陶吉興,張國江,季碧勇
(浙江省森林資源監(jiān)測中心,浙江 杭州 310020)
森林資源一類清查與二類調(diào)查數(shù)據(jù)控制與融合研究
陶吉興,張國江,季碧勇
(浙江省森林資源監(jiān)測中心,浙江 杭州 310020)
同時開展省、市森林資源一類清查與縣級二類調(diào)查的地方,并存著一類清查數(shù)據(jù)和二類調(diào)查數(shù)據(jù)的加合數(shù),出現(xiàn)了二套數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。以浙江省森林資源為研究對象,分析了一類與二類兩個調(diào)查體系的方法基礎(chǔ)、方案設(shè)計、適用范圍、數(shù)據(jù)特性和服務(wù)適用性,對一類清查與二類調(diào)查數(shù)據(jù)的控制與融合作了深入研究。闡述了一類清查對二類調(diào)查的3種不同的控制形式,一類清查與二類調(diào)查的2種融合方式,對每種控制形式和融合方式進(jìn)行了實證分析,提出了各自的適用范圍。
一類清查;二類調(diào)查;控制;融合;森林資源
上世紀(jì)80年代,我國形成了以森林資源連續(xù)清查為主體的國家森林資源監(jiān)測體系和以森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查為主體的地方森林資源監(jiān)測體系[1~2]。國家森林資源連續(xù)清查,以?。ㄖ陛犑?、自治區(qū))為單位,主要依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計理論進(jìn)行設(shè)計,采用固定樣地定期復(fù)查的抽樣調(diào)查方法,簡稱“一類清查”。森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查,以森林經(jīng)營管理單位或縣級行政區(qū)域為調(diào)查總體,主要采用小班區(qū)劃并逐塊調(diào)查的方法,簡稱“二類調(diào)查”。
浙江省的一類清查已延伸至各設(shè)區(qū)市,對于省、設(shè)區(qū)市范圍的森林資源調(diào)查,并存著一類清查與二類調(diào)查加合兩種森林資源數(shù)據(jù)。在同一個調(diào)查范圍,由于調(diào)查方法不同,產(chǎn)生了不同的數(shù)據(jù),給數(shù)據(jù)的使用者帶來了不解和不便。實現(xiàn)一類清查與二類調(diào)查的科學(xué)對接,是森林資源一體化監(jiān)測工作中迫切需要解決的一個重大技術(shù)問題[3~4]。
1.1 兩個調(diào)查體系特征分析
森林資源一類清查與二類調(diào)查,從方案設(shè)計、調(diào)查方法、調(diào)查目的和服務(wù)對象等方面都不相同,兩個調(diào)查體系各自所呈現(xiàn)的特征見表1。
表1 兩個調(diào)查體系特征分析Table 1 Characteristics of the two inventory systems
1.2 現(xiàn)實分析
一類清查與二類調(diào)查是兩個不同調(diào)查體系,因而數(shù)據(jù)不可能完全一致。聶祥永認(rèn)為,森林資源監(jiān)測數(shù)據(jù)的主要誤差來源于技術(shù)方法、時空差異和人為因素等原因[4];曾偉生等也認(rèn)為,兩套數(shù)的不一致主要受技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)查時間、調(diào)查質(zhì)量的影響[5]。據(jù)曾偉生等研究,各省的一類清查和二類調(diào)查數(shù)據(jù)普遍相差較大,而且絕大部分是二類調(diào)查數(shù)據(jù)大于一類清查數(shù)據(jù)[6]。湖北省1999年同時進(jìn)行一類清查與二類調(diào)查,二類調(diào)查的森林面積和森林蓄積均高出一類清查數(shù)據(jù)的20%以上[6];廣東省2012年進(jìn)行了一類清查和二類更新,一類清查林地面積1 031.83萬hm2、森林面積861.52萬hm2,二類調(diào)查則相應(yīng)為1 097.16萬hm2,1 024.24萬hm2[7],林地面積二類較一類高6.3%,但森林面積相差162.72萬hm2,二類較一類高18.9%。2009年是浙江省連清調(diào)查年,同時出于編制林地保護(hù)利用規(guī)劃需要,將各縣的“十一五”森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)一更新至2009年,結(jié)果顯示,林地面積、森林面積,二類調(diào)查分別較一類清查大2.3%,5.4%,但二類的活立木蓄積較一類的小4.7%[8~9]。
