森林資源調査方法および森林資源調査装置
【課題】 現地調査を必要とせず、調査中の生命の危険を避け、データ処理のコストおよび処理時間を軽減し、初心者でも短時間かつ高い精度で森林全体の調査を同等な基準で行え、森林簿蓄積量の現実蓄積量に対する誤差率が小さいバイオマス蓄積量の推定が可能である森林資源調査方法および森林資源調査装置を提供すること。
【解決手段】 ３次元空中写真に基づいて林相区分を行い、前記各林相毎の面積を計測し、林相毎に標準地を選定し、標準地内の樹種を識別し、標準地内の樹木の樹高を測定し、樹高を所定の樹高・胸高直径回帰式に代入して胸高直径を算出し、樹高および胸高直径から単位面積当たりの立木幹材積を算出し、単位面積当たりの立木幹材積に林相面積を乗じて当該林相内の立木幹材積を求め、算出した林相毎の立木幹材積にバイオマス係数を乗じて当該林相のバイオマス蓄積量を求める。
【解決手段】 ３次元空中写真に基づいて林相区分を行い、前記各林相毎の面積を計測し、林相毎に標準地を選定し、標準地内の樹種を識別し、標準地内の樹木の樹高を測定し、樹高を所定の樹高・胸高直径回帰式に代入して胸高直径を算出し、樹高および胸高直径から単位面積当たりの立木幹材積を算出し、単位面積当たりの立木幹材積に林相面積を乗じて当該林相内の立木幹材積を求め、算出した林相毎の立木幹材積にバイオマス係数を乗じて当該林相のバイオマス蓄積量を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、森林資源を調査するための技術に関し、特に人による入林調査が困難な地域における森林資源の調査に好適な森林資源調査方法および森林資源調査システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
我が国では、森林法で規定された森林計画制度の中で森林情報の整備が行われている。当初多大な労力を費やして整備された森林計画図や森林簿の情報は、現状では更新作業が十分に行われないためにその精度の低下が危惧されている。森林の状況は変化するから常に更新されていなければ利用価値がなくなってしまう。また、UNFCCC（気候変動枠組条約）に報告する際には、統計でいう９５％信頼限界の下限値を用いる可能性がある。
【０００３】
従来、森林簿調査では、実際に人が森林に入り、現地調査で標準地を設定し、標準地内の高木性樹種（胸高直径４ｃｍ以上）に対して、輪尺（測定値は２ｃｍ）で胸高直径を測量し、測竿（測高ポール）、バーテックス（超音波距離計）、インパルス（レーザー距離計）などを使用して樹高（測定値は１ｍ）を測量している。
【０００４】
しかし、現地調査での標準地の設定は、作業員が入れる場所を選ぶため、林道に近い場所や地形の緩やかな場所、下層植物の少ない場所などが選択されることが多く、森林の標準的な場所が設定されているとはいえない。また、現地の林地内では、広葉樹の樹冠の樹頂を見誤りやすく、樹高の誤差は大きいという問題がある。また、測竿の長さは８ｍしかないので、すべての木を測ることはできない。一方、距離計による測定は斜面傾斜による補正が必要である。そして、従来の現地調査での標準地による森林簿蓄積精度は、森林簿蓄積量の現実蓄積量に対する誤差率が４１％に達するとの報告もされている。
【０００５】
前述したように、従来の森林簿調査では、現地で人による標準地の設置、毎木の樹種判別と樹高や胸高直径の測量がなされているが、蓄積量算出精度が低く、人件費等のコストが高く、標準地設置や樹高測量ができない場所もある。また、調査に手間と長い時間を要し、熊の出現や崖下への転落など不測の事故が生じることもある。さらに標準地の設定にあたり林木の平均的な場所が選定できなければ、森林簿蓄積精度が低く、国際的な審査に耐えうる科学的資料を提出できないという課題を有している。
【０００６】
一方、ヘリコプター等の飛行体に搭載されたレーザスキャナデータによる方法も提案されている（特許文献１）。この空中レーザシステムでは、地物の相対的な離隔を直接計測するのではなく、一旦すべてのレーザの反射点について測地座標を求める方法をとっている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２３２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、レーザ光を使用する方法の場合、その精度がレーザ光の到達率に影響を受けやすく、地面到達率が５０％以下の場合には正確な樹高を求めることは不可能である。また、秋季および冬季の落葉時には、地面からの反射点が多くなるが、樹幹からの反射点が少なくなってしまう。しかもレーザ光が得られた樹高は毎木の樹高ではなく樹木群の面的樹高であるため材積を求めることができないという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、第一の目的は、空中写真を利用することにより現地調査を必要とせず、調査中の生命の危険を避け、データ処理のコストおよび処理時間を軽減することができること。また、本発明の第二の目的は、初心者でも短時間かつ高い精度で森林全体の調査を同等な基準で行えること。さらに本発明の第三の目的は、国際的な審査に耐えうる森林吸収源データ (森林簿蓄積量)の整備において、森林簿蓄積量の現実蓄積量に対する誤差率が小さいバイオマス蓄積量の推定が可能である森林資源調査方法および森林資源調査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る森林資源調査方法の特徴は、写真測量図化機等により作成した３次元空中写真に基づいて森林を構成する樹種、林冠の疎密度、樹高階をもとに林相区分を行う林相区分ステップと、区分された前記各林相毎の面積を計測する林相面積計測ステップと、前記林相毎に当該林相を代表する平均的な標準地を一定面積で選定する標準地選定ステップと、前記標準地内の樹種を識別する樹種識別ステップと、前記標準地内の樹木の樹高を測定する樹高測定ステップと、前記樹高を所定の樹高・胸高直径回帰式に代入して胸高直径を算出する胸高直径算出ステップと、前記樹高および前記胸高直径から単位面積当たりの立木幹材積を算出する材積算出ステップと、前記単位面積当たりの立木幹材積に前記林相面積を乗じて当該林相内の立木幹材積を求める林相立木幹材積算出ステップと、算出した林相毎の立木幹材積に、樹種別の樹幹材積に対する枝条材積の百分率から得られたバイオマス係数を乗じて当該林相のバイオマス蓄積量を求めるバイオマス蓄積量算出ステップとを有する点にある。
【００１１】
また、本発明において、前記樹高測定ステップでは、三次元空中写真に基づいて樹木の最も高い部分である樹冠高を計測するとともに、直下の地上部である地際高の標高を計測し、両者の差を樹高として算出することが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明において、所定の測定期間における期末の単位面積当たりのバイオマス蓄積量と期首の単位面積当たりのバイオマス蓄積量を算出し、その差を求めて当該測定期間で割り算し、単年の単位面積当たりの成長量を求める単年成長量算出ステップと、前記単年の単位面積当たりの成長量に炭素含有率を乗じて単年の単位面積当たりの炭素吸収量を算出する炭素吸収量算出ステップと、算出した炭素吸収量に「４４／１２」を乗じて単位面積当たりの二酸化炭素吸収量に換算する二酸化炭素吸収量換算ステップとを有することが望ましい。
【００１３】
また、本発明において、バイオマス蓄積量算出ステップで撮影年の単位面積当たりのバイオマス蓄積量を求めて、これに炭素含有率を乗じて炭素貯蔵量を算出する炭素貯蔵量算出ステップと、算出した炭素貯蔵量に「４４／１２」を乗じて単位面積当たりの二酸化炭素貯蔵量に換算する二酸化炭素貯蔵量換算ステップとを有することが望ましい。
【００１４】
本発明に係る森林資源調査装置の特徴は、写真測量図化機等により作成した３次元空中写真に基づいて森林を構成する樹種、林冠の疎密度、樹高階の違いを判別して林相区分を行う林相区分設定手段と、区分された各林相毎の面積を計測する林相面積計測手段と、前記林相毎に当該林相を代表する平均的な標準地を一定面積で選定する標準地選定手段と、前記標準地内の樹種を識別する樹種識別手段と、前記標準地内の樹木の樹高を測定する樹高測定手段と、前記樹高を所定の樹高・胸高直径回帰式に代入して胸高直径を算出する胸高直径算出手段と、前記樹高および前記胸高直径から単位面積当たりの立木幹材積を算出する材積算出手段と、前記単位面積当たりの立木幹材積に前記林相面積を乗じて当該林相内の立木幹材積を算出する林相立木幹材積算出手段と、算出した林相毎の立木幹材積に、樹種別の樹幹材積に対する枝条材積の百分率から得られたバイオマス係数を乗じて当該林相のバイオマス蓄積量を算出するバイオマス蓄積量算出手段とを有する点にある。
【００１５】
