编者的话  三明市是我国南方重要的林区。森林的功用已经由以前的以木材生产为主，演进为功能性的多目标利用与森林生态经营理念，对森林资源的测计越来越重要。台湾邱志明等《森林资源调查技术演进》全面阐述了森林资源调查技术，很有参考价值。

森林资源调查技术演进

邱志明  吕明伦  彭炳勋

林业试验所森林经营组

林木是地球上最重要的生物种，又能天然更新、繁殖，世界陆地面积30%为森林覆盖，其所生产的生物量占其总量的90%，所以森林是国家重要的天然资源，必须确实掌握其数量、品质，才能为人类发挥最大的效用。因此森林的测计从早期单株林木伐倒木、立木、原木的量测，包括直径、树高、材积、形数至单位面积林分的测计，使用不同的地面取样方式，进行蓄积的估测，进而结合航遥测影像及地理信息系统进行大尺度大面积森林资源的测计及估测，并应用统计方法，分析林木生长及森林生长相关法则，进而利用数学模式、数学规划、作业研究等来解析森林资源相关经营及成果预测。

林木是有生命的、可更新的自然资源，其本身有着生长和死亡的发展规律。同时，受人类活动、自然灾害等影响，其数量、质量和分布处于动态变化中。要经营、管理、保护、使森林资源为大众提供各项功能与服务，就必需定期和不定期地进行森林资源调查，及时掌握森林资源状况，了解其消长变化动态。

森林资源调查

森林资源调查是为获得森林资源的质与量，取得林木生长、森林发展、林地的性态值等森林资源经营理与监测的信息；林业是长期且持续的活动，为实现森林资源合理经营、科学管理、永续利用、持续发展，充分发挥森林生态效益、经济效益、社会效益，必须使用科学方法和先进技术手段，查清森林资源数量、质量及其消长变化状况、变化规律，客观反映森林生长的自然、经济、社会条件及限制，从而进行综合分析和评价，全面准确地提供所需有关森林资源调查成果资料，进而制定林业经营管理政策方针。

森林资源调查技术发展概况

早期的森林资源调查主要采用经纬仪或罗盘仪进行测量，依调查所需设置各种样区，例如标准地、标准木、方型样区、同心圆样区与线型样区，通过取样方法进行每木调查以计算森林种类、蓄积量及生长量；随着摄影器材、航空测量技术与遥感探测技术的发展与成熟，开始建立以航空测量、遥感探测技术辅助地面样区设置与判释的森林调查技术体系，应用高分辨率的多光谱扫描器、空载雷达系统等特殊设备，可拍摄肉眼不可见光下的景物，也可直接取得地物的高度，通过波谱特性能判释出树种、植生覆盖度。利用遥测搜集的资料可以藉自动化仪器进行分析，在最短时间内提供地面状况的现况与变动情形，如土地利用类型、林木成长、气象变化、崩塌灾害受损面积测绘、环境污染监控，并运用于大面积的森林资源调查与长期生态环境监测。

森林资源调查主要技术简介

一、目测调查

目测调查是凭借测树经验，配合简单工具、仪器和对照表，对单木、林分和林地的特征或指标进行估测的森林调查方法，例如立木的直径测量在台湾、德国及欧洲各国是以树高1.3米处定为胸高直径的量测点，以皮尺或胸径尺进行立木直径的测量，近期亦有发展出固定于胸径线的生长环，对于需要长期监测的样区和样木，利用弹簧的伸张与树体的肥大生长，在固定的位置进行长期的连续测量；树高的测量可以利用罗盘仪、激光测距仪、Haga测高器、测高杆，或在没有合适的测量仪器下可利用等边直角三角形法、相片比例法、目测比例法进行推算。