以上結(jié)果顯示,二類調(diào)查數(shù)據(jù)普遍偏大,特別是面積類指標(biāo);蓄積類數(shù)據(jù)則通常一類大于二類。
1.3 研究數(shù)據(jù)源
浙江省1979年建立連續(xù)清查體系,至今已完成了8次國家森林資源清查。自2004年起,建立了省級森林資源年度監(jiān)測體系,采取每年復(fù)查1/3的連清固定樣地方法,實現(xiàn)了省級年年出數(shù);2012年起,省年度監(jiān)測體系升格為省、市聯(lián)動年度監(jiān)測體系,在對4 252個省級樣地進(jìn)行全面復(fù)查的基礎(chǔ)上,通過樣地加密方法,將省級年度監(jiān)測延伸到各設(shè)區(qū)市,實現(xiàn)了省、市聯(lián)動森林資源年度出數(shù),目前全省每年調(diào)查的樣地總數(shù)已達(dá)到5 375個。
浙江省的森林資源二類調(diào)查,已完成了5次,最近完成的是“十一五”(2005-2009年)二類調(diào)查。2005年開始推動縣級森林資源動態(tài)監(jiān)測,努力解決縣級森林資源年度出數(shù)問題,目前以26個欠發(fā)達(dá)縣為主體的資源年度監(jiān)測工作已進(jìn)入常態(tài)化。目前正在開展新一輪二類調(diào)查,要求林木蓄積量300萬m3以上的縣,對二類調(diào)查結(jié)果進(jìn)行抽樣控制[10]。
2008-2012年,以杭州市為研究地,開展了市、縣聯(lián)動森林資源監(jiān)測,市級采用固定樣地抽樣調(diào)查方法,縣級采用抽取部分小班復(fù)位調(diào)查、模型推算、檔案更新相結(jié)合方法,建立市級抽樣控制下的縣級二類聯(lián)動更新森林資源年度監(jiān)測體系,實現(xiàn)了市、縣聯(lián)動年年出數(shù)據(jù)[11]。
上述諸多省、市、縣一類清查與二類調(diào)查數(shù)據(jù)構(gòu)成了本研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)材料。
2.1 控制形式
在森林資源監(jiān)測中,一類清查與二類調(diào)查兩個體系多數(shù)情況下獨立運行、互不銜接,因而出現(xiàn)了兩套數(shù)據(jù)。有人認(rèn)為二類調(diào)查以小班為基礎(chǔ)逐塊區(qū)劃調(diào)查的,應(yīng)更為準(zhǔn)確。但事實并非如此,二類調(diào)查的優(yōu)勢是能將數(shù)據(jù)落實到具體地點,且小成數(shù)地類數(shù)據(jù)更可靠,而總體數(shù)據(jù)及大成數(shù)地類數(shù)據(jù),一類清查比二類調(diào)查更準(zhǔn)確、可靠,更接近真實[6~8],且一類清查的主要指標(biāo)有精度保證、區(qū)間范圍。鑒此,采用一類總體數(shù)據(jù)控制二類調(diào)查數(shù)據(jù),實踐證明有效。
所謂一類清查對二類調(diào)查的控制,并非要求兩個調(diào)查體系的指標(biāo)數(shù)據(jù)完全相等,而是要求二類調(diào)查的指標(biāo)數(shù)值落在一類清查相應(yīng)指標(biāo)的區(qū)間范圍內(nèi),且越接近指標(biāo)中值越好;若超出區(qū)間范圍,則需要進(jìn)行糾錯、補(bǔ)課、調(diào)整乃至返工。一類清查對二類調(diào)查的控制,主要是林地面積、森林面積、林木蓄積、森林蓄積4個大成數(shù)指標(biāo)的控制,浙江省的實踐形式主要有3種。
