JP2004344158A

JP2004344158A - 樹木の材積量測定装置

Info

Publication number: JP2004344158A
Application number: JP2003183573A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kono; 裕之河野; Takashi Narumi; 隆司鳴海
Original assignee: RINYACHO TOHOKU SHINRIN KANRI KYOKUCHO
Current assignee: RINYACHO TOHOKU SHINRIN KANRI KYOKUCHO
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】ビッターリッヒ法を応用して、樹木の材積量測定を行う従来の装置は、林分の傾斜角度を適切に補正するために、熟練が必要であるとともに、得られる調査結果は、樹木の材積量測定の基礎となるカウント本数のみであり、樹木の材積量を求めるには、一定の計算が必要という問題があった。加えて、薄暗い林分条件下では、立木直径識別マークの判別が困難という問題があった。
【解決手段】調査地点から全周を見渡した場合の、調査地点から観察される傾斜角度を平均した傾斜角度平均値に基づいた、立木直径識別マーク１ａから１ｄを設けるとともに、樹木の材積量を算出する換算表２を設けることにより、熟練を要せずに、林分の傾斜角度を容易に補正しつつ、樹木の材積量が測定することができる。また、照明装置３を設けることにより、薄暗い林分条件下でも、明確に立木直径識別マークの判別が可能となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、一定の林地における樹木の材積量の測定に用いる装置に関し、詳しくはビッターリッヒ法を応用し、容易に林分の傾斜角度を補正した上で、カウント本数並びに林分材積の測定をなす技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
樹木の材積量の算出は、木材の取引をはじめとして種々の場面で必要であるが、従来、材積量の推定算出にはいわゆるビッターリッヒ法が知られている。
この技術はオーストリアのビッターリッヒ博士により開発されたもので、同博士により創案された測定器（シュピーゲルレラスコープ）を用いて、立木の胸高断面積合計を測定し、平均樹高との組み合わせにより林分材積を算出するもので、林分の周囲測量と立木毎の直径測定をなさずに、林分材積を測定できるため、今日では汎用技術の一つとなっている。
【０００３】
ビッターリッヒ法の理論を解説する。
面積Ｆの平らな林地にある立木の胸高断面積合計をＧとする。この林地に十分に多数のＮ個の点を置いたとすると、そのうちのいくつかは、立木の胸高断面上に落ちる。その数をＮ_０個とすると、Ｎ_０／Ｎは任意の１点が幹の上に落ちる確率であり、これは林地の面積Ｆと胸高断面積合計Ｇの比と等しくなる。胸高断面積合計Ｇを数式で表すと、
【数１】のとおりとなる。
【数１】Ｇ＝Ｆ・Ｎ_０／Ｎ
【０００４】
しかしながら、Ｎ_０／Ｎを実際に求めるのは難しいことから、各立木の胸高直径を、その位置のままｔ倍した場合、ｔ倍に拡大された円（以下「大円」という）は、互いに重なり合う。大円の面積合計は、胸高断面積合計Ｇのｔ^２倍となり、大円の上に任意の一点が存在する確率もｔ^２倍される。
【０００５】
このように、各立木の胸高直径を拡大すれば、林地の任意の１点は、必ずいくつかの大円の重なりの上に落ちることとなる。
いくつかの大円の重なる数であるｘは、点の位置により異なるが、ｘ／ｔ^２は、Ｎ_０／Ｎの標本値の一つであることから、さらに多くのｎ個の点についてｘを求め、その平均値Σｘ／ｎから
【数２】のとおりＮ_０／Ｎを求めることができる。
【０００６】
【数２】Ｎ_０／Ｎ＝Σｘ／ｎｔ^２
【０００７】
ここで、
【数１】と
【数２】より、胸高断面積合計Ｇを求めると、
【数３】のとおりとなる。
【０００８】
【数３】Ｇ＝Ｆ／ｔ^２・Σｘ／ｎ
【０００９】
【数３】に関して、Ｆ／ｔ^２は、胸高断面積定数Ｋと呼ばれ、ビッターリッヒ法を用いて胸高断面積合計Ｇを測定する際の重要な定数となる。
【００１０】
さて、胸高断面積合計Ｇを測定するには、大円の重なる数であるｘを計測する必要があり、これについて、前述のシュピーゲルレラスコープや、林野庁東北森林管理局青森分局で使用に供されているＫスケールが用いられている。
【００１１】
立木とそのｔ倍の直径をもつ大円の円周上の点Ａ、大円の園内の点Ｂ、大円の円外の点Ｃから立木の胸高直径をのぞむ角度をそれぞれα、β、γとすると、β＞α＞γの関係となる。
このため、αをシュピーゲルレラスコープ並びにＫスケールの臨界角度としておけば、立木の胸高部分がαより大きく見える場所は、大円の中にあり、小さく見える場所は大円の外にあることとなる。
したがって、林内の１点で周囲の立木を見渡した場合、臨界角度αより大きく見える立木の胸高部分の数（本数）は、その点に重なる大円の数、すなわちｘに等しいこととなり、実際の調査では、臨界角度αより大きく見える立木（胸高部分）の本数ｘ（以下、「カウント本数ｘ」という）を計測することとなる。
【００１２】
さて、臨界角度αとｔとの関係は、
【数４】の関係となるため、胸高断面積定数Ｋは、面積が１ＨＡの場合、
【数３】により、
【数５】のとおり定まることととなる。
【００１３】
【数４】ｓｉｎ（α／２）≒１／ｔ
【００１４】
【数５】Ｋ＝１００００／ｔ^２
【００１５】
これら理論に基づいて、実際に用いられているｔ、胸高断面積定数Ｋ、臨界角度αの組み合わせは
【表１】のとおりである。
【００１６】
【表１】