また、本発明において、前記樹高測定手段は、三次元空中写真に基づいて樹木の最も高い部分である樹冠高を計測するとともに、直下の地上部である地際高の標高を計測し、両者の差を樹高として算出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第一に、空中写真を利用することにより現地調査を必要とせず、調査中の生命の危険を避け、データ処理のコストおよび処理時間を軽減することができ、第二に、初心者でも短時間かつ高い精度で森林全体の調査を同等な基準で行え、第三に、国際的な審査に耐えうる森林吸収源データ (森林簿蓄積量)の整備において、森林簿蓄積量の現実蓄積量に対する誤差率が小さいバイオマス蓄積量の推定が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る森林資源調査方法および森林資源調査装置の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１８】
本実施形態の森林資源調査方法は、図１に示すように、３次元空中写真に基づいて林相区分を行う林相区分ステップＳ１と、各林相毎の面積を計測する林相面積計測ステップＳ２と、前記林相毎に当該林相を代表する平均的な標準地を一定面積で選定する標準地選定ステップＳ３と、前記標準地内の樹種を識別する樹種識別ステップＳ４と、前記標準地内の樹木の樹高を測定する樹高測定ステップＳ５と、前記樹高から胸高直径を算出する胸高直径算出ステップＳ６と、前記樹高および前記胸高直径から単位面積当たりの立木幹材積を算出する材積算出ステップＳ７と、前記単位面積当たりの立木幹材積に前記林相面積を乗じて当該林相内の立木幹材積を求める林相立木幹材積算出ステップＳ８と、算出した林相毎の立木幹材積に、樹種別の樹幹材積に対する枝条材積の百分率から得られたバイオマス係数を乗じて当該林相のバイオマス蓄積量を求めるバイオマス蓄積量算出ステップＳ９と、森林全体の撮影年における単年の単位面積当たりの成長量を求める単年成長量算出ステップＳ１０と、単年の単位面積当たりの炭素吸収量を算出する炭素吸収量算出ステップＳ１１と、単位面積当たりの炭素吸収量を二酸化炭素吸収量に換算する二酸化炭素吸収量換算ステップＳ１２と、撮影年の単位面積当たりの炭素貯蔵量を算出する炭素貯蔵量算出ステップＳ１３と、単位面積当たりの炭素貯蔵量を二酸化炭素貯蔵量に換算する二酸化炭素貯蔵量換算ステップＳ１４とを有している。
【００１９】
林相区分ステップＳ１および林相面積計測ステップＳ２は、対象森林の空中写真を写真測量図化機で実体視観察しながら森林を構成する樹種、林冠の疎密度、樹高階等の林相を区分する工程である。各林相区分は座標で特定する。天然林の区分面積は、図２に示すように、天然林の林相区分基準テーブル２１に従って図面負荷量や施業を考慮して０．５ｈａ以上とする。但し、崩壊や伐採の無立木地などはその限りでない。樹種群については１／５０００の林況図の図面負荷量を考慮し、針葉樹の割合により４ランクで区分するが、区分した林相毎の標準地ではトドマツやエゾマツ、カンバ類やナラ類などを区分する。人工林の林相区分についても区分面積に関係なく、林班図などを用いて樹種および植栽年が異なる小班をさらに疎密度に区分する。
【００２０】
また、標準地選定ステップＳ３は、林相毎に当該林相を代表する平均的な標準地を一定面積で選定する工程である。標準地としては地形が平均的で林縁や林道などの疎間面に接しない任意の地点を選定する。例えば、図３に示すように、三次元空中写真を利用して標準地の起点を決め、一辺が３１．６２ｍの正方形で面積を０．１ｈａとする。
【００２１】
つぎに、樹種識別ステップＳ４は、標準地内の樹種を識別する工程であり、図４に示すような樹種識別テーブル２２を基準にして識別する。具体的には、樹冠の特徴としての頂上形状と枝・幹形態によって識別し、さらに白黒写真の場合、色調・キメ・陰影により区分し、カラー写真の場合、季節の色により区分する等、総合的に識別する。例えば、エゾマツの場合、頂上形状が「狭い円錐形で鈍角」、枝・幹形態が「枝は目立たない下向き」、判読要素として白黒写真の場合、色調は「濃灰」、キメは「粒状」、陰影は「濃い」、カラー写真の場合、夏秋は「濃緑」として判別する。あるいは、ブナの場合、頂上形状が「扇形」、枝・幹形態が「幹は分岐、枝は鋭角上向き」、判読要素として白黒写真の場合、色調は「灰白色」、キメは「滑らか」、陰影は「内部に影」、カラー写真の場合、夏は「緑」、秋は「黄色」として判別する。これらの判読は実体視でも可能であるが、樹冠の頂上形状や枝・幹の形態、写真の判読要素を記憶手段に記憶させておいてコンピュータで判読することも可能である。
【００２２】
樹高測定ステップＳ５は、標準地内の樹木毎の位置座標（Ｘ、Ｙ）を測定し、樹木の最も高い部分である樹冠高および直下の地上部である地際高の標高を計測し、樹冠高から地際高を引き算して樹高を算出する。
【００２３】
そして、胸高直径算出ステップＳ６では、樹高・胸高直径回帰式を使って樹高に基づいて胸高直径を算出する。樹高と胸高直径との回帰式を計算するために、予め当該地域の現地調査を行い、苫小牧市字静川（静川地区）の３，８４４本をはじめ、１９地域の総計１１，７６７本の樹木データに基づいて樹種別の樹高と胸高直径との回帰式を算出した。樹種別の樹高・胸高直径回帰式テーブル２３を図５に示す。図５の回帰式中、Ｘは樹高であり、Ｙは胸高直径である。「Ｒ−２乗値」は相関係数を二乗した値である寄与率を示し、データのばらつきのうち回帰で説明できる割合を示す。寄与率が高いほど回帰式によるデータの信頼性が大きいことになる。また、「予測値危険率」は、有意Ｆの確率を示しており、この値が０．０５以下ならば回帰率は５％の有意水準で有意であると判断できる。
【００２４】
たとえば、人工林のトドマツの場合、胸高直径Ｙは「Ｙ＝１．４５Ｘ＋７．５２」により算出され、寄与率は８９％で信頼性が高く、０．００１％の有意水準で有意な値となる。また、天然林のトドマツの場合、胸高直径Ｙは「Ｙ＝２．７８Ｘ＋１２．９４」により算出され、寄与率は８９％で信頼性が高く、０．００１％の有意水準で有意な値となる。
【００２５】
材積算出ステップＳ７では、標準地における樹種別の樹高と胸高直径とから単位面積当たりの立木幹材積を算出する工程である。具体的には、北海道立木幹材積表をもとに以下の式１を使って算出する。
（式１）
Ｖ＝Ｈ×（ＦＨ＋ＦＤ）／２×０．７８５４×（Ｄ／１００）２
但し、Ｖは幹材積（ｍ3）、Ｈは樹高（ｍ）、Ｄは胸高直径（ｃｍ）、ＦＨは樹高形数、ＦＤは直径形数である。
【００２６】
なお、樹高形数ＦＨおよび直径形数ＦＤは、下記の式によって求めた。
１．樹高形数（ＦＨ）の算出
針葉樹（カラマツ以外）ＦＨ＝０．６１−０．００５５Ｈ＋５．４８ｅ-1.025H
カラマツＦＨ＝０．４３５７１９＋０．５１５８６７／Ｈ＋２．４８１２７８／Ｈ2
広葉樹ＦＨ＝０．５１５−０．００３Ｈ＋２．８１４ｅ-0.55H
２．直径形数（ＦＤ）の算出
針葉樹（カラマツ以外）ＦＤ＝０．５０−０．０００８Ｄ＋０．４２１ｅ-0.12D
カラマツＦＤ＝０．４３９００４＋０．９１６４６１／Ｄ−０．０７３８０９／Ｄ2
広葉樹ＦＤ＝０．４８−０．０００６６Ｄ＋１．２１６ｅ-0.405D
【００２７】
そして、林相立木幹材積算出ステップＳ８において、単位面積当たりの立木幹材積に林相面積を乗じて当該林相内の立木幹材積を求める。
【００２８】
つづいて、バイオマス蓄積量算出ステップＳ９は、算出した林相毎の立木幹材積に、樹種別の樹幹材積に対する枝条材積の百分率から得られたバイオマス係数を乗じて当該林相のバイオマス蓄積量を求める工程である。バイオマス係数とは、樹木の幹の体積を根や枝などのすべてを含めた体積に直し、乾燥時の重さに換算する係数である。例えば図６に示すように、北海道立木幹材積表において樹種別の枝条材積の樹幹材積に対する百分率から求められる。このようにして算出した林相毎の立木幹材積を総和することによって森林全体の撮影年におけるバイオマス蓄積量が求められる。
【００２９】
また、単年成長量算出ステップＳ１０は、所定の測定期間における期末の単位面積当たりのバイオマス蓄積量と、期首の単位面積当たりのバイオマス蓄積量を算出し、その差を求めて当該測定期間で割り算し、単年の単位面積当たりの成長量を求める工程である。具体的には以下の式２により算出する。
（式２）
Ｇ＝（Ａｅ−Ａｂ）／Ｔ
但し、Ｇは単年のｈａ当たりの成長量（ｔ／ｈａ／ｙｒ）、Ａｅは期末のｈａ当たりのバイオマス蓄積量（ｔ／ｈａ）、Ａｂは期首のｈａ当たりのバイオマス蓄積量（ｔ／ｈａ）、Ｔは期間（ｙｒ）である。
【００３０】
炭素吸収量算出ステップＳ１１は、単年の単位面積当たりの成長量に炭素含有率を乗じて単年の単位面積当たりの炭素吸収量を算出する工程であり、二酸化炭素吸収量換算ステップＳ１２は、算出した炭素吸収量に「４４／１２」を乗じて単位面積当たりの二酸化炭素吸収量に換算する工程である。
【００３１】
