辽宁省地方标准.doc

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1、辽辽 宁宁 省省 地地 方方 标标 准准辽东地区油松二元立木材积表辽东地区油松二元立木材积表编制说明编制说明辽宁省林业调查规划院辽宁省林业调查规划院2017 年年 10 月月目 录一、标准制定的背景 .1二、主要工作过程 .1三、标准起草的原则 .3四、标准编写格式与标准编制技术过程 .3五、采用国际标准和国家标准的程度 .13六、与现行法律和强制性标准的关系 .13七、重大分歧意见的处理经过和依据 .13八、贯彻标准的要求和措施建议 .131一、标准制定的背景一、标准制定的背景1.1.标准编制意义标准编制意义林业数表是森林资源度量衡，在森林资源与生态环境监测、森林经营和管理、森林资源资产评估

2、、林业重点工程成效评价、林业执法和应对气候变化等方面应用广泛。立木材积表是反映胸径、树高等测树因子之间关系的林业数表，是最基础、最重要的林业数表。二元立木材积表是调查、计量森林资源的“度量计” ，是林业生产经营基础工具。国家林业局对林业数表编制工作非常重视，出台了林业数表管理办法等相关规范性文件。2.2.标准编制原因标准编制原因根据国家林业局关于印发的通知(林资发2011115 号)要求,使用期限超过 20 年的林业数表，或者数表编制对象的总体特征发生显著变化的，应当组织适用性检验。经适用性检验林业数表使用误差在允许误差内的，可以继续使用，否则要进行修订和重新编制。我省 1994 年编制的辽东

3、地区油松二元立木材积表已在生产实践中应用 23 年，有必要进行适用性检验。通过收集样本 222 个，对原辽东地区油松二元立木材积表进行检验，检验总相对误差为 14.23%，需重新编制辽东地区油松二元立木材积表 。3.3.任务来源任务来源本项目依据辽宁省实施标准化发展战略联席会议办公室关于下达 2015 年辽宁省地方标准制修订项目计划的通知 （辽标联办发20156 号）要求，由辽省林业厅提出并归口，辽宁省质量技术监督局下达，立项编号 XXXXXXX。本标准的制定由辽宁省林业调查规划院承担的外业调查、资料整理、检查验收、技术标准起草、数据检验和实施推广等全部工作。二、主要工作过程二、主要工作过程1

4、.1.项目前期工作项目前期工作按照省林业厅要求，省林业调查规划院于 2015 年 10 月完成工作方案和技术方案制定，2015 年 11 月至 2016 年 1 月完成用于验证的标准木资料测定与收2集工作，编制组对原油松二元材积式进行检验。原油松二元立木材积式：852449. 0887572. 11597. 09791. 00000818856. 0HDV）（其中：V 为推算材积，D 为胸径，H 为树高。适用性检验采用总相对误差法，公式： %100 iii VVVRs式中为单株材积实测值、为单株材积估计值。当-3%Rs3%时，材IViV积式适用，否则不适用。编制组单独收集油松标准木 222 株

5、，其中异常数据 10 株，用于检验 212 株，检验总相对误差为 14.23%。依据林业数表管理办法适用性检验标准，使用误差在允许误差内的，林业数表可以继续使用；在允许误差 1-3 倍内的，应当进行修订；大于 3 倍应当重新编制。检验误差大于 3 倍误差，原材积式不适用，需重新编制。2.2.项目的申报及任务下达项目的申报及任务下达2016 年 3 月，辽宁省林业厅根据省质量技术监督局文件要求，下达了征集林业地方标准制修订计划的通知。辽宁省林业调查规划院依据辽宁省林业生产的实际需求和自身多年的研究工作积累，向省林业厅科技处提出了制定辽东油松二元立木材积表地方标准的建议，2016 年 4 月辽宁省

