森林资源清查中罗差的测定与计算

李轶涛

(山西省林业调查规划院，山西 太原 030012)

全国森林资源连续清查是我国自20世纪70年代起，以省(自治区、直辖市)为单位，每5 a针对固定样地为主进行复查的森林资源调查方法。作为国家唯一认可的森林资源权威数据来源，森林资源连续清查最重要的原则就是连续可比。所谓连续可比，是指调查分析的样地连续一致，调查记录的样木完全复位，分析测量的胸径位置严格对应。连续可比是森林资源清查的基本准则，也是调查方法科学严谨的体现。连续可比的基础之一是样地复位。《国家森林资源连续清查技术规定》中明确指出，“固定样地复位率要求达到98%以上”。我国森林资源连续清查的固定样地是在国家新编1/50 000或1/100 000地形图公里网交点上按系统抽样布设的。山西省森林资源清查体系以全省为总体，行政区域包括11个市的119个县(市、区)，总面积为15.66×104km2.在全省抽样总体范围内系统抽取9 915个地面固定样地进行复查，估测全省森林资源及其各种地类面积。样地复位情况直接决定着森林资源连续清查结果的准确性和可靠性。而作为样地复位的基础，罗盘仪的正确使用关系着样地的复位率。

1 罗盘仪在样地复位中的作用

1.1 确定西南角桩

实现样地复位的首要条件是复位样地西南角。西南角桩是固定样地最重要的指示标志，它的留存与否直接决定了样地复位的准确度。通常人为活动较少的区域西南角桩留存率较高，而人为活动频繁的区域西南角桩几无留存。特别是耕地、城乡居民建设用地和工矿建设用地等非林地，西南角桩留存率较低。对于无西南角桩留存的样地，由于GPS信号受各种因素影响，且差分GPS尚未被广泛应用，单纯依靠GPS无法精确定位西南角。目前实际工作中，常采用GPS辅助定位与罗盘测量定位物、引点相结合的方法来确定西南角位置。

1.2 测量样地周界

样地复位的另一个关键因素是样地周界测量。样地周界的测量直接关系到固定样地的代表性和准确性。无论是角度还是边长出现误差，均会使固定样地的形状发生变化，从而导致固定样地的代表性下降。同时，一旦出现周界测量错误，极易导致样木的漏测和多测。当角桩、定位物等标志物留存时，需复测固定样地4条边界的方位角和水平距离，周长误差要求小于103 cm.当固定标志物(如，西南角桩，西北、东北、东南角桩，西南角定位物、界外木刮皮标志以及其它辅助识别标志等)未留存时，周界测量要求更为严格，方位角精确到±30'，闭合差小于51 cm.

综上，罗盘仪的操作在样地复位中既有着不可或缺的基础地位，又有严格的精度限制。因此，分析罗盘仪罗差的测定与计算对于森林资源清查具有重要的基础意义，同时对于实际操作又有现实的指导价值。

2 罗差

2.1 罗差的概念

当罗盘仪磁针指示方向时，磁针受到周边环境磁场的影响，通常不能指向当地确切的磁子午线方向，而是罗盘自身的子午线方向。罗盘子午线(罗北)与磁子午线间(磁北)的夹角即为罗差。该误差是罗盘在某一地域内使用时的系统误差，由罗盘仪制造误差和当地微磁场共同决定。因此，罗差表现为系统性和地域性。其计算公式为:

罗差=实测的磁方位角－地形图上的磁方位角。

由上式可以看出，罗差等于一组地物的实测磁方位角(即罗盘仪实测读数)与同一组地物在地形图上的磁方位角之间的差值。因此，测定罗差的关键是在地形图上找出一组地物，测量地形图上的磁方位角，然后在实地定位该组地物，并获取罗盘仪读数。

2.2 罗差的影响

依据《国家森林资源连续清查技术规定》，样地定位后，首先要利用保存的标志对周界进行复位，并按固定标志设置要求，修复和补设有关标志。设置固定标志首先要准确测定方位角，如果罗差测定计算错误将导致样地复位失败。固定样地边长的垂直投影需为25.82 m.由此推算，在理想状态的平面条件下，罗差错误1°将导致样地与理论样地相比出现23.28 m2的偏差。而现实中，特别是地形复杂地区，随着坡度的增大，该偏差也会增大。当坡度为10°时，罗差错误1°，与理论样地偏差将达到24 m2.罗差错误1°时样地偏差示意图，见图1.