【００１７】
ところで、以上のカウント本数ｘの測定は、具体的にはシュピーゲルレラスコープや、林野庁東北森林管理局青森分局で使用に供されているＫスケールを用いてなされている。
【図３】は、Ｋスケールの正面図である。Ｋスケールは、透明プラスチック版に、２つの大小の円が印刷されている。大きな円は、胸高断面積定数Ｋが４の場合の立木直径識別マークである。小さな円は、胸高断面積定数Ｋが２の場合の立木直径識別マークである。両円の大きさは、目から各円までの長さを５５ｃｍに維持した際に、
【表１】に示す、それぞれの臨界角度αがほぼ得られる構成となっており、林地内で各円をはみ出した立木の本数を計測すれば、カウント本数ｘが得られることとなる。なお、立木が円形に丁度覆われて見える場合は、１／２本と計測する。
【００１８】
さて、ビッターリッヒ法は、水平林分における胸高断面積合計Ｇを測定する理論であるから、林分が傾斜地である場合、その傾斜角度に応じて補正を行う必要がある。すなわち、Ｋスケールで、下向きに傾斜角度θにある立木の計測を行い、当該立木が立木直径識別マークと一致した場合、斜面投影した大円の円周上に丁度調査者は位置していることとなる。しかしながら、実際の調査では、水平投影した大円に基づいて調査を行う必要があることから、調査結果は実際の値と比較して、小さい値となってしまい、調査結果において、大きな誤差を生じることとなる。
これを防止するためには、傾斜角度θに応じて、
【数６】により求める臨界角度α’により測定する必要がある。この臨界角度α’により、実際に測定するためには、立木直径識別マークから目までの長さを調節する、あるいは、立木直径識別マークの幅自体を調節する必要がある。
なお、Ｋスケールの場合、腕を伸縮することにより、立木直径識別マークから目までの長さを調節し、臨界角度αの補正を行うこととなる。
【００１９】
【数６】α’＝α × ＣＯＳθ
【００２０】
【非特許文献１】
「新版林業百科事典」，社団法人日本林業技術協会，１９７１年，Ｐ１１０１
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
Ｋスケールでは、林分の傾斜角度の補正を行なうために、傾斜角度に応じて、腕を伸縮して傾斜角度の補正を行う必要があうことから、調査に熟練を要するとともに、調査によって得られるデータは、カウント本数ｘのみであり、林分材積を算出するには、一定の計算が必要とされた。加えて、薄暗い林分条件下では、立木直径識別マークの判別が困難となる。
【００２２】
本願発明は、このような従来の測定機材における、林分の傾斜角度補正の困難性を解消するとともに、必要とする最終データへの変換の容易性、薄暗い林分条件下での測定精度の向上を図ることを目的とするものである。
【００２３】
【問題を解決するための手段】
本願発明では、容易に傾斜角度補正がなされるように、透明プラスチック版に、林分の傾斜角度毎の複数の立木直径識別マークを示すことにより、容易に傾斜角度補正を行った上で、カウント本数ｘの測定を可能とする機構を設けたものである。
【００２４】
また、透明プラスチック版に、測定したカウント本数ｘ並びに別途測定した平均樹高をもとに、林分の材積量を算出する換算表を設けたものである。
【００２５】
加えて、薄暗い林分条件下においても、立木直径識別マークを明確に識別可能とする照明装置を設けたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図１から図２に基づいて、本発明の実施形態を説明する。図１は、発明の実施形態に係る材積量測定装置の正面図である。１ａから１ｄは、林分の傾斜角度毎の立木直径識別マークである。２はカウント本数ｘと平均樹高より林分蓄積を求める換算表である。３は、薄暗い林分条件下において、立木直径識別マークを明瞭に示すための照明装置である。
【００２７】
図２は、発明の実施形態に係る材積量測定装置の背面図である。４は林分の傾斜角度を測定するための測定目安である。
【００２８】
１ａは、水平林分で使用する立木直径識別マークであり、前述のＫスケールの立木直径識別マークである円と同様な原理の下に構成されている。
【００２９】
さて、調査対象である林木がすべて平地にある場合は、定点に立ち、１ａの立木直径識別マークを基に、同立木直径識別マークをはみ出した立木を一本ずつ計測する事により、カウント本数ｘを測定することになる。
【００３０】
しかしながら、調査対象地が傾斜地である場合、前述のとおり、林分の傾斜角度の補正が必要となる。このため、本願発明では、林分の傾斜角度毎の複数の立木直径識別マークを設定することにより、林分の傾斜角度を補正する構造となっている。
【００３１】
このため、林分の傾斜角度θが０°の林分（水平林分）で使用する立木直径識別マーク１ａとあわせ、主に使用する林分の傾斜角度、並びに得られる調査結果の誤差範囲を勘案し、林分の傾斜角度θがθｂ、θｃ、θｄの林分で使用する立木直径識別マーク１ｂ、１ｃ、１ｄを組み合わせることにより、適切に傾斜角度補正がなされるようにしている。
なお、これら林分の傾斜角度の区分は、主に使用する林分の傾斜角度によって、さらに細分化あるいは簡略化して構成してもよい。
【００３２】
以下、本願発明において、傾斜角度補正を行うための理論並びに立木直径識別マークの幅の設定について説明する。
いま、林分の傾斜角度θの傾斜林分の中心に、調査者が位置していると仮定する。調査地点から全周を見渡した場合の、調査地点から観察される傾斜角度θ’は、−θから＋θまでの間で連続的に変化する。
このため、Ｋスケールを用いた調査では、この調査地点から全周を見渡した場合の、調査地点から観察される傾斜角度θ’に応じて、連続的に腕を伸縮することにより、傾斜角度を補正する必要がある。
一方、本願発明における、立木直径識別マークは、調査地点から全周を見渡した場合の、調査地点から観察される傾斜角度θ’の平均値である、傾斜角度平均値δを、
【数７】により求めることにより、林分の傾斜角度を一律に補正することとしている。
【００３３】
【数７】