6、技术监督局下达立项计划。3.3.编写过程编写过程本标准编制一直得到辽宁省林业厅科技处的指导，同时也得到林业科研、管理和生产等部门专家的大力支持。具体工作进程如下：第一阶段：立项准备阶段（第一阶段：立项准备阶段（20162016 年年 3 3 月月20162016 年年 4 4 月）月）2016 年 3 月，按照省林业厅征集林业地方标准制修订计划的通知要求，辽宁省林业调查规划院成立标准编制组，正式向林业厅科技处递交地方标准项目建议书，2016 年 4 月获批立项。3第二阶段：标准起草阶段（第二阶段：标准起草阶段（20162016 年年 5 5 月月20162016 年年 1212 月）月）201

7、6 年 5 月2016 年 12 月，标准编制组成员整理、总结已有的研究工作，同时收集相关资料，2016 年 12 月底完成了标准的初稿。第三阶段：征求意见阶段（第三阶段：征求意见阶段（20172017 年年 5 5 月月20172017 年年 1010 月）月）2017 年 10 月底完成了标准的征求意见稿，2017 年 5 月通过发送信函方式在林业科研、管理和生产等部门广泛征求意见。第四阶段：修改完善阶段（第四阶段：修改完善阶段（20172017 年年 1010 月月20172017 年年 1111 月）月）各单位返回修改意见后，2017 年 10 月标准编制组根据反馈意见对征求意见稿进行

8、了修改和完善，形成了标准的审定稿。提请专家组验收审定。三、标准起草的原则三、标准起草的原则为保证标准编制的科学性、规范性、先进性和适用性，使标准具有较高的质量，用以下原则指导标准编制工作：1.1.科学性和可行性科学性和可行性标准的编制是将立木材积表同生产实践相结合，关键技术指标的确定主要依据国家二元立木材积表编制技术规程中有关规定,体现了科学性和先进性；同时又考虑到在林业生产经营上可行性。2.2.地域性地域性标准的编制，充分考虑了辽宁省油松分布区域和立地条件，确定了标准木采集行政区域。3.3.创新性创新性利用麦夸特迭代法，取代平均胸径法和对数法，能有效避免样本信息失真和计算立木材积系统偏差，计

9、算结果更真实地反映立木材积。四、标准编写格式与四、标准编写格式与标准编制技术过程标准编制技术过程1.1.编写格式依据编写格式依据本标准编写格式依据 GB/T1.1标准化工作导则第 1 部分：标准的结构和编写规则 。2.2. 标准编制技术过程标准编制技术过程2.12.1 样本采集与整理样本采集与整理42.1.1 选样地样地选择的主要依据：地域不同，立地条件不同，龄组不同,尽可能到生长稳定的中龄林以上林分中选样地。2.1.2 样木选取样木数量：每一个样地上选样木数量一般在 57 株，每径阶 1 株。大径阶样木应尽可能在立地条件好的成熟林中多采集一些；最后一两个样地上的样木收集，应视已收集样木的径阶

10、分布情况作必要的调整。样木选取：根据拟定的样木数量，按预定径阶选取生长正常、干形在林分中具有代表性的样木。2.1.3 样木采伐伐倒前测定地径并标注位置，并标注胸高位置及树干的南北方向。样木伐倒后，测量树高并分 10 段分别测量带皮和去皮直径。2.1.4 样本构成油松共采集 860 株，其中集体 323 株，国有 537 株；本油松分布在抚顺市、本溪市、丹东市、铁岭市、鞍山市和辽阳市等。油松样本分布情况详见表 1-1。表 1-1 油松样木数据分布及数量统计表 单位：个合计合计抚顺市本溪市丹东市铁岭市鞍山市辽阳市其它建模样本6382436010816520339 检验样本2227017335835

11、722.1.5 样木材积计算建模样本和检验样本数据采集完成后，对调查记录表按规范格式进行认真整理和检查，并按如下要求计算每株样木的材积：平均段面区分求积=(G0+G0.2)*0.01H+(G0.2+G0.5)*0.015H+(G0.5+G1)5*0.025H+(0.5(G1+G9)+ G2+G8+1/3G9）*0.1H)*3.1415926/40000式中，H=树高，Gi=各区段分接处断面积（m2） 。材积以立方米（m3）为单位，保留 4 位小数。各材积计算完成后，必须重新复核一遍。2.1.6 异常数据处理散点图散点图根据样木测定结果，在直角坐标系中，分别绘制胸径（横轴）与材积（纵轴）的散点图