二、森林取样样区调查

由于森林一般面积辽阔，无法进行实际每木直接测量，因此必须以取样方法进行估测大面积的森林状况，森林取样调查是在调查范围内按统计原理抽取部分单元，测定后估计全林的森林调查方法。森林抽样调查包括踏勘、预备调查、抽样方案设计、外业测定、内业分析等环节。此方法主要用于清查一定范围内的森林资源的各项因子，如面积、蓄积量、生长量、枯损量及森林与地位的评估等。18世纪末，林业上首次应用抽样法，19世纪40年代，瑞典开始用带状样地进行区域性的森林资源清查，20世纪初，统计学引入森林调查后，逐渐发展成应用统计原理的森林抽样调查方法，并在北欧三国（挪威、芬兰、瑞典）首先使用。森林资源调查所使用的取样方法可分为非统计性取样法和统计性取样法。

（一）非统计性取样法

又称为立意取样法，测计者可依个人主观判断选取样区（如标准地法、标准木法），或先随机决定起始点，然后依固定间隔或距离决定全部的样本（如系统取样法），也可将森林区分为大小一致的带状，有系统的分布在森林区域（如系统带状取样）。标准地的材积依每木调查测计，然后按标准地合计面积与全林面积比例，推算全林材积。标准地合计面积占全林面积比率越高，推算的全林材积越精确。

（二）统计性取样法

1、等机率取样法与不等机率取样法

是运用统计的方法随机抽出样本，在合理的误差范围内推测族群的现况；等机率取样法依照取样的方法，可分为筒单随机取样、分层随机取样，若依照取样的对象则可分为样木法、样区法。近代森林经营对于单位面积的林分信息较为重视，因此样区取样法成为应用最广的取样调查法。不等机率取样法是调整整体的选取机率，使较大或较贵重的组成分子有较大的机会被选作样本，常见者如列表取样法、样点法（无边样区取样法）、样线法。其搭配毕特希式或胸高断面积测定仪（spiegel-relaskop），沿水平样线或站于样区中心，计数样木及临界木再推算胸高断面积，台湾在20世纪60年代曾采用，但测计者需熟悉其理论与方法且有部分主观，目前大都使用固定样区法。

2、多段取样法

在不同半径的同心圆内进行不同程度种类的性态值调查，如小面积圆内调查地被植物，较大范围进行灌丛调查，更大圆内进行乔木性态值调查。

3、多阶段取样法

常见的方法为双重取样法，是当主要变数难以取得而辅助变数相对易测，且两者又具有高度相关性时使用。纵观台湾地区各种大型森林资源调查取样方法，皆是采用双重取样技术，在广大的森林区域中在不牺牲估算精密度下减少调查成本。由于森林资源的调查，常是面积大、范围广、复杂性大的取样工作，在实施上常需要较长的时间，所耗费的人力及物力较多，因此利用取样技术是必要且有效的方法。而森林资源调查取样的技术可分为两部分：一为航空照片，二为地面样区，由调查的样本来估算族群，以达节省人力、物力和时间，进而取得森林资源调查的信息提供经营者决策支持。

3S技术与雷达技术在森林资源调查的应用

全球卫星定位系统（global position systerns, GPS）、地理信息系统（geographic information system, GIS）与遥感探测（remote sensing, RS）技术的整合应用已成为全球各国在林业经营上不可或缺的工具。GPS的定位是利用卫星基本三角定位原理，GPS接收装置以测量无线电信号的传输时间来量测距离，以距离来判定卫星在太空中的位置，将卫星和接收端之间的距离作球面方程式，取其交点即为使用者的经纬度。GIS为一处理地理资料及协助空间决策的电脑系统，其结合电脑制图、航遥测、资料库管理系统等技术，能将不同来源的地理资料整合成完整的地理资料库，再应用模组工具，使用者可以作快速查询、更新、套叠、分析，甚至可以作专案规划与方案研究，其成果可供决策者参考。RS定义为凡藉由航空器、卫星等机动性载台以不接触物体方式，利用感应器进行地表信息搜集，其范围包括资料搜集的所有活动、影像前期处理、影像展示及遥测信息的应用。GIS可提供空间性的资料，并可做为各模式的运算平台，RS与GPS可提供迅速确实的资源调查与定位的技术，三者互相结合，可成为森林资源调查、规划与经营管理等非常有利的工具。