(1)以省域為總體、各設(shè)區(qū)市為副總體,建立了以抽樣調(diào)查為基本方法的省、市聯(lián)動監(jiān)測體系,利用省總體一類清查數(shù)據(jù)對11個副總體的一類清查數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。
(2)采用市級一類抽樣調(diào)查、縣級二類動態(tài)更新方法,建立了市、縣聯(lián)動監(jiān)測體系,利用各設(shè)區(qū)市一類清查數(shù)據(jù)對所轄縣的二類動態(tài)更新合計數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。
(3)在縣級森林資源二類調(diào)查中,要求林木蓄積量300萬m3以上的縣,采用抽樣控制下的二類調(diào)查方法,利用一類清查數(shù)據(jù)對二類調(diào)查結(jié)果進(jìn)行控制,目前規(guī)程要求對林木蓄積量指標(biāo)進(jìn)行抽樣控制[10]。
2.2 結(jié)果分析
2.2.1 省、市聯(lián)動監(jiān)測 2012年浙江省建立了省、市聯(lián)動森林資源監(jiān)測體系,省總體與市副總體均采用一類清查方法,至今已連續(xù)開展4 a,屬于省一類數(shù)據(jù)控制市一類數(shù)據(jù)的控制類型,其主要指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果見表2。表2顯示,2012-2015年,11個副總體的各指標(biāo)合計數(shù)均在相應(yīng)的省總體指標(biāo)區(qū)間內(nèi),且與其中值十分接近,說明省總體對11個副總體具有很好的控制效果。這是由于省總體與市副總體均采用一類清查方法且副總體樣地是在省總體樣地基礎(chǔ)上加密而成,使得省總體對11個副總體數(shù)據(jù)的控制作用達(dá)到了非常理想的效果。
表2 省、市聯(lián)動監(jiān)測主要指標(biāo)Table 2 Monitoring index for CFI and FMI
2.2.2 市、縣聯(lián)動監(jiān)測 2008-2012年,選擇杭州市開展了市、縣聯(lián)動森林資源監(jiān)測研究,市級采用固定樣地抽樣調(diào)查方法,縣級采用抽取部分二類小班復(fù)位調(diào)查、模型推算、檔案更新相結(jié)合方法,建立市級抽樣控制下的縣級聯(lián)動更新年度監(jiān)測體系,其主要指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果見表3。
表3顯示,市對縣的控制屬于市一類數(shù)據(jù)對縣二類合計數(shù)的控制,各年度各指標(biāo)的合計數(shù)也均在相應(yīng)的市總體指標(biāo)區(qū)間內(nèi),但從離中值情況分析,其控制效果顯然不及省一類數(shù)據(jù)對市一類數(shù)據(jù)的控制。實際工作中,如果縣級二類更新合計數(shù)不在市抽樣調(diào)查區(qū)間范圍時,應(yīng)以縣為單位分析二類動態(tài)更新的工作質(zhì)量,對工作質(zhì)量差的縣先進(jìn)行整改,效果仍不理想,再整改質(zhì)量次差的縣,若多數(shù)縣進(jìn)行整改后效果還不理想,就要考慮系統(tǒng)誤差,需對縣級二類更新數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)平差,使其落到市級一類指標(biāo)區(qū)間內(nèi)。
表3 市、縣聯(lián)動監(jiān)測主要指標(biāo)Table 3 Monitoring index for forest inventory of city and county
2.2.3 縣級抽樣控制下的二類調(diào)查 所謂抽樣控制下的二類調(diào)查,即要求森林資源相對豐富的縣,開展二類調(diào)查時,對其主要指標(biāo)進(jìn)行一類抽樣控制,以防止二類調(diào)查出現(xiàn)系統(tǒng)偏差,確保二類調(diào)查結(jié)果與一類清查結(jié)果有良好對接。此時,一類清查與二類調(diào)查的時間、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)查人員應(yīng)該一致,二類調(diào)查結(jié)果與一類清查結(jié)果越接近,說明二類調(diào)查質(zhì)量越好。麗水市是浙江省的重點林區(qū),轄9個縣(市、區(qū)),在“十一五”二類調(diào)查時,均按要求對林木蓄積量指標(biāo)進(jìn)行了抽樣控制,取得了良好的效果,結(jié)果詳見表4。