また、炭素貯蔵量算出ステップＳ１３は、撮影年の単位面積当たりのバイオマス蓄積量に、炭素含有率を乗じて炭素貯蔵量を算出する工程であり、二酸化炭素貯蔵量換算ステップＳ１４では、算出した炭素貯蔵量に「４４／１２」を乗じて単位面積当たりの二酸化炭素貯蔵量に換算する工程である。
【００３２】
つぎに、前述した森林資源調査方法を実現するための森林資源調査装置１について説明する。図７は、本実施形態の森林資源調査装置１の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の森林資源調査装置１は、図７に示すように、主として、記憶手段２と、林相区分設定手段３と、林相面積計測手段４と、標準地選定手段５と、樹種識別手段６と、樹高測定手段７と、胸高直径算出手段８と、材積算出手段９と、林相立木幹材積算出手段１０と、バイオマス蓄積量算出手段１１と、単年成長量算出手段１２と、炭素吸収量算出手段１３と、二酸化炭素吸収量換算手段１４と、炭素貯蔵量算出手段１５と、二酸化炭素貯蔵量換算手段１６と、入力手段１７と、出力手段１８とを有している。
【００３３】
各構成についてより詳細に説明すると、記憶手段２は、ハードディスク等から構成されており、本装置の各手段を実行するための森林資源調査プログラムや各種のデータ、たとえば調査対象森林の三次元空中写真データや林相座標、林相面積、標準地座標等を記憶する役割を果たすものである。また、記憶手段２は、図２に示す林相区分基準テーブル２１、図４に示す樹種識別テーブル２２、図５に示す樹高・胸高直径回帰式テーブル２３、樹種別のバイオマス係数テーブル２４を有している。
【００３４】
図２に示す林相区分基準テーブル２１には、樹種群、疎密度、および樹高階の区分がなされており、それぞれの区分基準として、樹種群は針葉樹の割合が設定されており、疎密度は樹冠の対地被覆度が設定されており、樹高階は上層木の平均樹高が設定されている。これらの基準によって、例えば、「針葉樹林・密林・高木層」のように林相が区分される。
【００３５】
また、図４に示す樹種識別テーブル２２には、前述したように、樹種の識別基準が記憶されており、例えば樹冠の特徴として頂上形状と枝・幹形態、判読要素として白黒写真の場合には色調・キメ・陰影が設定され、カラー写真の場合には夏と秋の色彩が設定されている。これにより例えば、三次元空中写真がカラー写真の場合、頂上形状が卵状円錐形であって、枝が目立って突出しておらず、黒緑であれば、樹種は「杉」であると判断される。
【００３６】
また、図５に示す樹高・胸高直径回帰式テーブル２３には、人工林と天然林について、樹種毎の樹高と胸高直径との回帰式データが記憶されており、バイオマス係数テーブル２４には、樹種毎のバイオマス係数データが記憶されている。
【００３７】
つぎに、林相区分設定手段３について説明する。林相区分設定手段３は、写真測量図化機等により作成された３次元空中写真に基づいて森林を構成する樹種、林冠の疎密度、樹高階等のいわゆる林相区分を判別して設定するものである。具体的には、図２に示すような林相区分基準テーブル２１に基づいて、樹種群、疎密度および樹高階が識別されて０．５ｈａ以上の面積をもって区分し、３次元空中写真データ上で座標点を特定する。
【００３８】
林相面積計測手段４は、林相区分設定手段３によって設定された各林相の座標点から面積を計測し、記憶手段２に記憶するようになっている。また、標準地選定手段５は、標準地選定ステップＳ３で説明したとおり、林相を代表する平均的な領域を正方形の起点を座標で設定することにより０．１ｈａ面積の標準地を選定するようになっている。
【００３９】
また、樹種識別手段６は、図４に示す樹種識別テーブル２２の識別データに基づいて各林相の標準地内における樹種を識別するものであり、各標準地に樹種を対応付けて記憶手段２に記憶するようになっている。
【００４０】
樹高測定手段７は、３次元空中写真に基づいて、樹木毎に、当該樹木の最も高い部分である樹冠高を計測するとともに、直下の地上部である地際高の標高を計測し、両者の差を樹高として算出する。樹冠高の位置および地際高の位置はユーザが３次元空中写真を実体視して設定してもよいし、予め樹冠および地際の画像特徴を登録しておいて画像分析によって自動的に抽出するようにしてもよい。
【００４１】
胸高直径算出手段８は、算出した樹高を樹高・胸高直径回帰式に代入して胸高直径を算出するものである。本実施形態では、図５に示す樹高・胸高直径回帰式テーブル２３から該当する樹種の回帰式を読み出し、樹高測定手段７によって算出された樹高を代入して所望の胸高直径を算出するようになっている。
【００４２】
また、材積算出手段９は、算出した樹高および胸高直径から単位面積当たりの立木幹材積を算出するものである。具体的には、前述したように北海道立木幹材積表をもとに式１を読み出して樹高および胸高直径を代入して算出する。
【００４３】
そして、林相立木幹材積算出手段１０は、単位面積当たりの立木幹材積に、林相面積計測手段４によって求められた林相面積を乗じて当該林相内の立木幹材積を算出するものである。
【００４４】
そして、バイオマス蓄積量算出手段１１は、算出した林相毎の立木幹材積に対し、図６に示すバイオマス係数デーブル２４から該当樹種のバイオマス係数を読み出し、両者を乗じて当該林相のバイオマス蓄積量を算出するようになっている。
【００４５】
単年成長量算出手段１２は、調査対象となっている森林の所定期間における単年当たりのバイオマス蓄積量を成長量として求めるものである。具体的には、前述した式１を使用し、対象測定期間における期末の単位面積当たりのバイオマス蓄積量と、期首の単位面積当たりのバイオマス蓄積量を算出し、その差を求めて当該測定期間で割り算することにより求める。
【００４６】
炭素吸収量算出手段１３は、算出した単年の単位面積当たりの成長量に炭素含有率を乗じて単年の単位面積当たりの炭素吸収量を算出するものであり、二酸化炭素吸収量換算手段１４は、その炭素吸収量に「４４／１２」を乗じて単位面積当たりの二酸化炭素吸収量に換算する演算部である。
【００４７】
また、炭素貯蔵量算出手段１５は、撮影年の単位面積当たりのバイオマス蓄積量に、炭素含有率を乗じて炭素貯蔵量を算出するものであり、二酸化炭素貯蔵量換算手段１６は、その炭素貯蔵量に「４４／１２」を乗じて単位面積当たりの二酸化炭素貯蔵量に換算する演算部である。
【００４８】
以上に説明した林相区分設定手段３乃至炭素貯蔵量算出手段１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成されており、所定の演算処理プログラムおよびデータを読み出して実行される。
【００４９】
また、入力手段１７はキーボードやマウス、入力ペンなどから構成されており、三次元空中写真をディスプレイ上に表示しつつ、林相を指定したり、標準地の座標を指定できるようになっている。また、出力手段１８は、ディスプレイやプリンタなどから構成されている。
【００５０】
以上のような本実施形態によれば、
１．空中写真を利用することにより現地調査を必要とせず、調査中の生命の危険を避け、データ処理のコストおよび処理時間を軽減することができる。
２．初心者でも短時間かつ高い精度で森林全体の調査を同等な基準で行える。
３．国際的な審査に耐えうる森林吸収源データ (森林簿蓄積量)の整備において、森林簿蓄積量の現実蓄積量に対する誤差率が小さいバイオマス蓄積量の推定が可能である等の効果を奏することができる。
【実施例１】
【００５１】
つぎに、本実施形態の森林資源調査方法および森林資源調査装置１について具体的に調査した結果を実施例１として説明する。
【００５２】
まず、林相区分ステップＳ１において、現地調査と写真測量図化機を使った空中写真計測により、撮影年の林相の分布状況を区分し、面積を計測し、図８乃至図１１に示すような縮尺１／５０００の林況図を作成した。各図の地域は、北海道栗沢町万字地区道有林野内７９〜８５林班を対象とした。また、使用した空中写真は、図８については、米軍が１９４７年９月２９日に撮影した分解力２０ｃｍの写真であり、図９乃至図１１は国土地理院がそれぞれ１９６６年７月１４日、１９７７年１０月２０日、２００３年１１月２日に撮影した分解力１０〜１５ｃｍの写真である。
【００５３】
天然林の林相区分については、写真測量図化機での空中写真に基づいて、樹種群、疎密度、樹高階を識別・計測し、林相界線を３次元座標に数値化している。人工林の林相区分については、区分面積に関係なく、林班図などを用いて、樹種および植栽年が異なる小班をさらに疎密度に区分し数値化している。
【００５４】
そして、各標準地について、立木の樹高と胸高直径から北海道立木幹材積表によって算出した０．１ｈａの平均樹高、平均径級、幹材積と、樹種別のバイオマス係数に基づいてバイオマス蓄積量を算出した。その結果を図１２に示す。
【００５５】
また、標準地にあるすべての樹木に対して、針広のみ区分と樹種別区分によって算出したバイオマス蓄積量の差異を図１３に示す。大きい樹冠を持つナラ類は、針広のみ区分の時に７．２トンであり、樹種別に区分するとき９．５トンであったため、バイオマス蓄積量の差異は２．３トンの違いが明らかになった。また、バイオマス蓄積量は樹種によるマイナス・プラスがあるが、合計してもその差異は１．１トン、樹種区分の針広区分に対する増加率は２．３％であることも明らかになった。