雷达技术应用于林业的调查

雷达（light detection and ranging, LiDAR）是指利用激光对目标物进行扫描的技术，所取得的资料是以点的形式作记录，称之为点云（point cloud），每一个点除含有三维座标外，亦包含了目标物的回波强度（intensity）信息。目前市面上分为空载、测深及地面等三种雷达类型，其中林业的调查与相关应用以空载及地面雷达最为常见。

一、空载雷达在林业调查的应用

空载雷达以飞机为载具，进行地表的扫描测绘，其所产制的高精度、高分辨率数值高程模型（digital elevation model）与数值表面模型（digital surface model），涵盖了面状地表起伏，以及所有地上物（如人工建物及自然森林覆盖等）的高程信息，有效利用其纵向剖面图分析，可了解以往较为缺乏的林分信息，如立木位置、树高、冠幅、枝下高等，或是估测林分密度、覆盖度，不同时间点的扫描资料则可观察林分结构变化及生长超势。

二、地面雷达在林业调查的应用

地面雷达是利用测量仪器与激光测距原理取得点云资料，相较于传统测量技术，地面雷达所取得的大量高密度座标点，可详细描绘林地与林木的原貌，并完整呈现林地平面三推立体模型。就林分调查而言，电脑绘图立体量测林木的非破坏性方法，可直取得行单木属性及材积资料，或利用树干解析推估林分材积；就长期监测而言，使用者可建立多期点云及影像资料库，用以观察林木更新、生长、衰退、竞争等现象。

为健全国土信息，目前台湾应用空载及地面雷达技术进行全台性的调查皆已陆续推动，举凡天然灾害、土地使用、高分辨率三维地形等资料业已渐显成效。虽然林业部门也投入各种研究发展，但仍有许多因素尚未克服，尤其台湾森林环境大多属于地形崎岖不平的山域，且天然林树冠层交错过甚，无论空载或地面雷达技术，皆无法完整呈现林地原有的样貌。自2008年起，政府推动绿色造林计划，并以8年造林6万公顷作为目标，再加上1992年起的许多平地造林政策，致使近年来平地环境大幅增加了许多绿地面积，未来如能将雷达技术成功应用于平地造林的各项调查与监测，不仅可发挥其最大的功效，亦能节省更多的人、物力。

森林资源调查技术展望

随着社会变迁，森林的功用由以前以木材生产为主，演进为功能性的多目标利用与森林生态经营理念，带动非林木资源测计的发展，已经不仅限于林木，而推展到所有林地中的生物和非生物及其彼此的关系，而需进行长期的监测评估回馈等调适性经营，达到预期的目标。森林测计在其发展过程中，不断吸收其它有关学科的知识，例如数理统计、森林航空测量学、遥感探测学及森林地理信息系统等，以充实其内容，使其能更适于解决复杂的实际问题。近年来，此种作法有扩大趋势，将其引用并且发展成为处理森林及林业经营问题的有效工具，例如系统分析（system analysis）、作业研究（operation research）、森林社会功能（socialfunction）测定、森林生态因子测定及生态监测等。森林测计的范围，不再仅限于森林及林木的测定，势将扩充成为处理森林及林业问题中有关量的测定及分析的学科。学术理论总是领先实际业务，结果使理论与实际间常有差距存在，尤以经营不太集约的林业为甚，于是有人误以为理论不切合实际，甚至讥刺为毫无用处的空论。其实，现在进行实际业务，大多是依据以前的理论，理论与应用间有时空的落差，待人员、设备及科技成熟后，现在的理论之后可能又将付诸实现。因此，有远见的森林测计家或决策者，必须与时俱进，引进新方法，并且发展新理论，应用新科技，达到省时、省力又可达需求的精度，促使林业经营资源的测计更趋完善合理。