NØYAKTIGHET VED MÅLING I HOGSTMASKIN

Transkript

1 NØYAKTIGHET VED MÅLING I HOGSTMASKIN Peder Gjerdrum, Norsk institutt for skogforskning Dato: FORORD Denne rapporten er fremkommet i forlengelsen av en utredning over samme tema utført for Øst-Norges Tømmermåling (ØNT). Utredningen inngikk i arbeidet med prosjektet Rasjonell bruk av data fra hogstmaskin. Skogforsks arbeid ble utført i nært kontakt med arbeidsgruppen for delprosjektet Kvalitetssikret hogstmaskinmåling - målenøyaktighet : Hans Morten Sandbæk (Moelven Våler), Carlos Myrebø (Moelven Soknabruket), Arne Ivar Øvergård (Glommen Skogeierforening), Bjørn Næsvold (Mjøsen Skogeierforening), Bjørn Erik Alm (Viken Skog), Ingar Aasen (Tømmermåling Sør), Asmund Stenersen (Øst-Norges Tømmermåling), Even Ifarnes (prosjektmedarbeider ved ØNT) og med prosjektleder Ola Rostad (ØNT). Fra Skogforsk har Morten Nitteberg (feltobservasjoner), Kjell Andreassen (materiale for barktykkelse på Skogforsks produksjonsflater) og Øystein Dale (prosjektinitiering, faglig rådgiving) medvirket, med Peder Gjerdrum som koordinator. Forfatteren takker ellers følgende for medvirkning i diskusjoner og verdifulle opplysninger: Per Berg og Anders Lycken ved Trätek; Mats Nylinder og Christina Lundgren, SLU; Erkki Verkasalo og Samuli Hujo, Metla; Lars Wilhelmsson, SkogForsk; og norske representanter for hogstmaskinprodusentene. Opplag 2 (denne utgave) er en lett redigert sammenstilling av oppdragsrapportene 8/01 Målenøyaktighet ved hogstmaskinmåling og 9/01 Nøyaktighet ved HM-måling i furuskog. Morten Nitteberg, Skogforsk, utførte og beskrev feltmålingene som ble gjort i forbindelse med 9/01. Øvrig bearbeiding, samt sammenstilling og redigering i annet opplag, er utført av undertegnede. Annet opplag inneholder ikke nye momenter i forhold til disse to rapportene. Peder Gjerdrum INNHOLD FORORD... 1 INNHOLD... 1 SAMMENDRAG OG KONKLUSJON... 2 INNLEDNING... 3 VOLUMBESTEMMELSE... 3 VOLUM ER FUNKSJON AV DIAMETER OG LENGDE... 3 DATA FRA HOGSTMASKINEN... 4 SAMMENHENGEN MELLOM AVVIRKET VOLUM OG INNMÅLT VOLUM... 4 LENGDEMÅLING... 6 DIAMETERMÅLING... 8 OVALITET OG URUNDHET... 8 DIAMETERMÅLING I HOGSTMASKIN BARK BARKENS TYKKELSE LANGS STAMMEN BARKFUNKSJON FOR HOGSTMASKIN - FORSLAG MÅLENØYAKTIGHET - GRAN OG FURU KVALITETSBESTEMMELSE SIMULTAN NØYAKTIGHET PÅ VOLUM OG VERDI MÅLENØYAKTIGHET I HOGSTMASKIN OG ANDRE METODER KALIBRERING OG KONTROLL AVSLUTTENDE DISKUSJON APPENDIKS FINSKE ERFARINGER NOEN BETRAKTNINGER OM STATISTIKK KORT TEKNISK BESKRIVELSE AV NOEN HOGSTMASKINERS MÅLESYSTEM REFERANSER Nøyaktighet ved HM-måling - 1 -