12、、树高与材积的散点图以及树高（纵轴）与胸径（横轴）的散点图，观察各样本数据在各直角坐标系中的分布状况，如果某一个样本偏离于其他样本，或少数样本偏离于绝大多数样本时，则该样本或少数样本为异常数据，予以剔除。三倍标准差三倍标准差计算每个径阶树高平均值，其中任一样本的差值大于相应的三倍标准差时，则该样本视为异常样本，予以剔除。剔除异常数据：原则上异常数据不超过总数的 5%，超过 5%样本不可用，需重新采集。本次样本中异常数据没超过 5%。油松编表样木数据 638 个，剔除异常数据 10 个，剩余 628 个；油松检验样木数据 222 个，剔除异常数据 10 个，剩余 212 个。油松编表样木数据按权

13、属和径阶分布情况详见表 2-1 至表 2-2。表表 2-12-1 油松编表样木数据分布及数量统计表油松编表样木数据分布及数量统计表 单位：个权 属树种合计合计抚顺市本溪市丹东市铁岭市鞍山市辽阳市其它6集 体国 有集 体国 有集 体国 有集 体国 有集 体国 有集 体国 有集 体国 有集 体国 有油松22341591152 60208865100146339表 2-2 油松样木数据按径阶分布情况统计表编表样本检验样本径阶平均胸径平均树高株数平均胸径平均树高株数 66.25.69286.25.689 88.17.29328.26.6111 1010.19.2731108.8212 1212.011

14、.923712.210.7412 1414.011.914114.311.6311 1616.013.34516.312.6212 181814.84618.213.8213 2019.815.683420.315.7418 2222.216.26442216.1912 2423.916.224323.917.1416 2626.117.073826.119.111 2828.017.44352818.0915 3030.018.57303017.1714 3232.118.973331.8187 3433.918.942433.820.338 3635.819.992536.120.198

15、3837.920.372137.719.3911 4039.822.151739.919.84 4242.122.741042.120.346 4443.723.9884420.252 4645.625.185 4848.128173.3.建模基本方程确定与选择建模基本方程确定与选择3.13.1 建模基本方程确定建模基本方程确定长期实践证明，二元立木材积经常使用以下八大模型：山本式 (1)21 0CCHDcV 奥盖尔 (2)(102HccDV动态模型 (3)(43)(21 0bHDccaHDccHDcV改编模型 (4)(43)(21 0fDHbHDcceDHaHDccHDcV孟宪宇 (5)DH

16、DcDcHDcHDccVlg2 42 33 22 10斯泊尔 (6)HDccV2 10纳斯伦德 (7) 2 42 32 22 10HDHccHDcDccV迈耶 （8) HcDHcDHcDcDccV52 432 210将建模数据代入以上非线性模型，用麦夸特迭代法计算。3.23.2 麦夸特迭代法（麦夸特迭代法（Levenberg-MarquardtLevenberg-Marquardt）简介）简介麦夸特方法的重要应用是拟合具有非线性系数的模型。令（x1,y1）,(xm,ym)是数据点，y=fc(x)是要进行拟合的函数，其中 c=c1,cp是一组选择的参数，用以最小化余项的平方和。r1(c)=fc(

17、x1)-y1rm(c)=fc(xm)-ym最小化 r1(c)2+rm(c)2定义 r= myxfcyxfc)()(m11 8D(r)ij= ji cr Dr= p1p111cr crcr crnn令 x0=初始向量，=常数A=Dr(ck)(ATA+diag(ATA)vk=-ATr(ck)Ck+1=ck+vk3.33.3 麦夸特迭代方法的优点麦夸特迭代方法的优点以往采取条件平均数以株数加权进行模型拟合的方法，是最为常见的二元立木材积建模方法，由于算术平均胸径小于断面平均胸径小于材积平均rDgD胸径，因而采用算术平均数建模，实际上平均胸径和树高并不是算术平均材vD积所真正对应的胸径和树高，这就导致