【００３４】
また、本願発明は、使用者の腕の長さにより立木識別マークの幅を変えることにより、調査者の体格に左右されないよう措置する。すなわち、例えば、腕の長さが５５ｃｍの調査者に適合する立木直径識別マークで構成される本願発明の調査機材を、腕の長さが７０ｃｍの調査者が用いた場合、測定結果は過大なものとなる。
これを防止するためには、あらかじめ、調査者の腕の長さに合わせて、立木直径識別マークの幅を調整する必要がある。
換言すれば、調査者の腕の長さに応じて、カスタムメイドで立木直径識別マークの幅を設定することとなる。
【００３５】
このため、基準となる腕の長さをＰ１、基準となる立木直径識別マークの幅をｐ１とすると、林分の傾斜角度θの場合における、腕の長さがＰ２の調査者に適合した立木識別マークの幅ｐ２は、
【数８】のとおりとなる。
なお、基準となる立木直径識別マークの幅は、本願発明を使用する林分に応じて、
【表１】に示す胸高断面積定数Ｋに基づいて設定する。
【００３６】
【数８】

【００３７】
さて、立木直径識別マークを用いて、カウント本数ｘを測定した後に、林分の材積を算出する必要がある。このため、本願発明には、カウント本数ｘと平均樹高Ｈから林分材積Ｖ／ｈａを算出する換算表を設ける。
換算表は、一般に用いられている換算式である
【数９】を用いる。
なお、換算表は、主に使用する林分に応じて、カウント本数Ｘと平均樹高Ｈの範囲を適宜に構成しても良い。また、近年、地球温暖化問題への対応の一つとして、森林が大気中の二酸化炭素を吸収し、炭素の形で固定する役割が注目されているところである。このため、本願発明を樹木の炭素固定量測定装置として用いる場合には、本願発明の換算表を、
【数９】に林分材積Ｖ／ｈａを炭素固定量Ｃ／ｈａに換算するための換算係数Ｐを乗じることにより得られる、炭素固定換算表により構成しても良い。
【００３８】
【数９】Ｖ／ｈａ＝ｘｘＫｘＨ ÷ ２
【００３９】
加えて、曇天あるいは林分内の樹冠が高密度のために、林分内が暗い条件下の場合には、３に示す本願発明のプラスチック版下部に装着した照明装置により、立木直径識別マークを照らすことにより、明瞭な立木直径識別マークの判別が可能となる。
なお、照明装置は、使用する林分に応じて、構成の要素としなくてもよい。
【００４０】
更に、本願発明によりカウント本数ｘを測定するためには、林分の傾斜角度θに応じた立木直径識別マークで調査を行う必要がある。
このため、林分の傾斜角度θを、４に示した林分の傾斜角度測定目安を用いて測定する。
【００４１】
次に当該実施形態に係る実施例を説明する。
実施例
林分の傾斜角度θが２０°の３２年生スギ林分において、シュピーゲルレラスコープと同程度の調査精度を有し、Ｋスケールよりも調査精度の高い、ビッターリッヒ法の理論を用いた胸高断面積合計測定装置であるデンドロメーターを用いて測定したカウント本数ｘと、本願発明装置を用いて測定したカウント本数ｘの比較をした。