2 SAMMENDRAG OG KONKLUSJON Nøyaktigheten ved måling i hogstmaskin (HM-måling) er utredet, hovedsakelig ved en sammenstilling av tilgjengelig skriftlig materiale, diskusjoner i arbeidsgruppen og samtaler med kolleger, supplert med en mindre feltstudie. Hogstmaskinene gjør målinger på tømmeret for ulike formål, de viktigste er styring av maskinens funksjoner, aptering og driftsstatistikk. Utredningen har sitt utgangspunkt i et ønske om utvidet bruk av måleresultatene i forbindelse med tømmeromsetningen, spesielt for tømmeroppgjør. Finland har utviklet HM-måling i stort omfang, men siden dette oppfattes som en videreutvikling fra rotmåling og gjelder brutto, seksjonskubert volum på bark, er erfaringene ikke direkte overførbare til norske forhold. Ingen rapporter eller dokumenterte erfaringer for bruk som direkte tilsvarer norsk omsetningsmåling er kjent. Målingen synes å ha potensiale til å oppnå tilsvarende nøyaktighet for måling av diameter på bar ved og lengde som tradisjonelle målerammer. Brutto diameter måles i kvisteverktøyet ut fra andre og noe uvante prinsipper enn klave- eller skyggemåling. God nøyaktighet vil fordre oppfølgingssystemer som spesielt er tilpasset denne målemetoden. Manuelle barkkorreksjoner og valg av barkklasse som måleren vanligvis utfører, kan neppe bli like nøyaktig som ved tradisjonell måling. En barkfunksjon som tar hensyn til avstand fra rotavskjær estimerer barktykkelsen bedre enn dagens funksjoner. Diameter under bark bør dermed kunne bestemmes med tilsvarende nøyaktighet som ved tradisjonelle metoder. Lengdemåling synes å være lite problematisk under vanlig forekommende driftsforhold. Virket må nødvendigvis registreres og sorteres til korrekt kjøper. Det foreligger tekniske muligheter til etterskuddsvis justering av måledataene, f.eks. dersom deler av et parti omdisponeres eller for å rette feil. Erfaringer så langt, før HM-måling er innført, indikerer at det er nødvendig å følge fordelingen gran - furu og skurtømmer - massevirke med spesiell oppmerksomhet. Dette desto mer ettersom virket håndteres gjentatte ganger av forskjellige operatører (hogstmaskin, lassbærer, lastebil) og at det ikke alltid ligger tilrette for å holde en gjennomgående fysisk atskilt vareflyt for hvert sortiment eller kjøper. Straffing, vrak og utlegg utgjør et spesifikt problem. Ettersom dette for en stor del skyldes at måler og hogger gjør ulike vurderinger av kvalitetsreglementenes bestemmelser, er det lite sannsynlig at HM-målingen kan fange opp disse forhold. Bruk av gjennomsnittsverdier kan utløse uønskede effekter, f.eks. kan det føre til bevisst medsendelse av feilaktig virke ettersom dette allerede oppfattes å være registrert. Muligvis vil det vise seg mest hensiktsmessig å sløyfe disse ordninger og inkludere det hele i den samlede kvalitets- og prisavtale mellom partene. Med hensyn til å bestemme kvalitet for skurtømmer vil HM-måling ha en helt annen karakteristikk enn tradisjonell kjerrat-måling. Anledningen til visuell klassifisering begrenses av at operatøren også skal utføre og ha sin oppmerksomhet mot svært mange andre operasjoner. Mulighetene for å ta hensyn til egenskaper ved bestandet, det enkelte tre og opplysninger som kan genereres automatisk i hogstmaskinens styringssystem er langt bedre enn ved de tradisjonelle metoder. Det vil derfor kunne utvikle seg separate opplegg for å kvalitetsbeskrive og -bedømme tømmer ved HM-måling, ved tradisjonell måling i skygge-scannere og ved den nye høy-teknologi (f.eks. røntgen-scannere) ved kjerratmåling. Kravet til nøyaktighet og til driftsstabilitet vil endres når dataene skal brukes til oppgjør, og ikke bare til aptering. Det anbefales opprettet en database med opplysninger om bestandsog treforhold, maskinutrustning, operatør og driftsforhold. En slik database vil bidra til kunnskap om hvorledes målingen fungerer under ulike forhold og gi muligheter for forbedring av metoden. Likeledes vil det, spesielt i en overgangsperiode, være nødvendig å ha et reservesystem å falle tilbake til. Rimeligvis vil det bli gjennomført noen form for partivis mottakskontroll hos kjøper. Dette vil da samtidig kunne fungere som reservesystem. Forøvrig bør det være gode muligheter for at HM-måling har i seg et utviklingspotensiale, som neppe vil fremstå tydelig før metoden er tatt i bruk. Nøyaktighet ved HM-måling - 2 -

3 INNLEDNING Hovedprosjektet 1 har til formål å befordre bruk av data fra avvirkning med hogstmaskin til skognæringens fordel. Næringens interesse for saken fremgår allerede av den generelle skoglige diskusjon i Skandinavia. Det er her nok å henvise til skrevne publikasjoner gjennom noen år i Sverige, bl.a. flere rapporter fra Trätek og SkogForsk, og spesielt Finland, hvor slik oppgjørsmåling allerede er innført (JSM 1999). Den vide vinkling fremgår av titler som Skördaren - nyckelen till att beskriva råvarans egenskaper effektivt (Wilhelmsson 1999) og Måling på hogstplass - gull verdt (redaksjonell artikkel i Skogeieren 1/2001). Denne interesse knyttes til muligheten for bedre logistikk og bedre informasjonsflyt, i tillegg til selve oppgjørsmålingen. En omfattende analyse basert på simulering av forbedringspotensialet i skog-trelastkjeden - med spesiell vekt på hogstmaskinens rolle - er nylig presentert av Chiorescu og Grönlund (2001). Hovedkonklusjonen er knyttet til målenøyaktighet: Selv små forbedringer av maskinens nøyaktighet vil føre til betydelige økonomiske gevinster. Spørsmålet om oppgjørsmåling er imidlertid ikke eksplisitt berørt. Målinger utført i hogstmaskin i Norge har så langt vært knyttet til aptering og i forbindelse med kundespesifikke leveranser. I det senere er det også arbeidet med innretning mot oppgjørsmåling (Dale og Nitteberg 1999). Det arbeid som her fremlegges, er en utredning av målenøyaktighet i forhold til oppgjørsmåling, basert på tidligere arbeider og tilgjengelige rapporter. Oppdragets art og rammer tilsier at det ikke har vært mulig å gå i dybden på alle reiste spørsmål. VOLUMBESTEMMELSE VOLUM ER FUNKSJON AV DIAMETER OG LENGDE Skurtømmer omsettes prinsipielt som enkeltstokker, også ved FMB-måling 2, med verdibestemmelse av hver enkelt individuelle stokk ut fra lengde og toppdiameter uten bark (TMF 1998). Etterskuddsvis beregnes et nominelt volum for statistikkbehandling ol. Dette nominelle volum er fristilt fra stokkens virkelig volum. Volumet er - prinsipielt og reelt - uten betydning for stokkens verdi. Massevirke omsettes prinsipielt etter volum (eller vekt). Når volummåling brukes, skal det - uansett målemetode - tilstrebes et fysisk eller virkelig volum. Vanlige stokker kuberes etter midtflatediameter. For å kompensere for rotsvell er det bestemt å måle rotstokker 40 cm nærmere rotenden. Av historiske årsaker, fra tiden før elektronisk regneutstyr ble tatt i bruk, utføres volumberegningen diameterklassevis, oftest med centimeterklasser. Det er bestemt at kuberingen alltid skal gjøres ut fra klassemidt. Eventuelle avvik fra kubering etter nærmeste millimeter kan tenkes å komme fra skjev-fordeling innen klassen, men dette ventes å slå snart den ene, snart den annen vei, og utjevnes over et helt tømmerparti. I alle tilfeller utføres kuberingen etter midtflateformelen, idet man finner en tenkt (skurtømmer) eller reell (massevirke, unntak for rotstokker) midtdiameter (Dm), samt lengde (L). Midtflateformelen gir stokken et riktig fysisk volum (V) under bestemte forutsetninger om avsmaling og stokkform. Formelen er velkjent: V A m L D 4 2 m L Formelen indikerer at man tenker seg midtflaten Am som en sirkel, mer om dette nedenfor. 1 Prosjekt Rasjonell bruk av data fra hogstmaskin, beskrevet i notat datert av Ola Rostad, Øst-Norges Tømmermåling. 2 Løsvolummåling med fastmassebedømmelse Nøyaktighet ved HM-måling - 3 -