18、了信息失真，所拟合的模型由此产生系统正偏。非线性方程模型采取对数线性化进行拟合，预估变量 lgv 而不是 v,从而系统地产生了对材积偏差；对数法不能直接得到估计的精度，因为模型所给出的是 lgv 精度。而采用麦夸特迭代方法完全解决了上述问题。编辑麦夸特迭代方法程序，利用计算机进行计算，能快速处理大量数据，计算效果好，解决了人工无法完成大量数据复杂计算的问题。3.43.4 模型参数计算模型参数计算将油松编表样木（去掉异常值）数据 628 个代入八大模型公式，用麦夸特迭代方法计算各模型参数值，详见表 3-1。 油松各模型参数参考值表油松各模型参数参考值表表表 3-13-19模型山本式奥盖尔动态模型

19、改编模型孟宪宇斯泊尔纳斯伦德迈耶参数32795245c00.000091660.000151150.000060350.00000360-0.011585320.02958212-0.011232970.01608488c11.812030900.000030492.592941492.626671260.000079810.000036390.00020908-0.00358479c20.929582230.019133860.000927810.000000240.000021690.00016573a4.2858415364.99177000e0.80933147c30.27908985

20、1.731077400.000085790.000026480.00044640c40.037850670.00302739-0.000015240.000010110.00002307c5-0.00191872b1.687642977.2138826f0.40720343.53.5 建模方程评价建模方程评价3.5.13.5.1 主要技术指标确定的依据主要技术指标确定的依据评价回归模型的准则在统计文献中常见的有： 残差平方和Q、剩余标准差S余、复相关系数R、参数变动系数（稳定性） 、残差分布（随机性） 、以及模型的外推性等等，其中参数稳定性和残差分布随机性是评价通用性二元立木材积预测模型极为重

21、要的两项准则。3.5.23.5.2 参数变动系数参数变动系数参数变动系数=参数渐近标准差/参数估计值， （参数渐近标准差和参数估计值由麦夸特迭代程序计算输出） 。油松各模型方程参数变动系数分别见表 4-1。油松各模型参数变动系数表油松各模型参数变动系数表表表 4-14-1 单位：%模型山本式奥盖尔动态模型改编模型孟宪宇斯泊尔纳斯伦德迈耶参数32795245c06.52419.857851.9470115.0000-65.900711.2966-60.9727165.5217c11.24282.361424.846727.856323.24270.577117.7014-88.0847c22.6

22、953121.41953836.916083.333317.473547.4627a38.61543634.9753e3697.2260c3175.041742.210825.2244360.838442.9816c4113.05732750.8451-47.178560.138516.254910c5-136.1043b37.65732422.4132f2643.7449一般情况下，参数变动系数超过 50% 模型就不稳定。由表 4-1 可以看出油松动态模型、改编模型、孟宪宇、纳斯伦德、迈耶不稳定。3.5.33.5.3 稳定性模型残差分布的随机性稳定性模型残差分布的随机性山本式残差分布图：从上

23、图上看山本式残差在 X 轴上下分布均匀。奥盖尔残差分布图：从上图上看奥盖尔残差分布在 X 轴上下比较均匀。斯泊尔残差分布图：11从上图上看斯泊尔残差分布不均匀，斯泊尔模型不适合。3.5.43.5.4 稳定模型方程对照检验指标计算初步确定制表模型稳定模型方程对照检验指标计算初步确定制表模型残差平方和：麦夸特迭代程序计算输出。复相关系数：麦夸特迭代程序计算输出确定系数，由确定系数开平方得出复相关系数。总相对误差： %100 iii VVVRs平均相对误差： %100 NVVVEiii平均相对误差绝对值： %100 NVVVRMAiii预估精度： %100 12 TNNVVVtPiia剩余标准差：