なお、比較調査は、６名で行うとともに、一人あたりの調査回数は３回として、その平均値を求めて、比較調査データとした。
その結果、デンドロメーターによる測定値に対して、本願発明装置による測定値の誤差の平均は±０％、誤差の標準偏差は０．５６であった。
また、林分の傾斜角度θが３０°の３２年生スギ林分において、同様の比較調査を行ったところ、デンドロメーターによる測定値に対して、本願発明装置による測定値の誤差の平均は±０％、誤差の標準偏差は０．８８であった。
【００４２】
また、本願発明装置による調査時間は、デンドロメーターによる測定時間と比較して、林分の傾斜角度θが２０°の林分では、２６％、林分の傾斜角度θが３０°の林分では３０％となり、これら実施例から、本願発明装置の実用性は確認された。
【００４３】
【発明の効果】
本願発明は、以上説明したように、特に林分の傾斜角度を簡易な構成で補正し、直ちに樹木の材積量の算出を可能とする。しかも、常に携帯可能な程度の大きさにとどめるとともに、安価に製造可能なことから、森林調査に資するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施形態を示す正面図である。
【図２】本願発明の実施形態を示す背面図である。
【図３】Ｋスケールの正面図である。
【符号の説明】
１ａ・・・・・・・水平林分で使用する立木直径識別マーク
１ｂ・・・・・・・林分の傾斜角度θｂで使用する立木直径識別マーク
１ｃ・・・・・・・林分の傾斜角度θｃで使用する立木直径識別マーク
１ｄ・・・・・・・林分の傾斜角度θｄで使用する立木直径識別マーク
２・・・・・・・・林分材積換算表
３・・・・・・・・照明装置
４・・・・・・・・林分の傾斜角度測定目安
５・・・・・・・・胸高断面積定数Ｋが４の立木直径識別マーク
６・・・・・・・・胸高断面積定数Ｋが２の立木直径識別マーク

Claims

透明プラスチック板に、林分の傾斜角度毎の立木直径識別マークを示したことを特徴とする樹木の材積量測定装置。
前記立木直径識別マークは、林地内の調査地点から全周を見渡した場合の、調査地点から観察される傾斜角度の平均値を用いて、一律に傾斜角度を補正したものであることを特徴とする樹木の材積量測定装置。
前記透明プラスチック板に示した立木直径識別マークを用いて測定した立木カウント数並びに別途測定した平均樹高をもとに、林分の材積量を算出する換算表を添付したことを特徴とした樹木の材積量測定装置。
前記透明プラスチック板の背面に、林分の傾斜角度を測定する目安を示すことにより、林分の傾斜角度の測定を容易とすることを可能にすることを特徴とする樹木の材積量測定装置。
前記透明プラスチック板の下部に、照明装置を装着することにより、前記立木直径識別マークを明確に識別可能とすることを特徴とする樹木の材積量測定装置。