4 Vår bruk av tømmervolum atskiller seg fra tilsvarende praksis i Sverige og Finland. Her anvendes flere ulike volummål uten eller med bark, så som M3TO, M3FPB, M3FUB 3. Ingen av disse måter å angi volum sammenfaller, såvidt vites, helt med våre volum for massevirke eller skurtømmer, jfr. instruksjonsboken for Valmet/MAXI. Bruk av svensk eller finsk maskin- og måleutstyr har ofte bidratt til uklarhet og forvirring om disse forhold i skogbruket og sagbruksnæringen. Vurdering: Ved innføring av HM-måling vil en omprogrammering antagelig være nødvendig for å komme på linje med någjeldende norske regler, dvs. nominelt sagtømmervolum og 40- cm regelen for massevirke rotstokker. Dette vil også fremme korrekt aptering, ettersom verdien av den enkelte stokk i hogstmaskinen beregnes som produktet av stokkvolum og matrisepris (skurtømmer) eller fast pris (massevirke) oppgitt i kroner pr. kubikkmeter. Et dårligere alternativt vil være å akseptere en tilgjengelig volumangivelse, f.eks. M3FUB (seksjonskubert) for massevirke. For skurtømmer vil volumet kunne bli beregnet etterskuddsvis av tømmermålingen på grunnlag av summariske data (Prd-filen, se nedenfor); isåfall må avvik mellom aptering og oppgjørsmåling påregnes. DATA FRA HOGSTMASKINEN Hogstmaskinens datamaskin skal fremskaffe og bearbeide styringsdata for maskinens mange funksjoner, herunder aptering, og samle statistiske opplysninger om den utførte produksjonen. Innsamlede data kan senere utveksles elektronisk (ved diskett, kabel eller trådløst) med andre for videre bearbeiding og bruk. Format for filene som utveksles er basert på en felles internasjonal forståelse. Følgende filtyper er de viktigste: Prd-fil Produksjonsdata. Stokkmatrise med aggregerte data for antall stokker for hver kombinasjon av lengde(dm-klasse) og diameter (cm-klasse); observasjoner for hver enkelt stokk lagres ikke. I tillegg data for identifikasjon (ID) av partiet. Stm-fil Stammeprofiler. Datasett for observert diameter/lengde langs enkeltstammer, med tillegg av opplysninger kvalitetsgrenser og ID. Apt-fil Apteringsinstruksjoner. Input-fil til hogstmaskinen. Prd- og Stm-filene genereres automatisk i hogstmaskinen. Det er mulighet for senere manuell redigering ved hjelp av hogstmaskinens datasystem eller ved bruk av spesialutviklet hjelpeverktøy for administrativ bruk 4. Ved HM-måling kan disse dataene tenkes nyttet på forskjellig måte i forbindelse med kalibrering, oppfølging og kvalitetskontroll og til logistikkstyring, i tillegg til selve oppgjørsdokumentene fra HM-målingen. SAMMENHENGEN MELLOM AVVIRKET VOLUM OG INNMÅLT VOLUM En forenklet fremstilling av sammenhengen mellom avvirket volum og dagens salgsvolum er vist i tabell 1. I kjeden mellom avvirkning/hm-måling og tradisjonell måling kan det forekomme uregelmessigheter i vareflyten. De viktigste elementer ventes å være: a) Rokering, stokker som flyttes mellom ulike kjøpere. Årsaken kan være flere: menneskelig svikt, ulik vurdering ved gjentatt bedømming eller mellom personer (hogger, kjører, transportør). Rokeringen kan være en bevisst omklassifisering eller korrigering foretatt av operatør, eller ubevisst. Oppgaver innhentet av Ifarnes (2001 D5) indikerer at dette dreier seg om anslagsvis 1% av stokktallet, halvparten bevisst og halvparten ubevisst. Anslagene er foreløpig fundert på et skjønnsmessig 3 TO - toppsylindervolum; FPB - fastvolum på bark; FUB - fastvolum under bark 4 Mye brukt er SilviA, utviklet sammen med svenske Skogforsk for bruk med maskiner av typene Ponsse, Valmet, Timberjack og Rottne ( Nøyaktighet ved HM-måling - 4 -