表4 縣級抽樣控制調(diào)查林木蓄積量指標(biāo)Table 4 Forest stock in the same sample plots as CFI at county level
表4顯示,麗水市轄下的9個縣(市、區(qū)),其二類調(diào)查林木蓄積量均在一類抽樣的控制區(qū)間范圍,說明二類調(diào)查結(jié)果可信、質(zhì)量較好。但各縣的表現(xiàn)情況有所不同,蓮都、縉云、青田、慶元明顯低于指標(biāo)中值,松陽、遂昌、云和、景寧、龍泉稍高于中值。
3.1 融合方式
一類清查與二類調(diào)查的融合,根據(jù)融合環(huán)節(jié)不同,可分為數(shù)據(jù)融合與工作融合兩種方式。
3.1.1 數(shù)據(jù)融合 數(shù)據(jù)融合是指當(dāng)一類清查與二類調(diào)查的兩套數(shù)據(jù)并存時,依據(jù)兩個調(diào)查體系的各自特征,按照一定的處理規(guī)則,通過合適的方法與手段,綜合出一套修正數(shù)據(jù)。
(1)一類清查是有精度保證的實測調(diào)查,且具有指標(biāo)值越大精度越高的特征,林地面積、林木蓄積2個總體指標(biāo)及森林面積、森林蓄積2個大成數(shù)指標(biāo),擬采用一類清查數(shù)據(jù)。
(2)二類調(diào)查不論指標(biāo)值大小,其調(diào)查精度基本一致,一類清查小成數(shù)指標(biāo)精度很低,除上述四大指標(biāo)外的其它指標(biāo),依據(jù)二類調(diào)查結(jié)果,通過按占比攤算方法確定其指標(biāo)值。
(3)具體數(shù)據(jù)融合程序。林地面積、林木蓄積、森林面積、森林蓄積4大指標(biāo)按一類清查結(jié)果確定指標(biāo)值;面積類指標(biāo)與蓄積類指標(biāo)兩大體系,按照各指標(biāo)的邏輯層級關(guān)系,在每一個邏輯層內(nèi)先根據(jù)二類調(diào)查指標(biāo)值計算各指標(biāo)的占比,再根據(jù)其占比大小按邏輯層對一類清查的全額或余額進(jìn)行攤算,得到經(jīng)融合處理后的指標(biāo)值。3.1.2 工作融合 工作融合是指二類基礎(chǔ)年調(diào)查獨立開展、形成獨立的基礎(chǔ)年數(shù)據(jù)后,在監(jiān)測年二類動態(tài)更新時,利用同個年度的一類清查樣地數(shù)據(jù)建立林分更新模型,再利用更新模型對二類調(diào)查小班進(jìn)行動態(tài)更新,使得二類更新的小班數(shù)據(jù)中有一類清查數(shù)據(jù)的痕跡,受到一類清查結(jié)果的影響。至于二類基礎(chǔ)年時的融合,則采用數(shù)據(jù)融合方法。
工作融合是在監(jiān)測年通過一類清查與二類調(diào)查的工作協(xié)同實現(xiàn),其協(xié)同點是建立二類小班數(shù)據(jù)更新模型時,采用了一類樣地調(diào)查的原始數(shù)據(jù)作為建模樣本,使一類清查的部分工作內(nèi)容被吸納到了二類動態(tài)更新工作之中,實際上工作融合的同時,也包含了原始調(diào)查數(shù)據(jù)的融合,使得二類動態(tài)更新結(jié)果不會與一類清查結(jié)果偏離太大。
3.2 結(jié)果分析
3.2.1 數(shù)據(jù)融合實例 以杭州市2008年完成的市、縣聯(lián)動森林資源基礎(chǔ)年監(jiān)測成果為例,對市級一類清查數(shù)據(jù)與所轄縣二類動態(tài)更新合計數(shù)進(jìn)行面積類、蓄積類指標(biāo)融合,各地類標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查技術(shù)規(guī)程》(GB/T26424—2010)和《浙江省森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查技術(shù)操作細(xì)則(2004年)》。結(jié)果詳見表5、表6。