【実施例２】
【００５６】
つぎに、本実施形態の実施例２について説明する。実施例２では、空中写真計測と現地実測との結果を比較するため、北海道野幌森林公園道有林野幌団地１６９林班における現地調査と写真測量図化機での空中写真計測により、２００４年の毎木調査を行い、樹種、樹高、胸高直径、図１４に示すような毎木位置分布図を作成した。使用した空中写真は、ＮＰＯ法人ＥｎＶｉｓｉｏｎ環境保全事務所が２００４年１１月１８日に撮影した縮尺約１／１００００のものである。
【００５７】
天然林樹種の本数および人工林樹種の本数をそれぞれ図１５および図１６に示す。現地実測では、現地で測った胸高直径１１０本と樹高３６本であったが、そのうち２００５年１０月時点ではＮｏ．６９およびＮｏ．９１は枯損木であったため、検証できる木は１０８本となった。
【００５８】
空中写真計測と現地実測の差は、図１７乃至図２０に示す。図１７に示した現地樹高は現地で実測した胸高直径から回帰式で求めた。また、図２１および図２２には、樹高と胸高直径から立木幹材積を算出した値も含め結果を表に示した。なお、材積誤差率（％）は、空中写真計測蓄積量の現地実測蓄積量に対する誤差率である。
（式３）
材積誤差率（％）
＝｜現地実測材積−空中写真計測材積｜／｛（現地実測材積＋空中写真計測材積）／２｝
【００５９】
以上のような本実施例２によれば、トドマツ人工林の場合、３６本の対象では、材積誤差率が０．４％であり、１０８本対象では、誤差率が１．９％となり、極めて誤差率の小さい結果が得られることがわかる。また、天然林の場合、材積誤差率は８．３％であり、こちらも誤差率の小さい結果が得られることがわかる。
【００６０】
なお、本発明に係る森林資源調査方法および森林資源調査装置は、前述した実施例に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【００６１】
例えば、本実施形態の森林資源調査装置は、構造上、空中写真図化機と一体型あるいは別体型のいずれであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る森林資源調査方法の実施形態を示すフローチャート図である。
【図２】本実施形態における天然林の林相区分基準テーブルを示す図である。
【図３】本実施形態における標準地の位置分布の一例を示す図である。
【図４】本実施形態における樹種識別テーブルを示す図である。
【図５】本実施形態における樹種別の樹高・胸高直径回帰式テーブルを示す図である。
【図６】本実施形態における樹種別のバイオマス係数テーブルを示す図である。
【図７】本発明に係る森林資源調査装置の実施形態を示すブロック構成図である。
【図８】実施例１の林相区分の一例を示す１９４７年の空中写真に基づく林況図である。
【図９】実施例１の林相区分の一例を示す１９６６年の空中写真に基づく林況図である。
【図１０】実施例１の林相区分の一例を示す１９７７年の空中写真に基づく林況図である。
【図１１】実施例１の林相区分の一例を示す２００３年の空中写真に基づく林況図である。
【図１２】実施例１で求めた各小班における樹種を区分した二酸化炭素吸収量・貯蔵量等の算出結果を示す表である。
【図１３】実施例１における針広区分と樹種区分のバイオマス蓄積量の差異を示す表である。
【図１４】実施例２で求めた毎木位置分布図である。
【図１５】実施例２において調査対象とした天然林の樹種の本数を示す表である。
【図１６】実施例２において調査対象とした人工林の樹種の本数を示す表である。
【図１７】実施例２において空中写真計測と現地実測との樹高の差を示すグラフ（３６本対象）である。
【図１８】実施例２において空中写真計測と現地実測との胸高直径の差を示すグラフ（３６本対象）である。
【図１９】実施例２において空中写真計測と現地実測との樹高の差を示すグラフ（１０８本対象）である。
【図２０】実施例２において空中写真計測と現地実測との胸高直径の差を示すグラフ（１０８本対象）である。
【図２１】実施例２においてトドマツ人工林の空中写真計測と現地実測との結果を比較した表である。
【図２２】実施例２においてトドマツ天然林の空中写真計測と現地実測との結果を比較した表である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 森林資源調査装置
２ 記憶手段
３ 林相区分設定手段
４ 林相面積計測手段
５ 標準地選定手段
６ 樹種識別手段
７ 樹高測定手段
８ 胸高直径算出手段
９ 材積算出手段
１０ 林相立木幹材積算出手段
１１ バイオマス蓄積量算出手段
１２ 単年成長量算出手段
１３ 炭素吸収量算出手段
１４ 二酸化炭素吸収量換算手段
１５ 炭素貯蔵量算出手段
１６ 二酸化炭素貯蔵量換算手段
１７ 入力手段
１８ 出力手段
２１ 林相区分基準テーブル
２２ 樹種識別テーブル
２３ 樹高・胸高直径回帰式テーブル
２４ バイオマス係数テーブル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、森林資源を調査するための技術に関し、特に人による入林調査が困難な地域における森林資源の調査に好適な森林資源調査方法および森林資源調査システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
我が国では、森林法で規定された森林計画制度の中で森林情報の整備が行われている。当初多大な労力を費やして整備された森林計画図や森林簿の情報は、現状では更新作業が十分に行われないためにその精度の低下が危惧されている。森林の状況は変化するから常に更新されていなければ利用価値がなくなってしまう。また、UNFCCC（気候変動枠組条約）に報告する際には、統計でいう９５％信頼限界の下限値を用いる可能性がある。
【０００３】
従来、森林簿調査では、実際に人が森林に入り、現地調査で標準地を設定し、標準地内の高木性樹種（胸高直径４ｃｍ以上）に対して、輪尺（測定値は２ｃｍ）で胸高直径を測量し、測竿（測高ポール）、バーテックス（超音波距離計）、インパルス（レーザー距離計）などを使用して樹高（測定値は１ｍ）を測量している。
【０００４】
しかし、現地調査での標準地の設定は、作業員が入れる場所を選ぶため、林道に近い場所や地形の緩やかな場所、下層植物の少ない場所などが選択されることが多く、森林の標準的な場所が設定されているとはいえない。また、現地の林地内では、広葉樹の樹冠の樹頂を見誤りやすく、樹高の誤差は大きいという問題がある。また、測竿の長さは８ｍしかないので、すべての木を測ることはできない。一方、距離計による測定は斜面傾斜による補正が必要である。そして、従来の現地調査での標準地による森林簿蓄積精度は、森林簿蓄積量の現実蓄積量に対する誤差率が４１％に達するとの報告もされている。
【０００５】
前述したように、従来の森林簿調査では、現地で人による標準地の設置、毎木の樹種判別と樹高や胸高直径の測量がなされているが、蓄積量算出精度が低く、人件費等のコストが高く、標準地設置や樹高測量ができない場所もある。また、調査に手間と長い時間を要し、熊の出現や崖下への転落など不測の事故が生じることもある。さらに標準地の設定にあたり林木の平均的な場所が選定できなければ、森林簿蓄積精度が低く、国際的な審査に耐えうる科学的資料を提出できないという課題を有している。
【０００６】
一方、ヘリコプター等の飛行体に搭載されたレーザスキャナデータによる方法も提案されている（特許文献１）。この空中レーザシステムでは、地物の相対的な離隔を直接計測するのではなく、一旦すべてのレーザの反射点について測地座標を求める方法をとっている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２３２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、レーザ光を使用する方法の場合、その精度がレーザ光の到達率に影響を受けやすく、地面到達率が５０％以下の場合には正確な樹高を求めることは不可能である。また、秋季および冬季の落葉時には、地面からの反射点が多くなるが、樹幹からの反射点が少なくなってしまう。しかもレーザ光が得られた樹高は毎木の樹高ではなく樹木群の面的樹高であるため材積を求めることができないという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、第一の目的は、空中写真を利用することにより現地調査を必要とせず、調査中の生命の危険を避け、データ処理のコストおよび処理時間を軽減することができること。また、本発明の第二の目的は、初心者でも短時間かつ高い精度で森林全体の調査を同等な基準で行えること。さらに本発明の第三の目的は、国際的な審査に耐えうる森林吸収源データ (森林簿蓄積量)の整備において、森林簿蓄積量の現実蓄積量に対する誤差率が小さいバイオマス蓄積量の推定が可能である森林資源調査方法および森林資源調査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る森林資源調査方法の特徴は、写真測量図化機等により作成した３次元空中写真に基づいて森林を構成する樹種、林冠の疎密度、樹高階をもとに林相区分を行う林相区分ステップと、区分された前記各林相毎の面積を計測する林相面積計測ステップと、前記林相毎に当該林相を代表する平均的な標準地を一定面積で選定する標準地選定ステップと、前記標準地内の樹種を識別する樹種識別ステップと、前記標準地内の樹木の樹高を測定する樹高測定ステップと、前記樹高を所定の樹高・胸高直径回帰式に代入して胸高直径を算出する胸高直径算出ステップと、前記樹高および前記胸高直径から単位面積当たりの立木幹材積を算出する材積算出ステップと、前記単位面積当たりの立木幹材積に前記林相面積を乗じて当該林相内の立木幹材積を求める林相立木幹材積算出ステップと、算出した林相毎の立木幹材積に、樹種別の樹幹材積に対する枝条材積の百分率から得られたバイオマス係数を乗じて当該林相のバイオマス蓄積量を求めるバイオマス蓄積量算出ステップとを有する点にある。