5 grunnlag. Det er antagelig betydelige forskjeller mellom partier, uten at dette kan underbygges. b) Straffing (skurtømmer) og vrak (massevirke), som utføres under dagens måling. c) Svinn. Dette kan være alt fra gjenglemte stokker, uhell og brekasjer til direkte uregelmessigheter. Det synes derfor vanskelig å skaffe noen god beskrivelse av omfanget. Skurtømmer Massevirke Brutto diam Lengde Brutto volum -korr snø - bark Diam ub., cm Lengde, dm Avvirket volum Svinn & 'rokering' - straffing - straffing do. do. Vrak Nto. diam Nto. lengde Nto. vol Kommentar I skogen Ifarnes, notat D5 Ifarnes, notat M4 Lengde- og diaavdrag i ØNT Oppgis i måledokument; Ifarnes, notat M5 Verdi Normert salgsvolum Verdi Nto. salgsvol. Dagens ordning Tabell 1. Skjematisk oversikt over volumflyten i kjeden skog - avvirkning - transport - oppgjørsmåling. Nærmere beskrivelse i teksten. Omfanger av straffing for skurtømmer er analysert av Ifarnes (2001 M4) på ØNTs kontrollstokker for I middel reduseres volumet med ca. 0.85% ved straffing, og vesentlig mer på sekunda (ca. 1.5%) skurtømmer enn på andre sortimenter (ca. 0.4%). Furu har noe mer straffing (1.0%) enn gran (0.8%). Korting på lengde utgjør i middel 45 cm på 4.5% av stokkene (8% for sekunda). Diameterstraffing gjøres med i middel 12 mm på 3% av stokkene (6% for sekunda). For massevirke er mulige differanser knyttet til vraking under måling og stokker som tapes eller rokeres (omplasseres) under prosessen. Omfang av vrak for ØNTs område 2000 er sammenstilt av Ifarnes (2001 M5). Vrak utgjør for gran 2.6% av volum, hovedfeil er skogsråte. Ettersom denne til vanlig vil være (minst) like godt synlig under avvirkning som ved måling, kan en mulig ulik vurdering av feilen mellom operatør og måler ligge til grunn. Tilsvarende vrakes for furu 1.8% av volumet, hovedsakelig som følge av (kvist og) kløft. Ettersom skurtømmer verdibestemmes som enkeltstokker, må såvel diameter som lengde etter straffing oppgis korrekt for hver enkelt stokk. I tillegg vil det oppstå avvik pga. stokker som omplasseres eller tapes. Dette problemet kan være større for kjøper enn for selger, ettersom 1) sannsynligheten for å tape stokker er større enn for at noen skal komme til og 2) stokker som rokeres mellom skur og massevirke havner hos feil kjøper, mens de kan ha likeverdige salgspriser for skogeier. Nøyaktighet ved HM-måling - 5 -

6 Denne problemstillingen kan illustreres ved et eksempel. En analyse nylig av nøyaktigheten ved skogtaksering berørte også forholdet mellom maskinmålt og oppgjørsmålt volum (Gjerdrum 2000). Maskinførerne var kjent med at deres registreringer ville bli analysert. Oppgavene ble innhentet under såvidt mulig vanlige forhold, uten å gjennomføre kalibrering eller andre spesielle forholdsregler. Det viste seg vanskelig å innhente sammenlignbare data for hogstmaskin og tømmermåling. Vanskelighetene var dels knyttet til behandlingen av spesielle sortimenter (lauv, tørrgran), dels til ikke-rene partier (felles innkjøring fra flere drifter) og dels til tidsforsinkelser ved ferdigkjøring av partier. Et utdrag av resultatene for to drifter med fullstendige data er tatt inn i tabell 2. Bestand Brutto - bult og - avkort. og = Netto Herav volum Massev. volum skogsvrak målevrak salg gran furu gran A Hogst % Måling ik.reg % B Hogst % Måling ik.reg % Tabell 2. Eksempel på sammenheng mellom volum målt i skogen med hogstmaskin og ved oppgjørsmåling. Det er tildels betydelige forskjeller i sortiments- og treslagsfordelingen. Totalvolumet er bestemt med bedre nøyaktighet. Etter Gjerdrum (2000). Tilsvarende erfaringer er rapportert hos Dale og Nitteberg (1999), som skriver: Det å samle inn korrekte data på driftsnivå har i etterkant vist seg å være vanskelig. Problemet var dels knyttet til ikke-rene partier (dvs. noe volum tas ute og/eller tilkommer), og dels til unøyaktig registrering av sortiment under hogsten. Bare dataene fra en av de fire maskiner som inngikk i undersøkelsen var av en slik karakter at det kunne nyttes i undersøkelsen. Totalvolumet for 11 drifter ble overestimert av hogstmaskinen med 0.7%, med avvik for enkeltdrifter mellom 0.8% og 11.4%. Vurdering: De omtalte forhold - treslags- og sortimentsfordeling, straffing og vraking, svinn og rokering - vil måtte følges med spesiell oppmerksomhet ved HM-måling. Foreløpig har vi svært lite praktisk erfaring som kan vise størrelse og betydning av eventuelle feil. LENGDEMÅLING Lengdemåling er vesentlig enklere enn diametermåling og utføres etter samme prinsipp i de fleste hogstaggregater. Lengden bestemmes i maskinen ved telling av pulser på et roterende målehjul med tenner som løper langs stokken, med korreksjon for den faste avstand mellom kappested og målehjul. Målehjulet presses mot stokken med et trykk, enten en fjær eller en hydraulisk sylinder. For å kunne skille mellom frem- og tilbakemating sender pulsgiveren 2 signaler, som er faseforskjøvet 90. Systemet har en oppløsning på 1 cm. Utformingen av målehjulets tennene kan varieres for å tilpasses forskjellige forhold (barktype, årstid). Virkemåten er nærmere beskrevet i teknisk appendiks bakerst i rapporten. Ved kappingen tas det hensyn til maskinenes innstilling av overmål og kappevindu (Dale og Nitteberg 1999). Innstillingen av disse bestemmer tillatt lengdetoleranse for en kappet stokk. Overmålet angir en sikkerhetsmargin i forhold til valgt lengde, mens kappevinduet anvendes for å definere tillatt kappeintervall med utgangspunkt i valgt lengde inkl. overmål, figur 1. Nøyaktighet ved HM-måling - 6 -