表5 面積類指標(biāo)一類清查與二類調(diào)查數(shù)據(jù)融合Table 5 Data fusion of area indicators of CFI and FMI
表6 蓄積類指標(biāo)一類清查與二類調(diào)查數(shù)據(jù)融合Table 6 Data fusion of forest stock of CFI and FMI
表5、表6均體現(xiàn)了總體指標(biāo)數(shù)和大成數(shù)指標(biāo)數(shù)按照一類清查結(jié)果確定,小成數(shù)指標(biāo)數(shù)按照二類調(diào)查數(shù)據(jù)先計算其各自的占比,然后根據(jù)占比進(jìn)行分?jǐn)偞_定。根據(jù)這一方法,還可繼續(xù)對下個層級的指標(biāo)值進(jìn)行分?jǐn)偞_定,如未成林地中,可再分解為未成林造林地、未成林封育地;無立木林地中,可再按采伐跡地、火燒跡地、其它無立木林地進(jìn)行分解;宜林地中,可再按宜林荒山荒地、宜林沙荒地、其它宜林地進(jìn)行分解。森林蓄積中,按林種、齡組、權(quán)屬等作進(jìn)一步分解。
3.2.2 工作融合實例 以麗水市為例[12],利用2014和2015年固定樣地復(fù)位調(diào)查數(shù)據(jù),篩選出兩期均為喬木林的405個樣地作為建模樣本,建立小班林分生長率模型進(jìn)行同年度的林分生長量更新。模型以林分平均胸徑為自變量,以保留木進(jìn)界木生長量減去枯損木消耗量后的林分蓄積年生長率為因變量,采用聯(lián)立方程組模型和非線性混合效應(yīng)模型方法,構(gòu)建胸徑與生長率混合模型的聯(lián)立方程組。生長率混合模型的聯(lián)立方程組結(jié)構(gòu)式為:
式中,PV為當(dāng)期蓄積生長率預(yù)估值,為當(dāng)期林分平均胸徑預(yù)估值,Dpre為前一年林分平均胸徑,齡組、起源、樹種組的隨機(jī)效應(yīng)參數(shù)值見表7。
表7 生長率模型隨機(jī)效應(yīng)參數(shù)值Table 7 Parameter value of random effect for growth rate model
將表7的隨機(jī)效應(yīng)某一類目值代入聯(lián)立方程組結(jié)構(gòu)式,即得到不同胸徑、齡組、起源、樹種組的林分生長率預(yù)測值,實現(xiàn)了抽樣外業(yè)調(diào)查工作與小班生長率模型建模樣本采集工作的融合。同時,抽樣調(diào)查生長率監(jiān)測結(jié)果對模型更新的生長率起控制和檢驗作用,也實現(xiàn)了抽樣監(jiān)測生長率控制數(shù)與數(shù)學(xué)模型生長率更新結(jié)果分析與控制的工作融合[13]。
在一類清查與二類調(diào)查體系已經(jīng)存在的情況下,重新采用一個新的體系不大現(xiàn)實,進(jìn)行協(xié)調(diào)處理才是明智的做法。為此,針對一類清查與二類調(diào)查數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)性問題進(jìn)行了探索研究,提出了控制與融合的基本思路和方法。
(1)一類清查與二類調(diào)查是兩個調(diào)查體系,調(diào)查因子及統(tǒng)計指標(biāo)很多,結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜,保證所有統(tǒng)計指標(biāo)特別是成果統(tǒng)計表的協(xié)調(diào)統(tǒng)一,幾乎不可能,因此妥協(xié)兼顧十分必要。目前的處理方法能做到主要指標(biāo)數(shù)據(jù)或一級指標(biāo)數(shù)據(jù)相協(xié)調(diào),但進(jìn)一步細(xì)化的結(jié)構(gòu)性統(tǒng)計表,如喬木林面積蓄積按齡組統(tǒng)計表等含有多個統(tǒng)計因子交叉組合的表格,很難做到協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