【００１１】
また、本発明において、前記樹高測定ステップでは、三次元空中写真に基づいて樹木の最も高い部分である樹冠高を計測するとともに、直下の地上部である地際高の標高を計測し、両者の差を樹高として算出することが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明において、所定の測定期間における期末の単位面積当たりのバイオマス蓄積量と期首の単位面積当たりのバイオマス蓄積量を算出し、その差を求めて当該測定期間で割り算し、単年の単位面積当たりの成長量を求める単年成長量算出ステップと、前記単年の単位面積当たりの成長量に炭素含有率を乗じて単年の単位面積当たりの炭素吸収量を算出する炭素吸収量算出ステップと、算出した炭素吸収量に「４４／１２」を乗じて単位面積当たりの二酸化炭素吸収量に換算する二酸化炭素吸収量換算ステップとを有することが望ましい。
【００１３】
また、本発明において、バイオマス蓄積量算出ステップで撮影年の単位面積当たりのバイオマス蓄積量を求めて、これに炭素含有率を乗じて炭素貯蔵量を算出する炭素貯蔵量算出ステップと、算出した炭素貯蔵量に「４４／１２」を乗じて単位面積当たりの二酸化炭素貯蔵量に換算する二酸化炭素貯蔵量換算ステップとを有することが望ましい。
【００１４】
本発明に係る森林資源調査装置の特徴は、写真測量図化機等により作成した３次元空中写真に基づいて森林を構成する樹種、林冠の疎密度、樹高階の違いを判別して林相区分を行う林相区分設定手段と、区分された各林相毎の面積を計測する林相面積計測手段と、前記林相毎に当該林相を代表する平均的な標準地を一定面積で選定する標準地選定手段と、前記標準地内の樹種を識別する樹種識別手段と、前記標準地内の樹木の樹高を測定する樹高測定手段と、前記樹高を所定の樹高・胸高直径回帰式に代入して胸高直径を算出する胸高直径算出手段と、前記樹高および前記胸高直径から単位面積当たりの立木幹材積を算出する材積算出手段と、前記単位面積当たりの立木幹材積に前記林相面積を乗じて当該林相内の立木幹材積を算出する林相立木幹材積算出手段と、算出した林相毎の立木幹材積に、樹種別の樹幹材積に対する枝条材積の百分率から得られたバイオマス係数を乗じて当該林相のバイオマス蓄積量を算出するバイオマス蓄積量算出手段とを有する点にある。
【００１５】
また、本発明において、前記樹高測定手段は、三次元空中写真に基づいて樹木の最も高い部分である樹冠高を計測するとともに、直下の地上部である地際高の標高を計測し、両者の差を樹高として算出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第一に、空中写真を利用することにより現地調査を必要とせず、調査中の生命の危険を避け、データ処理のコストおよび処理時間を軽減することができ、第二に、初心者でも短時間かつ高い精度で森林全体の調査を同等な基準で行え、第三に、国際的な審査に耐えうる森林吸収源データ (森林簿蓄積量)の整備において、森林簿蓄積量の現実蓄積量に対する誤差率が小さいバイオマス蓄積量の推定が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る森林資源調査方法および森林資源調査装置の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１８】
本実施形態の森林資源調査方法は、図１に示すように、３次元空中写真に基づいて林相区分を行う林相区分ステップＳ１と、各林相毎の面積を計測する林相面積計測ステップＳ２と、前記林相毎に当該林相を代表する平均的な標準地を一定面積で選定する標準地選定ステップＳ３と、前記標準地内の樹種を識別する樹種識別ステップＳ４と、前記標準地内の樹木の樹高を測定する樹高測定ステップＳ５と、前記樹高から胸高直径を算出する胸高直径算出ステップＳ６と、前記樹高および前記胸高直径から単位面積当たりの立木幹材積を算出する材積算出ステップＳ７と、前記単位面積当たりの立木幹材積に前記林相面積を乗じて当該林相内の立木幹材積を求める林相立木幹材積算出ステップＳ８と、算出した林相毎の立木幹材積に、樹種別の樹幹材積に対する枝条材積の百分率から得られたバイオマス係数を乗じて当該林相のバイオマス蓄積量を求めるバイオマス蓄積量算出ステップＳ９と、森林全体の撮影年における単年の単位面積当たりの成長量を求める単年成長量算出ステップＳ１０と、単年の単位面積当たりの炭素吸収量を算出する炭素吸収量算出ステップＳ１１と、単位面積当たりの炭素吸収量を二酸化炭素吸収量に換算する二酸化炭素吸収量換算ステップＳ１２と、撮影年の単位面積当たりの炭素貯蔵量を算出する炭素貯蔵量算出ステップＳ１３と、単位面積当たりの炭素貯蔵量を二酸化炭素貯蔵量に換算する二酸化炭素貯蔵量換算ステップＳ１４とを有している。
【００１９】
林相区分ステップＳ１および林相面積計測ステップＳ２は、対象森林の空中写真を写真測量図化機で実体視観察しながら森林を構成する樹種、林冠の疎密度、樹高階等の林相を区分する工程である。各林相区分は座標で特定する。天然林の区分面積は、図２に示すように、天然林の林相区分基準テーブル２１に従って図面負荷量や施業を考慮して０．５ｈａ以上とする。但し、崩壊や伐採の無立木地などはその限りでない。樹種群については１／５０００の林況図の図面負荷量を考慮し、針葉樹の割合により４ランクで区分するが、区分した林相毎の標準地ではトドマツやエゾマツ、カンバ類やナラ類などを区分する。人工林の林相区分についても区分面積に関係なく、林班図などを用いて樹種および植栽年が異なる小班をさらに疎密度に区分する。
【００２０】
また、標準地選定ステップＳ３は、林相毎に当該林相を代表する平均的な標準地を一定面積で選定する工程である。標準地としては地形が平均的で林縁や林道などの疎間面に接しない任意の地点を選定する。例えば、図３に示すように、三次元空中写真を利用して標準地の起点を決め、一辺が３１．６２ｍの正方形で面積を０．１ｈａとする。
【００２１】
つぎに、樹種識別ステップＳ４は、標準地内の樹種を識別する工程であり、図４に示すような樹種識別テーブル２２を基準にして識別する。具体的には、樹冠の特徴としての頂上形状と枝・幹形態によって識別し、さらに白黒写真の場合、色調・キメ・陰影により区分し、カラー写真の場合、季節の色により区分する等、総合的に識別する。例えば、エゾマツの場合、頂上形状が「狭い円錐形で鈍角」、枝・幹形態が「枝は目立たない下向き」、判読要素として白黒写真の場合、色調は「濃灰」、キメは「粒状」、陰影は「濃い」、カラー写真の場合、夏秋は「濃緑」として判別する。あるいは、ブナの場合、頂上形状が「扇形」、枝・幹形態が「幹は分岐、枝は鋭角上向き」、判読要素として白黒写真の場合、色調は「灰白色」、キメは「滑らか」、陰影は「内部に影」、カラー写真の場合、夏は「緑」、秋は「黄色」として判別する。これらの判読は実体視でも可能であるが、樹冠の頂上形状や枝・幹の形態、写真の判読要素を記憶手段に記憶させておいてコンピュータで判読することも可能である。
【００２２】
樹高測定ステップＳ５は、標準地内の樹木毎の位置座標（Ｘ、Ｙ）を測定し、樹木の最も高い部分である樹冠高および直下の地上部である地際高の標高を計測し、樹冠高から地際高を引き算して樹高を算出する。
【００２３】