图1 罗差错误1°时样地偏差示意图

3 罗差的测定与计算

3.1 罗盘的校验

对于长期野外使用的森林罗盘而言，容易出现指针磁性减弱、两端失衡等问题。在进行罗差的测定前，应当对罗盘进行校验，确保仪器自身状态正常。主要分3方面对磁针进行检测:

1 )平衡检测。将罗盘仪置于水平位置，观察磁针静止时的平衡状态。如果磁针倾斜，则移动磁针南端铜圈使其恢复平衡。

2 )灵敏度检测。磁针中央铜帽内镶有玛瑙，随着使用年限的增加，玛瑙接触面会出现一定的损伤，需用铁质物体吸引磁针进行灵敏性测试。吸引磁针转到任意位置后离开，如磁针旋转灵活说明磁针灵敏。同时，根据磁针摆动的时间可以判断磁针磁力的强弱，磁力强的磁针摆动时间很短。

3 )偏心检测。状态正常的罗盘0°，180°和磁针中心3点呈一条直线。通过分析磁针两端读数是否相差180°，判断罗盘是否偏心。

3.2 测量坐标方位角

罗差的测定需要在1幅地形图内选择2个～3个相互通视的明显地物，量取坐标方位角，并换算为磁方位角，然后实地测量地物读取磁方位角。因此，选择地物是测定罗差的第一步，也是至关重要的一步。应在地形图上选择特征明显、通视良好、距离约1 km，易于定位的两点，如，桥梁、笔直的公路、铁路等。当选择的地物为公路、铁道时，两点应位于同一路边。如果在道路上不便架设罗盘，也可将罗盘、花杆移至与路边相等距离处进行测量。特别需要注意的是，由于地形图成图的年代一般较为久远，因此，应当避开可能已经变化的地物，如，城镇中的道路。选择时应避开高压线路、铜铁矿等可能影响罗盘读数的地物。选取地物示意图，见图2.

图2 选取地物示意图

图2中，1点与2点位于同一条笔直的公路上，两点之间通视情况良好，且两点之间距离大于1 km.坐标方位角是两个地物之间连线与坐标纵线北方向之间的夹角，需通过量角器在地形图上量取。此时分为如下2种情况。

1 )见图3.1点为罗盘仪，2点为花杆，利用量角器测量该坐标方位角为50°.

图3 量取坐标方位角

2 )见图4.2点为罗盘，1点为花杆，利用量角器测量该坐标方位角为230°.

图4 量取坐标方位角

综合以上2种情况可以得出，坐标方位角是瞄准方向与坐标纵线北方向之间的夹角。实际工作中，瞄准方向应当为顺光方向，以避免逆光时无法看清花杆。本例中，若上午到实地架设仪器，应2点为罗盘，1点为花杆。若是在下午，则转换为1点为罗盘，2点为花杆。

3.3 转换磁方位角

坐标方位角要通过地形图下方的三北关系图转换为磁方位角。三北关系图是真子午线北方向、磁子午线北方向、坐标纵线北方向3者之间关系的略图。其中，真子午线北方向垂直于南北图廓线，其它方向线根据实际测量的偏差关系绘制，并标记偏角值。如图5所示。

图5 三北关系图

图5中，坐标方位角是地物连线与坐标纵线的夹角，为量角器实测值;磁坐偏角是坐标纵线与磁子午线的夹角，为标记值。如图中所示，该幅地形图的磁坐偏角为5°24'，转换成十进制为5.4°.我国大陆地区除新疆、南沙群岛等少数地区，其余大部分地区磁子午线均位于坐标纵线西侧。因此，在山西省将坐标方位角转换为磁方位角，仅需加磁坐偏角即可。其计算公式为:

地形图上的磁方位角=坐标方位角+磁坐偏角。

3.4 计算罗差

结合之前提到的选择地物，架设罗盘、花杆，读取罗盘读数。本文中假设实测读数为57°，则:

罗差的计算看似简单，但由于涉及角度分位的十进制转换等多个步骤，加之通常在野外实测方向角后就进行计算，稍有不慎就会导致罗差错误。随着智能手机的普及和大量应用软件的开发，使得罗差的多步计算可以通过电子工作表变得十分便捷。只需要把观测到的数值填写到相应空格，即可得到罗差，不需要在野外进行任何运算，从根本上避免了计算错误的发生。如第4页图6所示，是适合运行于移动版WPS上的工作表，读者在实际工作中，仅需在相应空格中填写读数即可得到罗差。

图6 罗差计算工作表

该工作表设计中考虑了主流智能手机屏幕尺寸(3.5～6.0)与WPS工作表列的默认宽度，可完美运行于主流智能手机平台。读者可通过扫描二维码(图7)下载该工作表。需要注意的是，该工作表不是独立的程序，需提前安装移动版WPS软件。

图7 二维码

4 结论与讨论

罗差是森林资源清查中一个重要概念，直接关系着样地复位的成功与否。即使在理想的平面状态下，轻微的罗差错误也极有可能导致样地边界位移，出现多测木、漏测木等问题。加之罗差的测定与计算又涉及到较多理论知识和实践经验。因此，从理论入手到实例示范分析罗差的测定与计算，具有重要的理论意义和现实指导价值。在此基础上，深入分析山西省磁坐偏角分布情况，研究罗差在不同区域间的转换，为森林资源清查工作提供更有力的技术支持。

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