(2)一類清查與二類調(diào)查的協(xié)調(diào)結(jié)果存在著兩種情況,一是兩套數(shù)據(jù)調(diào)整成一套數(shù)據(jù);二是使二類調(diào)查結(jié)果落在一類調(diào)查允許的區(qū)間范圍內(nèi),使兩套數(shù)據(jù)得到較好對接。在實際工作中,應(yīng)根據(jù)不同的情況做出具體的分析與選擇。
(3)一類清查數(shù)據(jù)與二類調(diào)查數(shù)據(jù)不能同等對待,要分清情況,主次有別[14]。通行的做法,總體數(shù)據(jù)與大成數(shù)指標(biāo)數(shù),即主要資源數(shù)據(jù)依據(jù)一類清查直接確定;小成數(shù)指標(biāo)數(shù),依據(jù)二類調(diào)查數(shù)據(jù)通過占比分?jǐn)偡椒ù_定。盡管如此,分?jǐn)偟墓ぷ髁靠赡芎艽螅荒芡A粼谝患壷笜?biāo)的分?jǐn)偵?,如再進(jìn)一步細(xì)分到起源、林種、齡組、樹種組等,就不可能保證完全統(tǒng)一了。另一種較少采用的方法,以二類調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),小成數(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)由二類調(diào)查直接確定,大成數(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)根據(jù)一類清查結(jié)果進(jìn)行修正,經(jīng)修正后的二類數(shù)據(jù)落到一類數(shù)據(jù)允許的誤差限范圍,兩套數(shù)據(jù)雖不一致但也相協(xié)調(diào)。
(4)在森林資源一體化監(jiān)測工作中,同個行政區(qū)范圍的一類清查與二類調(diào)查融合,基礎(chǔ)年適合數(shù)據(jù)融合方法,監(jiān)測年適合工作融合方法。
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Research on Data Control and Fusion of Continuous Forest Inventory and Forest Management Inventory
TAO Ji-xing,ZHANG Guo-jiang,JI Bi-yong
(Zhejiang Forest Resources Monitoring Center, Hangzhou 310020, China)
Data are different from continuous forest inventory (CFI) and forest management inventory (FMI) in the same place. Analysis was made on difference between CFI and FMI in terms of method, scheme design, application, data characteristics and services in Zhejiang province. Descriptions were made on three different control forms of CFI data on FMI one, and two fusion methods of CFI on FMI. Empirical analysis was carried out on each control form and fusion method, and their scope of application.
continuous forest inventory; forest management inventory; control; fusion; forest resources
S757.2
A
1001-3776(2016)06-0008-07
2016-06-23;
2016-09-28
國家林業(yè)局“全國森林資源年度監(jiān)測試點”項目(資調(diào)函[2014]53號)
陶吉興(1963-),男,浙江紹興人,教授級高工,從事森林資源調(diào)查監(jiān)測與規(guī)劃評估工作。