そして、胸高直径算出ステップＳ６では、樹高・胸高直径回帰式を使って樹高に基づいて胸高直径を算出する。樹高と胸高直径との回帰式を計算するために、予め当該地域の現地調査を行い、苫小牧市字静川（静川地区）の３，８４４本をはじめ、１９地域の総計１１，７６７本の樹木データに基づいて樹種別の樹高と胸高直径との回帰式を算出した。樹種別の樹高・胸高直径回帰式テーブル２３を図５に示す。図５の回帰式中、Ｘは樹高であり、Ｙは胸高直径である。「Ｒ−２乗値」は相関係数を二乗した値である寄与率を示し、データのばらつきのうち回帰で説明できる割合を示す。寄与率が高いほど回帰式によるデータの信頼性が大きいことになる。また、「予測値危険率」は、有意Ｆの確率を示しており、この値が０．０５以下ならば回帰率は５％の有意水準で有意であると判断できる。
【００２４】
たとえば、人工林のトドマツの場合、胸高直径Ｙは「Ｙ＝１．４５Ｘ＋７．５２」により算出され、寄与率は８９％で信頼性が高く、０．００１％の有意水準で有意な値となる。また、天然林のトドマツの場合、胸高直径Ｙは「Ｙ＝２．７８Ｘ＋１２．９４」により算出され、寄与率は８９％で信頼性が高く、０．００１％の有意水準で有意な値となる。
【００２５】
材積算出ステップＳ７では、標準地における樹種別の樹高と胸高直径とから単位面積当たりの立木幹材積を算出する工程である。具体的には、北海道立木幹材積表をもとに以下の式１を使って算出する。
（式１）
Ｖ＝Ｈ×（ＦＨ＋ＦＤ）／２×０．７８５４×（Ｄ／１００）２
但し、Ｖは幹材積（ｍ3）、Ｈは樹高（ｍ）、Ｄは胸高直径（ｃｍ）、ＦＨは樹高形数、ＦＤは直径形数である。
【００２６】
なお、樹高形数ＦＨおよび直径形数ＦＤは、下記の式によって求めた。
１．樹高形数（ＦＨ）の算出
針葉樹（カラマツ以外）ＦＨ＝０．６１−０．００５５Ｈ＋５．４８ｅ-1.025H
カラマツＦＨ＝０．４３５７１９＋０．５１５８６７／Ｈ＋２．４８１２７８／Ｈ2
広葉樹ＦＨ＝０．５１５−０．００３Ｈ＋２．８１４ｅ-0.55H
２．直径形数（ＦＤ）の算出
針葉樹（カラマツ以外）ＦＤ＝０．５０−０．０００８Ｄ＋０．４２１ｅ-0.12D
カラマツＦＤ＝０．４３９００４＋０．９１６４６１／Ｄ−０．０７３８０９／Ｄ2
広葉樹ＦＤ＝０．４８−０．０００６６Ｄ＋１．２１６ｅ-0.405D
【００２７】
そして、林相立木幹材積算出ステップＳ８において、単位面積当たりの立木幹材積に林相面積を乗じて当該林相内の立木幹材積を求める。
【００２８】
つづいて、バイオマス蓄積量算出ステップＳ９は、算出した林相毎の立木幹材積に、樹種別の樹幹材積に対する枝条材積の百分率から得られたバイオマス係数を乗じて当該林相のバイオマス蓄積量を求める工程である。バイオマス係数とは、樹木の幹の体積を根や枝などのすべてを含めた体積に直し、乾燥時の重さに換算する係数である。例えば図６に示すように、北海道立木幹材積表において樹種別の枝条材積の樹幹材積に対する百分率から求められる。このようにして算出した林相毎の立木幹材積を総和することによって森林全体の撮影年におけるバイオマス蓄積量が求められる。
【００２９】
また、単年成長量算出ステップＳ１０は、所定の測定期間における期末の単位面積当たりのバイオマス蓄積量と、期首の単位面積当たりのバイオマス蓄積量を算出し、その差を求めて当該測定期間で割り算し、単年の単位面積当たりの成長量を求める工程である。具体的には以下の式２により算出する。
（式２）
Ｇ＝（Ａｅ−Ａｂ）／Ｔ
但し、Ｇは単年のｈａ当たりの成長量（ｔ／ｈａ／ｙｒ）、Ａｅは期末のｈａ当たりのバイオマス蓄積量（ｔ／ｈａ）、Ａｂは期首のｈａ当たりのバイオマス蓄積量（ｔ／ｈａ）、Ｔは期間（ｙｒ）である。
【００３０】
炭素吸収量算出ステップＳ１１は、単年の単位面積当たりの成長量に炭素含有率を乗じて単年の単位面積当たりの炭素吸収量を算出する工程であり、二酸化炭素吸収量換算ステップＳ１２は、算出した炭素吸収量に「４４／１２」を乗じて単位面積当たりの二酸化炭素吸収量に換算する工程である。
【００３１】
また、炭素貯蔵量算出ステップＳ１３は、撮影年の単位面積当たりのバイオマス蓄積量に、炭素含有率を乗じて炭素貯蔵量を算出する工程であり、二酸化炭素貯蔵量換算ステップＳ１４では、算出した炭素貯蔵量に「４４／１２」を乗じて単位面積当たりの二酸化炭素貯蔵量に換算する工程である。
【００３２】
つぎに、前述した森林資源調査方法を実現するための森林資源調査装置１について説明する。図７は、本実施形態の森林資源調査装置１の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の森林資源調査装置１は、図７に示すように、主として、記憶手段２と、林相区分設定手段３と、林相面積計測手段４と、標準地選定手段５と、樹種識別手段６と、樹高測定手段７と、胸高直径算出手段８と、材積算出手段９と、林相立木幹材積算出手段１０と、バイオマス蓄積量算出手段１１と、単年成長量算出手段１２と、炭素吸収量算出手段１３と、二酸化炭素吸収量換算手段１４と、炭素貯蔵量算出手段１５と、二酸化炭素貯蔵量換算手段１６と、入力手段１７と、出力手段１８とを有している。
【００３３】
各構成についてより詳細に説明すると、記憶手段２は、ハードディスク等から構成されており、本装置の各手段を実行するための森林資源調査プログラムや各種のデータ、たとえば調査対象森林の三次元空中写真データや林相座標、林相面積、標準地座標等を記憶する役割を果たすものである。また、記憶手段２は、図２に示す林相区分基準テーブル２１、図４に示す樹種識別テーブル２２、図５に示す樹高・胸高直径回帰式テーブル２３、樹種別のバイオマス係数テーブル２４を有している。
【００３４】
図２に示す林相区分基準テーブル２１には、樹種群、疎密度、および樹高階の区分がなされており、それぞれの区分基準として、樹種群は針葉樹の割合が設定されており、疎密度は樹冠の対地被覆度が設定されており、樹高階は上層木の平均樹高が設定されている。これらの基準によって、例えば、「針葉樹林・密林・高木層」のように林相が区分される。
【００３５】
また、図４に示す樹種識別テーブル２２には、前述したように、樹種の識別基準が記憶されており、例えば樹冠の特徴として頂上形状と枝・幹形態、判読要素として白黒写真の場合には色調・キメ・陰影が設定され、カラー写真の場合には夏と秋の色彩が設定されている。これにより例えば、三次元空中写真がカラー写真の場合、頂上形状が卵状円錐形であって、枝が目立って突出しておらず、黒緑であれば、樹種は「杉」であると判断される。
【００３６】
また、図５に示す樹高・胸高直径回帰式テーブル２３には、人工林と天然林について、樹種毎の樹高と胸高直径との回帰式データが記憶されており、バイオマス係数テーブル２４には、樹種毎のバイオマス係数データが記憶されている。
【００３７】
つぎに、林相区分設定手段３について説明する。林相区分設定手段３は、写真測量図化機等により作成された３次元空中写真に基づいて森林を構成する樹種、林冠の疎密度、樹高階等のいわゆる林相区分を判別して設定するものである。具体的には、図２に示すような林相区分基準テーブル２１に基づいて、樹種群、疎密度および樹高階が識別されて０．５ｈａ以上の面積をもって区分し、３次元空中写真データ上で座標点を特定する。
【００３８】
林相面積計測手段４は、林相区分設定手段３によって設定された各林相の座標点から面積を計測し、記憶手段２に記憶するようになっている。また、標準地選定手段５は、標準地選定ステップＳ３で説明したとおり、林相を代表する平均的な領域を正方形の起点を座標で設定することにより０．１ｈａ面積の標準地を選定するようになっている。
【００３９】
また、樹種識別手段６は、図４に示す樹種識別テーブル２２の識別データに基づいて各林相の標準地内における樹種を識別するものであり、各標準地に樹種を対応付けて記憶手段２に記憶するようになっている。
【００４０】
樹高測定手段７は、３次元空中写真に基づいて、樹木毎に、当該樹木の最も高い部分である樹冠高を計測するとともに、直下の地上部である地際高の標高を計測し、両者の差を樹高として算出する。樹冠高の位置および地際高の位置はユーザが３次元空中写真を実体視して設定してもよいし、予め樹冠および地際の画像特徴を登録しておいて画像分析によって自動的に抽出するようにしてもよい。
【００４１】
胸高直径算出手段８は、算出した樹高を樹高・胸高直径回帰式に代入して胸高直径を算出するものである。本実施形態では、図５に示す樹高・胸高直径回帰式テーブル２３から該当する樹種の回帰式を読み出し、樹高測定手段７によって算出された樹高を代入して所望の胸高直径を算出するようになっている。
【００４２】
また、材積算出手段９は、算出した樹高および胸高直径から単位面積当たりの立木幹材積を算出するものである。具体的には、前述したように北海道立木幹材積表をもとに式１を読み出して樹高および胸高直径を代入して算出する。
【００４３】
そして、林相立木幹材積算出手段１０は、単位面積当たりの立木幹材積に、林相面積計測手段４によって求められた林相面積を乗じて当該林相内の立木幹材積を算出するものである。
【００４４】
そして、バイオマス蓄積量算出手段１１は、算出した林相毎の立木幹材積に対し、図６に示すバイオマス係数デーブル２４から該当樹種のバイオマス係数を読み出し、両者を乗じて当該林相のバイオマス蓄積量を算出するようになっている。
【００４５】