7 Valgt lengde = = Kappevindu Valgt lengde + overmål =474 Neste stokk Figur 1 Prinsippskisse av innstillingen for lengdekapp. Valgt lengde inkl. overmål: 474 cm. Kappevindu: 5 cm. Systemet tillater dermed kapp mellom 474 og 479 cm. Nøyaktigheten ved lengdemåling undersøkes ved å sammenholde ønsket lengde, dvs. maskinens registrerte kappelengde, med virkelig lengde målt manuelt med et kalibrert målebånd. Klynderud (1994) oppgir standardavviket for lengde til ca. 20 mm, og enkeltobservasjoner opptil cm i begge retninger ble observert. Nøyaktigheten er best på problemfrie stokker. Stokker hvor det forekommer sluring og/eller reversering får dårligere nøyaktighet, med en systematisk underestimering av stokklengden. Dale og Nitteberg (1999) gir resultater fra observasjoner på grantømmer foretatt under forsøksmessige betingelser, som vel må antas å være noe gunstigere enn praktiske driftsforhold mht. å oppnå nøyaktige resultater. Standardavviket ble funnet å være 14 mm, og i tillegg ble lengden i middel overvurdert med 9 mm. Tilsvarende resultater for furu er standardavvik 21 mm og overvurdering 11 mm (Gjerdrum og Nitteberg 2001). Såvel systematiske feil som spredningen ble funnet å være mindre for rotstokker enn for andre stokker, til tross for at initiering av lengdemålingen ansees å kunne være vanskeligst for rotstokkene. Årsaken ble antatt å være at virket er mest regelmessige og med minst kvist i den nedre del av stammen. Ettersom friksjonen mellom målehjul og stokkoverflaten varierer med barkens konsistens, har enkelte maskiner tatt inn en mulighet for å justere omregningen mellom pulser og lengde. Dette utføres ved en form for kalibrering, som synes å være temmelig subjektiv, og som ikke er standardisert mellom maskinene. Det synes godtgjort at overflatens konsistens - på grunn av de rent fysiske forhold ved kontakten mellom målehjul og bark - i noen grad påvirker målingen. Spørsmål er reist om effekten på lengdemålingen av at stammen vrir seg i aggregatet under kvisting, og av krummingen på krokete tømmer. Det er ikke D funnet noen undersøkelse av dette under praktiske forhold. Effekten av vridning kan derfor tenkes beregnet ved følgende formel (se figur 2): L 2 2 M L ( v D ) L er virkelig lengde, og v er vridning uttrykt som andel av en gang helt rundt. For en stokk på 20 cm diameter og 450 cm lengde vil målt lengde bli 0.4 mm for lang om stammen vrir seg 1/10 over stokkens lengde. Dersom den vrir seg ¼, hvilket synes helt usannsynlig mye, vil forskjellen utgjøre 3 mm. LM v L Figur 2 Målt lengde L M er lengre når stammen vrir seg i aggregatet Nøyaktighet ved HM-måling - 7 -

8 For skurtømmer gjelder at pilhøyden aldri skal overstige 1% av stokklengden (sekunda). Lengden av en jevn, sirkelformet krok kan da beskrives ved formelen: arctan( 50 ) 2 L b 360 sin(180 2 arctan( 50 )) Denne buen er 1 mm lenger enn en rett stokk på 400 cm. For massevirke kan en større krok aksepteres. Det later likevel ikke til at vridning eller krok kan påvirke lengdemålingen i nevneverdig grad; ikke for sagtømmer, og neppe for massevirke. Imidlertid tilkommer også effekten av kvistkuler ol. Før sikre konklusjoner kan dras, er det derfor ønskelig med en verifisering under praktiske forhold. Problemet med skråskjær er antageligvis betydelig mindre ved maskinhogst enn ved manuell hogst. Vurdering: Lengdemålingen synes å være temmelig oversiktelig, uten praktisk påvirkning av om stammene vrir seg eller av krok. Ingen faktorer tilsier at spesielle problemer med nøyaktighet skal oppstå. Viktigste spørsmål til oppfølging er en tilfredsstillende systematikk og dokumentasjon mht. kontakt mellom målehjul og bark som følge av variasjoner i barkens konsistens, og effekten av sluring eller reversering under kvistearbeidet. DIAMETERMÅLING Diameter for en rundaktig figur defineres gjerne som avstanden mellom to parallelle tangenter. Tangentene er tradisjonelt og alltid under praktisk måling bestemt ved klave eller lysstråler (skyggescannere). Hogstmaskinmåling er basert på en mer indirekte bestemmelse av diameteren (se nedenfor), noe som forøvrig også gjelder for de nye 3Dmålerammene 5. Den prinsipielle forskjell mellom oppgjørsmåling og sortering av skurtømmer må understrekes. Oppgjørsmåling utføres oftest på store partier, sjelden under et hundre stokker for de vanligste sortimentene. Det er da avgjørende viktig å unngå systematiske avvik. De tilfeldige feil på enkeltstokker blir imidlertid av underordnet betydning, ettersom middelfeilen på gjennomsnittet alltid blir svært liten når bare antall stokker er stort, se avsnittet om statistikk under Appendiks. Sortering, derimot, er første ledd i oppdelingsprosessen, og denne gjøres individuelt for hver stokk, uavhengig av om det er en separat tømmersortering eller ikke. Tilfeldige og systematiske feil er her like uheldige. Målingen, såvel som tømmersortering forut for skur, baseres på diameter under bark. Standardavviket for diameter under bark finnes ved å summere variansen for hvert element som inngår i beregningen: utstyrets målenøyaktighet, urundhet, barktykkelse, barkslitasje/snø/is osv. (Gjerdrum og Høibø 2000). Formelen, som bygger på generell, statistisk teori (Freund 1992), er vist i appendiks. Det følger at standardavviket blir minst når diametermålingen kan gjøres etter barking og i mer enn én retning. I noen tilfeller omsettes mindre partier av spesielle sortimenter, og det er da viktig å holde såvel tilfeldige som systematiske feil lave. Vurdering: Fastsettelse av diameter for tømmeroppgjør under bark må vurderes ut fra den samlede effekt av måleutstyrets nøyaktighet, stokkenes urundhet, barktykkelse og -slitasje, og evt. andre korrigeringer. OVALITET OG URUNDHET Tverrsnittet av en tømmerstokk avviker alltid noe fra en perfekt sirkel, uten at det vanligvis er mulig å forklare dette med en generell flattrykking: det er heller noen form for uregelmessighet i tilknytning til kvister ol. De første grunnleggende analyser av forholdet ble gjort av Matérn (1956). For norsk sagtømmer gjorde Okstad (1983) en analyse basert på 5 3D-måling utføres ved triangelberegning på lysstråler som reflekteres fra stokkens mantel. Nøyaktighet ved HM-måling - 8 -