24、12 TNVVSii）（余式中为单株材积实测值，为单株材积估计值，为样本单元数，为iViVNat置信水平 a 时的 t 分布值，T 为回归模型参数个数，为单株材积实测值的平V均数。油松各稳定模型方程对照检验指标分别见表 5-1。油松模拟方程选优精度对照表油松模拟方程选优精度对照表 表 5-1模型QRRsERMAS余P12山本式2.0436 0.9910 -0.5240 -2.8940 7.9303 0.0572 98.98 奥盖尔2.1748 0.9904 0.9433 0.8346 8.4494 0.0590 98.95当RS小于 3%且大于-3%时，模型有效。根据离差平方和小、相关系数大、

25、总相对误差小、相对误差平均值小、相对误差绝对值平均值小、剩余标准差小、预估精度大等原则进行选优。在油松模拟方程中选定山本式。油松山本式二元材程式：92958223. 08120309. 100009166. 0HDV4.4.适用性检验适用性检验为检验选定模型的适用精度，除编表样本外另选取了检验样本，其中油松212 个；检验方法用总相对误差（RS）法和 F 检验，当 RS 小于 3%且大于-3%，同时通过 F 检验（FF0.05） ，则选定模型适用，否则应重新建模或选择其它模型检验。4.14.1 总相对误差总相对误差总相对误差采用公式： ，式中为单株材积%100 iii VVVRsiV实测值、为

26、单株材积估计值。iV数据检验计算结果：油松山本式Rs=0.2413%。4.24.2 分段总相对误差分段总相对误差将油松检验样本按径阶从小到大分为三个区间段：6-20、22-32、34 以上，分段计算总相对误差，数据检验计算结果都在3%范围内。分段总相对误差表分段总相对误差表D6-2022-3234 以上Rs(%)-2.27350.52800.73174.34.3 F F 检验检验13根据实测材积yi和推算材积xi建立回归直线方程yi=a+bxi，若实测材积与推算材积无差异时，则直线截距 a=0，斜距 b=1，说明材积模型适用。反之，则需在一定可靠性条件下，将点列回归直线参数 a、b 与理想直线

27、参数=0，=1 进行差异性检验。将检验相关数据代入方程式得回归系数估计值。=1.00934 22)(iiiiii xxnyxyxnb=-0.00303xbya式中 n 为样本数，为实测材积平均值，为推算材积平均值。yx直线参数的 F 值检验公式：21) 1(1)-(2212222 iiiiiiMMbMaMmMbMbama F计算得出 F 值，详见表 6。表 6 油松 F 检验值 方程式树种FF0.05df1df2山本式油松0.443.042210检验结论检验结论通过以上数据分析，油松山本二元材积式通过适用性检验，可以在生产中应用。5.5.主要参考文献主要参考文献林业数表编制技术培训班讲义 ，国

28、家林业局中南调查规划设计院 湖南 长沙 2002年3月。刘恩斌 广东二元立木材积表的编制与改进方法的研究, 南京林业大学。骆期邦、曾伟生、贺东北林业数表模型理论、方法与实践 ，湖南科技技术出版社 2001年5月。14五、采用国际标准和国家标准的程度五、采用国际标准和国家标准的程度本标准在编制过程中，没有直接采用国际标准，主要依据了中华人民共和国林业行业标准：二元立木材积表编制技术规程(LY/T 2102-2013),林业数表编制数据采集技术规程 （LY/T 2416-2015）等国家标准的有关规定。六、与现行法律和强制性标准的关系六、与现行法律和强制性标准的关系本标准与国家林业局国家森林资源连续清查技术规定(2014) ；森林采伐作业规程 （LY/T1646-2005）等技术规程规定不存在矛盾。七、重大分歧意见的处理经过和依据七、重大分歧意见的处理经过和依据本标准在编制过程中无重大意见分歧，经基层生产单位检验，符合实际。八、贯彻标准的要求和措施建议八、贯彻标准的要求和措施建议建议将辽东油松二元立木材积表上报辽宁省质量技术监督局，提请颁布为辽宁省推荐性地方标准。