単年成長量算出手段１２は、調査対象となっている森林の所定期間における単年当たりのバイオマス蓄積量を成長量として求めるものである。具体的には、前述した式１を使用し、対象測定期間における期末の単位面積当たりのバイオマス蓄積量と、期首の単位面積当たりのバイオマス蓄積量を算出し、その差を求めて当該測定期間で割り算することにより求める。
【００４６】
炭素吸収量算出手段１３は、算出した単年の単位面積当たりの成長量に炭素含有率を乗じて単年の単位面積当たりの炭素吸収量を算出するものであり、二酸化炭素吸収量換算手段１４は、その炭素吸収量に「４４／１２」を乗じて単位面積当たりの二酸化炭素吸収量に換算する演算部である。
【００４７】
また、炭素貯蔵量算出手段１５は、撮影年の単位面積当たりのバイオマス蓄積量に、炭素含有率を乗じて炭素貯蔵量を算出するものであり、二酸化炭素貯蔵量換算手段１６は、その炭素貯蔵量に「４４／１２」を乗じて単位面積当たりの二酸化炭素貯蔵量に換算する演算部である。
【００４８】
以上に説明した林相区分設定手段３乃至炭素貯蔵量算出手段１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成されており、所定の演算処理プログラムおよびデータを読み出して実行される。
【００４９】
また、入力手段１７はキーボードやマウス、入力ペンなどから構成されており、三次元空中写真をディスプレイ上に表示しつつ、林相を指定したり、標準地の座標を指定できるようになっている。また、出力手段１８は、ディスプレイやプリンタなどから構成されている。
【００５０】
以上のような本実施形態によれば、
１．空中写真を利用することにより現地調査を必要とせず、調査中の生命の危険を避け、データ処理のコストおよび処理時間を軽減することができる。
２．初心者でも短時間かつ高い精度で森林全体の調査を同等な基準で行える。
３．国際的な審査に耐えうる森林吸収源データ (森林簿蓄積量)の整備において、森林簿蓄積量の現実蓄積量に対する誤差率が小さいバイオマス蓄積量の推定が可能である等の効果を奏することができる。
【実施例１】
【００５１】
つぎに、本実施形態の森林資源調査方法および森林資源調査装置１について具体的に調査した結果を実施例１として説明する。
【００５２】
まず、林相区分ステップＳ１において、現地調査と写真測量図化機を使った空中写真計測により、撮影年の林相の分布状況を区分し、面積を計測し、図８乃至図１１に示すような縮尺１／５０００の林況図を作成した。各図の地域は、北海道栗沢町万字地区道有林野内７９〜８５林班を対象とした。また、使用した空中写真は、図８については、米軍が１９４７年９月２９日に撮影した分解力２０ｃｍの写真であり、図９乃至図１１は国土地理院がそれぞれ１９６６年７月１４日、１９７７年１０月２０日、２００３年１１月２日に撮影した分解力１０〜１５ｃｍの写真である。
【００５３】
天然林の林相区分については、写真測量図化機での空中写真に基づいて、樹種群、疎密度、樹高階を識別・計測し、林相界線を３次元座標に数値化している。人工林の林相区分については、区分面積に関係なく、林班図などを用いて、樹種および植栽年が異なる小班をさらに疎密度に区分し数値化している。
【００５４】
そして、各標準地について、立木の樹高と胸高直径から北海道立木幹材積表によって算出した０．１ｈａの平均樹高、平均径級、幹材積と、樹種別のバイオマス係数に基づいてバイオマス蓄積量を算出した。その結果を図１２に示す。
【００５５】
また、標準地にあるすべての樹木に対して、針広のみ区分と樹種別区分によって算出したバイオマス蓄積量の差異を図１３に示す。大きい樹冠を持つナラ類は、針広のみ区分の時に７．２トンであり、樹種別に区分するとき９．５トンであったため、バイオマス蓄積量の差異は２．３トンの違いが明らかになった。また、バイオマス蓄積量は樹種によるマイナス・プラスがあるが、合計してもその差異は１．１トン、樹種区分の針広区分に対する増加率は２．３％であることも明らかになった。
【実施例２】
【００５６】
つぎに、本実施形態の実施例２について説明する。実施例２では、空中写真計測と現地実測との結果を比較するため、北海道野幌森林公園道有林野幌団地１６９林班における現地調査と写真測量図化機での空中写真計測により、２００４年の毎木調査を行い、樹種、樹高、胸高直径、図１４に示すような毎木位置分布図を作成した。使用した空中写真は、ＮＰＯ法人ＥｎＶｉｓｉｏｎ環境保全事務所が２００４年１１月１８日に撮影した縮尺約１／１００００のものである。
【００５７】
天然林樹種の本数および人工林樹種の本数をそれぞれ図１５および図１６に示す。現地実測では、現地で測った胸高直径１１０本と樹高３６本であったが、そのうち２００５年１０月時点ではＮｏ．６９およびＮｏ．９１は枯損木であったため、検証できる木は１０８本となった。
【００５８】
空中写真計測と現地実測の差は、図１７乃至図２０に示す。図１７に示した現地樹高は現地で実測した胸高直径から回帰式で求めた。また、図２１および図２２には、樹高と胸高直径から立木幹材積を算出した値も含め結果を表に示した。なお、材積誤差率（％）は、空中写真計測蓄積量の現地実測蓄積量に対する誤差率である。
（式３）
材積誤差率（％）
＝｜現地実測材積−空中写真計測材積｜／｛（現地実測材積＋空中写真計測材積）／２｝
【００５９】
以上のような本実施例２によれば、トドマツ人工林の場合、３６本の対象では、材積誤差率が０．４％であり、１０８本対象では、誤差率が１．９％となり、極めて誤差率の小さい結果が得られることがわかる。また、天然林の場合、材積誤差率は８．３％であり、こちらも誤差率の小さい結果が得られることがわかる。
【００６０】
なお、本発明に係る森林資源調査方法および森林資源調査装置は、前述した実施例に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【００６１】
例えば、本実施形態の森林資源調査装置は、構造上、空中写真図化機と一体型あるいは別体型のいずれであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る森林資源調査方法の実施形態を示すフローチャート図である。
【図２】本実施形態における天然林の林相区分基準テーブルを示す図である。
【図３】本実施形態における標準地の位置分布の一例を示す図である。
【図４】本実施形態における樹種識別テーブルを示す図である。
【図５】本実施形態における樹種別の樹高・胸高直径回帰式テーブルを示す図である。
【図６】本実施形態における樹種別のバイオマス係数テーブルを示す図である。
【図７】本発明に係る森林資源調査装置の実施形態を示すブロック構成図である。
【図８】実施例１の林相区分の一例を示す１９４７年の空中写真に基づく林況図である。
【図９】実施例１の林相区分の一例を示す１９６６年の空中写真に基づく林況図である。
【図１０】実施例１の林相区分の一例を示す１９７７年の空中写真に基づく林況図である。
【図１１】実施例１の林相区分の一例を示す２００３年の空中写真に基づく林況図である。
【図１２】実施例１で求めた各小班における樹種を区分した二酸化炭素吸収量・貯蔵量等の算出結果を示す表である。
【図１３】実施例１における針広区分と樹種区分のバイオマス蓄積量の差異を示す表である。
【図１４】実施例２で求めた毎木位置分布図である。
【図１５】実施例２において調査対象とした天然林の樹種の本数を示す表である。
【図１６】実施例２において調査対象とした人工林の樹種の本数を示す表である。
【図１７】実施例２において空中写真計測と現地実測との樹高の差を示すグラフ（３６本対象）である。
【図１８】実施例２において空中写真計測と現地実測との胸高直径の差を示すグラフ（３６本対象）である。
【図１９】実施例２において空中写真計測と現地実測との樹高の差を示すグラフ（１０８本対象）である。
【図２０】実施例２において空中写真計測と現地実測との胸高直径の差を示すグラフ（１０８本対象）である。
【図２１】実施例２においてトドマツ人工林の空中写真計測と現地実測との結果を比較した表である。
【図２２】実施例２においてトドマツ天然林の空中写真計測と現地実測との結果を比較した表である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 森林資源調査装置
２ 記憶手段
３ 林相区分設定手段
４ 林相面積計測手段
５ 標準地選定手段
６ 樹種識別手段
７ 樹高測定手段
８ 胸高直径算出手段
９ 材積算出手段
１０ 林相立木幹材積算出手段
１１ バイオマス蓄積量算出手段
１２ 単年成長量算出手段
１３ 炭素吸収量算出手段
１４ 二酸化炭素吸収量換算手段
１５ 炭素貯蔵量算出手段
１６ 二酸化炭素貯蔵量換算手段
１７ 入力手段
１８ 出力手段
２１ 林相区分基準テーブル
２２ 樹種識別テーブル
２３ 樹高・胸高直径回帰式テーブル
２４ バイオマス係数テーブル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