9 368 stokker fra tømmermålingens rutinemessige kontroller. Urundheten fører til at stokken får en smal og en bred kant. For Østlandsområdet ble forholdet mellom største og minste diameter på bar ved funnet å være (Okstad oppgir arealforholdet, som er kvadratet av dette tallet), temmelig konstant for alle toppdiametere, og skjevfordelt med variasjon i området Normale stokker på 20 cm topp har altså en diameterurundhet på 9 mm, mens synlig ovale stokker viser tildels betydelig større verdier. Praktiske erfaringer fra sagbruksbransjen 6 sammenfaller med de refererte opplysninger. Undersøkelsen (Okstad 1983) har ingen opplysninger om hvilken form urundheten har. Dette er senere undersøkt i et materiale på 206 stokker fra alle toppdiametere av gran og furu (Skatter og Høibø 1998, Skatter et al. 1998). Radius ble målt under og på bark for hver 15, dvs. 24 målinger på hvert tverrsnitt. Restavviket (RMSE) for modellert radius ble redusert fra 2.6 mm for en sirkel, til ca. 1.3 mm for en ellipse. Ved Fourier-analyse ble det vist at det var en jevn nedgang i RMSE etterhvert som modellen ble utvidet med flere parametre. Resultatene tyder på en uregelmessig urundhet, og altså ikke primært en flattrykt oval. Det har vært fundert mye på effekten av tilvridning under kjerratmåling på sagbruk, dvs. hvorvidt det er spesielle tendenser med hensyn til sannsynlighet for måling på bred eller smal kant. Ettersom urundheten bare unntaksvis er knyttet til flattrykking og mulig krok, kan vi ikke vente å finne noe éntydig mønster. Dette samsvarer med Okstads (1983) resultater. Andre tilgjengelige undersøkelser kjennes ikke. Imidlertid skulle man vente at mulige forskjeller ville være avhengige av anleggenes utforming, så som enstykkpålegging og medbringere, eller av barktype og hvorvidt tømmeret er barket eller ikke. Resultater og erfaringer kan derfor vanskelig tolkes generelt eller overføres mellom ulike anlegg. Hertil kommer at alle anleggene har vært gjennom en godkjennelsesprosedyre 7 for å sikre korrekt måling. Uten tilgang til ytterligere undersøkelser er det vanskelig å trekke konklusjoner om forekomst av noen systematisk effekt av bred- eller smalkantmåling på anlegg som brukes til oppgjørsmåling. Areal av tverrsnitt Formelen for arealet av en ellipse er: A e D 4 D 90 D 4 2 g D og D +90 er to diametere som står i 90 vinkel. Det kan vises at arealet beregnet på denne måten er konstant og uavhengig av tilvridning, dvs uavhengig av vinkelen (bare de to måleretningene altså står vinkelrett på hverandre). Forholdet D g D D 1 2 kalles geometrisk middel Dg. Ved bruk av geometrisk middeldiameter vil arealet av såvel en sirkel som en ellipse bli å beregne etter samme formel. Dette resonnement kan utvikles videre. For en uregelmessig rund figur vil geometrisk middel av mange måleretninger (n-te rot av produktet av n måleretninger med lik vinkelavstand) gi geometrisk riktig areal, og dermed riktig volum. Under praktiske forhold brukes ofte aritmetisk middel Da. Denne er lettere å bruke ved hoderegning, og den har tradisjonelt hatt en plass i målereglementene: Den skal benyttes ved kontrollmåling (FUNT 1998) og ellers ved sterkt urundt tømmer. Også i de vanligst forekommende målerammer 8 inngår denne beregning i standardprogrammet. Aritmetisk middel kan eventuelt beregnes som middel av hvor mange måleretninger som helst, 6 Egen oppfølging av stokkdiameter på Soknabruket gjennom flere år. 7 Beskrevet i FUNT (1998) punkt Anlegg levert av RemaControl, seriene 900 og 9000 med to måleretninger. Nøyaktighet ved HM-måling - 9 -

