以林木為單元的森林總體中,對每株林木先編號,後按序號隨機抽取。在以面積為單元的大面積森林調查中,多用網點膜片或透明方格膜片來抽取樣地。做法是將一種膜片覆蓋到森林圖上,統計落在總體範圍內的點數或方格交點數。在這些點中,隨機抽取需設定的樣地點,並在現場找到它們,以每個樣點為中心測設樣地。②分層抽樣。按照森林各部分的不同特徵。把總體劃分成若干個層(類型),然後在各層中進行隨機抽樣,藉以對總體進行估計。國際上常用的森林分層因子有樹種,林分高,林齡和鬱閉度。總體分層後,每一層成為一個獨立的抽樣總體。所以層又稱副總體。分層因子大致相同的森林地段有相近似的蓄積量,分層後可以縮小層內的變動。在相同數量的樣本條件下,用這種方法比隨機抽樣有較高的精度。③多階抽樣。把調查地區按面積劃分成許多單元稱為一階樣本,在抽中的一階單元內再細分為若干小單元稱二階樣本。然後在這些二階單元中隨機抽取一部分作為該一階單元的次級樣本。在抽中的二階單元內還可以劃分和抽取三階單元。依此逐級細分和逐級抽取的方法稱多階抽樣。森林調查的測定工作在最後一級抽中的單元中進行。使用這種方法,要力求各一階單元能反映總體情況,並使一階間的變動最小。④多相抽樣。又稱多重抽樣。在森林總體中,先抽取一個大樣本作為第一重樣本,再從第一重樣本中抽取一個較小些的樣本作為第二重樣本。對第一重樣本用簡易的測定,目測或像片判讀獲取每個單元值,而對第二重樣本要進行準確的測定。這種方法的實質是利用第二重樣本修正粗放測定的第一重樣本,進而對森林總體作出較準確的估計。多重抽樣技術可以發揮航空像片的作用,減少地面樣地的數量,提高抽樣效率。⑤系統抽樣。又稱機械抽樣,是等間距抽取樣本的方法。這種方法簡單易行,樣本各單元在總體中分布比較均勻,代表性較強,是森林調查中常用的方法。具體做法是用方格網隨機覆蓋在林業圖上,其方格交點就是樣地點位。系統抽樣實質上是只有一個群的集團抽樣。
不等機率抽樣 對大徑林木或單元值較大時被抽機率較大的抽樣方法。常用的不等機率抽樣方法有:①PPS抽樣(sampling with probability proportional to size)。是機率與單元大小相等的不等機率抽樣。每個單元被抽中的機率取決於它的大小。面積大的林分有較大的抽中機率,即為按林分面積大小的不等概抽樣。它要有各林分面積的清單,因此又稱清單抽樣。 PPS抽樣只有在決定抽樣機率的因子,如面積,必須與目的因子成正相關時,才能有較高的效率。②3P抽樣(probabil-ity proportional to prediction) 。是機率與預定數量大小成正比例的不等機率抽樣。在事先不具備清單的條件下,須逐個訪問各單元,確定其是否被抽作3P樣木。美國伐區調查中套用這種方法,精度較高。
不等機率抽樣,效率高於等機率抽樣,但組織樣本的方法較麻煩,統計分析也較複雜,不如等機率抽樣容易掌握。
抽樣調查設計 按森林資源特點和可利用的技術資料和條件,設計最佳的抽樣估計方案,便於以最低的成本達到森林調查的目的。對於技術資料不全的林區要組織預備調查,了解森林類型及其分布、目的因子的變動幅度、林區通行條件和可及程度。在收集有關設計方案的各種參考數據、分別計算達到要求精度時所需設定的樣地數,以及作出樣地配置並估算各方案的工作量後進行優選。抽樣調查中的實際誤差除隨機誤差外,還包括人為偏差。而森林調查過程的各個環節產生的人為偏差往往大於隨機誤差部分。過大的偏差將影響整個抽樣調查成果的可靠性。如在抽取樣地時,可能由於捨棄了落在陡坡、懸崖等上的不可及樣地,只採用可及地區的部分樣地來估算包括上述地區的總體而產生取樣的偏差,影響總體估計值;材積方程的偏差則會嚴重歪曲總蓄積量估計值。因此森林抽樣調查方案設計時,對於樣地的抽取、測定和估計方法等都應力求避免偏差。抽樣方案還應考慮森林總體範圍大,交通不便,樣地間的轉移需花費較多時間的特點,以求提高工作效率,儘可能縮小樣地間的轉移路程。在多個方案比較選擇時,可採用一個基本方案作為分母,逐個評定各方案的相對效率。對於決定採用的抽樣方案要作出樣地配置測定技術、總體估計和誤差分析方法、資料分析等設計。現在森林調查抽樣方案設計中正越來越多地採用不等機率、多階、多重的抽樣技術以提高相對效率。研究多目標的抽樣估計技術,以滿足林業生產的多效益調查要求,是現代發展的趨向。

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