写真測量図化機等により作成した３次元空中写真に基づいて森林を構成する樹種、林冠の疎密度、樹高階をもとに林相区分を行う林相区分ステップと、
区分された前記各林相毎の面積を計測する林相面積計測ステップと、
前記林相毎に当該林相を代表する平均的な標準地を一定面積で選定する標準地選定ステップと、
前記標準地内の樹種を識別する樹種識別ステップと、
前記標準地内の樹木の樹高を測定する樹高測定ステップと、
前記樹高を所定の樹高・胸高直径回帰式に代入して胸高直径を算出する胸高直径算出ステップと、
前記樹高および前記胸高直径から単位面積当たりの立木幹材積を算出する材積算出ステップと、
前記単位面積当たりの立木幹材積に前記林相面積を乗じて当該林相内の立木幹材積を求める林相立木幹材積算出ステップと、
算出した林相毎の立木幹材積に、樹種別の樹幹材積に対する枝条材積の百分率から得られたバイオマス係数を乗じて当該林相のバイオマス蓄積量を求めるバイオマス蓄積量算出ステップと
を有することを特徴とする森林資源調査方法。
【請求項２】
請求項１において、前記樹高測定ステップでは、三次元空中写真に基づいて樹木の最も高い部分である樹冠高を計測するとともに、直下の地上部である地際高の標高を計測し、両者の差を樹高として算出することを特徴とする森林資源調査方法。
【請求項３】
請求項１において、所定の測定期間における期末の単位面積当たりのバイオマス蓄積量と期首の単位面積当たりのバイオマス蓄積量を算出し、その差を求めて当該測定期間で割り算し、単年の単位面積当たりの成長量を求める単年成長量算出ステップと、
前記単年の単位面積当たりの成長量に炭素含有率を乗じて単年の単位面積当たりの炭素吸収量を算出する炭素吸収量算出ステップと、
算出した炭素吸収量に「４４／１２」を乗じて単位面積当たりの二酸化炭素吸収量に換算する二酸化炭素吸収量換算ステップと
を有することを特徴とする森林資源調査方法。
【請求項４】
請求項１において、バイオマス蓄積量算出ステップで撮影年の単位面積当たりのバイオマス蓄積量を求めて、これに炭素含有率を乗じて炭素貯蔵量を算出する炭素貯蔵量算出ステップと、
算出した炭素貯蔵量に「４４／１２」を乗じて単位面積当たりの二酸化炭素貯蔵量に換算する二酸化炭素貯蔵量換算ステップと
を有することを特徴とする森林資源調査方法。
【請求項５】
写真測量図化機等により作成した３次元空中写真に基づいて森林を構成する樹種、林冠の疎密度、樹高階の違いを判別して林相区分を行う林相区分設定手段と、
区分された各林相毎の面積を計測する林相面積計測手段と、
前記林相毎に当該林相を代表する平均的な標準地を一定面積で選定する標準地選定手段と、
前記標準地内の樹種を識別する樹種識別手段と、
前記標準地内の樹木の樹高を測定する樹高測定手段と、
前記樹高を所定の樹高・胸高直径回帰式に代入して胸高直径を算出する胸高直径算出手段と、
前記樹高および前記胸高直径から単位面積当たりの立木幹材積を算出する材積算出手段と、
前記単位面積当たりの立木幹材積に前記林相面積を乗じて当該林相内の立木幹材積を算出する林相立木幹材積算出手段と、
算出した林相毎の立木幹材積に、樹種別の樹幹材積に対する枝条材積の百分率から得られたバイオマス係数を乗じて当該林相のバイオマス蓄積量を算出するバイオマス蓄積量算出手段と
を有することを特徴とする森林資源調査装置。
【請求項６】
請求項５において、前記樹高測定手段は、三次元空中写真に基づいて樹木の最も高い部分である樹冠高を計測するとともに、直下の地上部である地際高の標高を計測し、両者の差を樹高として算出することを特徴とする森林資源調査装置。
【請求項１】
写真測量図化機等により作成した３次元空中写真に基づいて森林を構成する樹種、林冠の疎密度、樹高階をもとに林相区分を行う林相区分ステップと、
区分された前記各林相毎の面積を計測する林相面積計測ステップと、
前記林相毎に当該林相を代表する平均的な標準地を一定面積で選定する標準地選定ステップと、
前記標準地内の樹種を識別する樹種識別ステップと、
前記標準地内の樹木の樹高を測定する樹高測定ステップと、
前記樹高を所定の樹高・胸高直径回帰式に代入して胸高直径を算出する胸高直径算出ステップと、
前記樹高および前記胸高直径から単位面積当たりの立木幹材積を算出する材積算出ステップと、
前記単位面積当たりの立木幹材積に前記林相面積を乗じて当該林相内の立木幹材積を求める林相立木幹材積算出ステップと、
算出した林相毎の立木幹材積に、樹種別の樹幹材積に対する枝条材積の百分率から得られたバイオマス係数を乗じて当該林相のバイオマス蓄積量を求めるバイオマス蓄積量算出ステップと
を有することを特徴とする森林資源調査方法。
【請求項２】
請求項１において、前記樹高測定ステップでは、三次元空中写真に基づいて樹木の最も高い部分である樹冠高を計測するとともに、直下の地上部である地際高の標高を計測し、両者の差を樹高として算出することを特徴とする森林資源調査方法。
【請求項３】
請求項１において、所定の測定期間における期末の単位面積当たりのバイオマス蓄積量と期首の単位面積当たりのバイオマス蓄積量を算出し、その差を求めて当該測定期間で割り算し、単年の単位面積当たりの成長量を求める単年成長量算出ステップと、
前記単年の単位面積当たりの成長量に炭素含有率を乗じて単年の単位面積当たりの炭素吸収量を算出する炭素吸収量算出ステップと、
算出した炭素吸収量に「４４／１２」を乗じて単位面積当たりの二酸化炭素吸収量に換算する二酸化炭素吸収量換算ステップと
を有することを特徴とする森林資源調査方法。
【請求項４】
請求項１において、バイオマス蓄積量算出ステップで撮影年の単位面積当たりのバイオマス蓄積量を求めて、これに炭素含有率を乗じて炭素貯蔵量を算出する炭素貯蔵量算出ステップと、
算出した炭素貯蔵量に「４４／１２」を乗じて単位面積当たりの二酸化炭素貯蔵量に換算する二酸化炭素貯蔵量換算ステップと
を有することを特徴とする森林資源調査方法。
【請求項５】
写真測量図化機等により作成した３次元空中写真に基づいて森林を構成する樹種、林冠の疎密度、樹高階の違いを判別して林相区分を行う林相区分設定手段と、
区分された各林相毎の面積を計測する林相面積計測手段と、
前記林相毎に当該林相を代表する平均的な標準地を一定面積で選定する標準地選定手段と、
前記標準地内の樹種を識別する樹種識別手段と、
前記標準地内の樹木の樹高を測定する樹高測定手段と、
前記樹高を所定の樹高・胸高直径回帰式に代入して胸高直径を算出する胸高直径算出手段と、
前記樹高および前記胸高直径から単位面積当たりの立木幹材積を算出する材積算出手段と、
前記単位面積当たりの立木幹材積に前記林相面積を乗じて当該林相内の立木幹材積を算出する林相立木幹材積算出手段と、
算出した林相毎の立木幹材積に、樹種別の樹幹材積に対する枝条材積の百分率から得られたバイオマス係数を乗じて当該林相のバイオマス蓄積量を算出するバイオマス蓄積量算出手段と
を有することを特徴とする森林資源調査装置。
【請求項６】
請求項５において、前記樹高測定手段は、三次元空中写真に基づいて樹木の最も高い部分である樹冠高を計測するとともに、直下の地上部である地際高の標高を計測し、両者の差を樹高として算出することを特徴とする森林資源調査装置。
【図１】
【図２】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図１６】
【図２１】
【図２２】
【図３】
【図４】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１４】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図１６】
【図２１】
【図２２】
【図３】
【図４】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１４】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００８−４６８３７（Ｐ２００８−４６８３７Ａ）
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２１４３８（Ｐ２００６−２２１４３８）
【出願日】平成１８年８月１５日（２００６．８．１５）
【特許番号】特許第３８６５７６４号（Ｐ３８６５７６４）
【特許公報発行日】平成１９年１月１０日（２００７．１．１０）
【出願人】（５０６２７８６８０）アルスマエヤ株式会社 (1)
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月１５日（２００６．８．１５）
【特許番号】特許第３８６５７６４号（Ｐ３８６５７６４）
【特許公報発行日】平成１９年１月１０日（２００７．１．１０）
【出願人】（５０６２７８６８０）アルスマエヤ株式会社 (1)
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