10 forutsatt lik vinkelavstand. Ytterligere ett moment kan være at fallende kant (dvs. helt tilfeldig måleretning) er et forventningsrett uttrykk for aritmetisk middel. Målereglementet (TMF 1998) har en bestemmelse om at diameter skal måles på midlere kant, som i vanlig språkbruk vil bli oppfattet som synonymt med aritmetisk middeldiameter. For tømmer av normal, moderat urundhet antas forskjellen mellom aritmetisk og geometrisk middel å være uten praktisk betydning. Et par regneeksempler kan illustrere dette: D D D D g a g a Normal urundhet Svært urund Det er ikke i detalj kjent hvordan diameter ved hogstmaskinmåling faller inn i en slik systematikk. Diameter måles her mot to krumme klavearmer, se nærmere beskrivelse av målingen under Appendiks bakerst i rapporten. Derved oppstår to diametere eller korder. De to retninger står ikke vinkelrett, men har varierende vinkel etter diameter på stokken. Antageligvis er man henvist til å betrakte noen form for praktisk middeldiameter : Den skal samsvare med kalibreringen, som utføres ved korsvis klaving, dvs. aritmetisk middeldiameter. Figur 3 Skuruttak gjøres best etter middeldiameter (heltrukket rektangel). Postning etter smalkant gir lite sentrumslast (stiplet rektangel). HM-diameter kan tenkes påvirket av noen form for korrelasjon mellom diameter og maskinens måleretninger, eller av at trærne på noen måte er systematisk brede eller smale i den retning det faller vanligst å benytte under hogst. Et slik resonnement tilsvarer diskusjonen om tillegging på kjerrat, og kan bare be- eller avkreftes ved større opplagte undersøkelser under praktisk drift. Det er såvidt vites hittil ikke fremlagt indikasjoner på at dette skulle representere noe praktisk problem. Det har vært - og er - ulik oppfatning av hvorledes et sagbruk best bør innrette seg ved diametersorteringen. Enkelte sorterer etter smalkant, dvs. at de sager urunde stokker på samme måte som en sirkelrund stokk med smalkantdiameter. Detter tilsvarer ugunstigst mulig tilvridning på sagbenken (se figur 3). Ettersom smalkant oftest er knyttet til en temmelig uregelmessig urundhet som også varierer fortløpende langs stokken, vil imidlertid de fleste få større utbytte av den mest verdifulle sentrumslasten ved å sortere etter midlere diameter, altså geometrisk eller aritmetisk middel. Det antas at aptering og måling slik dette utføres i hogstmaskin samsvarer nærmere med sortering etter middeldiameter enn smalkantdiameter. Betydningen av korrekt diametermåling i hogstmaskinen er poengtert i en svensk arbeidsrapport (Wilhelmsson og Arlinger 1997), på basis av en økonomisk analyse hvor såvel tilfeldige som systematiske feil er inkludert. Vurdering: Stokkers urundhet er en kompleks problemstilling som vanskelig lar seg analysere i forhold til måten diameter måles på i hogstmaskinene. Sammenligning med korsvis middeldiameter under praktiske forhold er antagelig den mest effektive betraktningsmetode. DIAMETERMÅLING I HOGSTMASKIN Den første kjente norske undersøkelsen av diametermåling i hogstmaskin er en hovedoppgave fra 1994 (Klynderud 1994), som undersøkte et parti vinterhogget gran med frossen bark. Undersøkelsen indikerte at målenøyaktigheten avhenger av trestørrelse, stokktype, kvistmengde og temperatur. Grove trær og trær med grov kvist viser en Nøyaktighet ved HM-måling

11 overestimering av diameter, og samtidig større spredning for diameternøyaktigheten. Rotstokker hadde større spredning enn andre stokker. Høyere temperatur førte til at diameteren ble overestimert. Ca. 50% av stokkene lå innenfor 4mm brutto diameter på bark. Standardavviket er oppgitt til 9 mm, og enkeltavvik opptil 50 mm ble observert. Vanskeligheten med å oppnå en stabil kalibrering i områder med varierende skog er påpekt. Dale og Nitteberg (1999) gjennomførte en omfattende undersøkelse på fire aggregater fra to maskinprodusenter under hogst i granskog. Måling av brutto diameter på bark ble gjort med et standardavvik på 6.4 mm for diametere under 30 cm, og standardavvik 16 på stokker over 30 cm. Undersøkelsen er gjort under forhold som på mange måter må oppfattes som optimale: Det er benyttet operatører som er mer enn gjennomsnittlig interessert i problemstillingen, og alt teknisk utstyr ble grundig sjekket før og under målingene. Erfaringer fra Trätek (Berg og Helgesson 1994) tyder på at målenøyaktigheten for brutto diameter inkl. bark går ned 10 %- poeng fra optimale til slumpmessige målinger, f.eks. synker andelen innen intervallet 6 mm fra ca. 70% til 60% (se figur 13). Senere er en undersøkelse etter tilsvarende forsøksplan, og som ledd i det pågående utredningsarbeid, gjennomført i fire furubestand (Gjerdrum og Nitteberg 2001). Stammene ble rekonstruert ved å legge hver stokk i rekkefølge med merkene etter tennene på lengdemålingshjulet rett opp. Diameter ble målt for hver 50 cm langs stammen (figur 4), Stokk 1 Stokk 2 Stokk 3 Figur 4 For hver stamme utføres disse målinger: lengde og toppdiameter (stiplet pil) på bark for hver stokk diameter på bark for hver 50 cm fra rotende uavhengig av apteringen (hel linje). (Gjerdrum og Nitteberg 2001) ved kryssklaving utenpå forekommende bark. Ingen måling ble foretatt i rotsnittet. Diameter der målingen ble avsluttet i toppen av stammen var i middel 98 mm. I tillegg ble toppdiameter for hver stokk (ca. 10 cm fra toppende) målt på samme måte. Toppdiameter ble målt på alle stokker, også de som ikke holdt kravene til skurtømmer. Standardavviket ble funnet å være 7 mm, og dessuten systematiske feil på opptil 2,5 mm for bestand. Nøyaktigheten påvirkes negativt når stammene er uregelmessige eller grovkvistede. Nøyaktighet ved HM-måling

12 I samme undersøkelse ble det funnet at 7% av de mulige diameterobservasjoner manglet, i de fleste tilfeller fordi en god kontrolldiameter ikke lot seg bestemme. Bortfallet er størst Andel bortfalte dia.observasjoner 30 % 25 % 20 % 15 % 10 % 5 % 0 % Avstand fra toppende, cm Figur 5 Andel av mulige diameterobservasjoner som ikke er blitt registrerte (Gjerdrum og Nitteberg 2001). nær stammenes toppende (figur 5). Det store bortfallet kan føre til et skjevt utvalg, slik at nøyaktigheten i målingene kan fremstå bedre enn de virkelig er. For vurderingen av resultatene er det også et problem at observasjonene er utført på et fåtall stammer, med mange, fortløpende målinger lang hver stamme. Dette gir autokorrelerte feil, dvs. at måleavviket holder seg som en tendens langs lengre strekninger av stammen. Dette ble bekreftet ved at det ble utført en separat analyse av den enkle modell: 1 Feiln a * Feil n n Parameteren a ble bestemt ved en autoregressiv estimering med én parameter (AR1-modell). Modellen forklare 61% av variansen i diameterfeilen. Dette utgjør et betydelig avvik fra de forutsetninger som gjelder for vanlig benyttede statistiske tester og vurderinger; spesielt vil variansen bli alvorlig underestimert (Montgomery og Peck 1992). Kontrollmålinger for diameter som er utført med mange observasjoner langs hver enkelt stamme, kanskje også under optimale målebetingelser, er av disse grunner neppe representative for de resultater som forventes for enkeltstokker under daglig drift. BARK Alle maskiner måler utenpå forekommende bark. Under opparbeidingen fjernes alltid noe av barken, oftest på en ukontrollert måte. Det kan være at løse barkskjell faller av, slik at barken ellers synes hel og uskadet, eller varierende grad av synlig barkslitasje (figurene 3 og 4). Barkslitasje er selvsagt mest problematisk i sevjetiden. Hogstmaskinens diameterfølerne vil i varierende grad ligge utenpå eller komprimere barken. Forholdet er situasjonsbetinget, avhengig av faktorer som barkkonsistens, frossen/tien bark, barktype, kvistmengde og matetrykk. Dette forhold gjør det nødvendig med separat diameterkalibrering og -oppfølging for hvert treslag, operatør og årstid. Oppgaven å bestemme en korrekt diameter under bark blir således todelt: 1) kalibrering for korrekt brutto diameter på bark, og 2) finne et godt uttrykk for å beregne barkfradraget. Bark på rot - bark i brysthøyde Funksjoner for skoglig planlegging og taksering har vært kjent og tilgjengelig gjennom en årrekke. Disse funksjonene gir barktykkelse i brysthøyde. Da Vestjordet (1967) utga volumtabellene for gran, benyttet han en funksjon som ble utarbeidet på bakgrunn av de vel Nøyaktighet ved HM-måling

13 prøvetrær som inngikk i undersøkelsen. Funksjonen for gran gjelder enkelttrær og tok denne form: D ,3mb 0,34 0,832* D1,3 0,00283* D1,3 0,0101* H 0,700* H mb mb Dob bark 2 Granbark i brysthøyde (etter Vestjordet 1967) Dobbel bark, mm H.kl. 1.0 H.kl. 1.4 H.kl. 1.8 ØNT Diameter på bark, cm Figur 6 Barktykkelse for gran på rot og for skurtømmer. Etter Vestjordet (1967, omregnet og tilpasset Vigerusts høydeklasse) og ØNT (Okstad 1996). Funksjonen er vist i figur 6. Naturskog er oppgitt å ha 1-2 mm tykkere bark enn plantninger for samme diameter. Ved samme diameter vil høye trær ha tynnere bark enn lave trær. Leddet diameter over høyde kan betraktes som et uttrykk for avsmaling (eller invers av høydeklasse, som forfatteren ofte nyttet). Verdiene ligger hele tiden over de som nyttes ved tømmermåling, opptil ti millimeter for grove trær i lave høydeklasser, noe som bl.a. kan ha sammenheng med barkslitasje. For furu ble en tilsvarende funksjon utarbeidet i tilknytning til arbeidet med produksjonstabellene (Brantseg 1969). Barktykkelse i brysthøyde ble funnet å være proporsjonal med diameter og med et høyde/alders-ledd, som kan betraktes som et bonitetsuttrykk. Funksjonen for furu gjelder på bestandsnivå, med inngangsvariablene grunnflatemiddeldiameter, grunnflateveid middelhøyde og totalalder: H Dob. bark 3,221 0,8355* D1,3 2,415* D1, 3 * A Lorey Tot Funksjoner for gran og furu under svenske forhold (Söderberg 1992) inkluderer et bonitetsledd, såvel som andre uttrykk for geografisk variasjon (høyde over havet, breddegrad, nærhet til kyst). I en annen undersøkelse (Björklund og Walfridsson 1993) ble det for furu bare funnet små regionale forskjeller i barkvolum, uttrykt som midlere avdragsprosent, når Sverige ble delt i tre regioner (Södra -, Mellan- og Norra Sverige). Vurdering: Barkfunksjoner som gjøres avhengig av avsmaling og/eller bonitet (eller andre faktorer) synes å ha potensiale til bedre nøyaktighet enn en ren regioninndeling. Den svenske modellen krever mange inngangsopplysninger, og blir antagelig for komplisert. Nøyaktighet ved HM-måling

14 Ettersom diameterprofilen for hver stamme registreres automatisk i hogstmaskinen, vil det enkleste være å benytte avsmaling. Barksvinn under hogst og håndtering En undersøkelse av sammenhengen mellom diametermåling i skog og på industritomt som grunnlag for betaling for hogst og fremdrift etter hogsttariffen ble gjennomført for en større skogeiendom (Gjerdrum og Wilhelmsen 1975). Undersøkelsen gjaldt gran fremdrevet i hele stammer, og barkslitasje ble spesielt analysert. Stammer uten synlig barkslitasje viste 5,1 mm nedgang i diameter på bark, noe som ble forklart ved slitasje av barkskjell ol. under håndtering og opparbeiding. I tillegg var det synlig slitasje, særlig i sevjetiden. Figur 7 Noe (synlig) barkslitasje forekommer oftest, også ved vinterhogst Figur 8 Selvom barken synes uskadd, vil en betydelige mengde barkskjell være avslitt. Furuhogst i februar. Det er ellers en velkjent praktisk erfaring at det samler seg barkavfall på alle steder hvor ubarket tømmer håndteres og lagres (velteplasser, laste- og losseplasser, kjerrater). En logisk følge er at gjensittende barkvolum er blitt tilsvarende redusert. Vurdering: Det ytterste barklaget, og spesielt barkskjellene, er utsatt for slitasje i hogstmaskiner (jfr. fig. 7 og 8), lasting/lossing, fremkjøring og annen håndtering. Størrelsen på slitasjen kan tenkes å avhenge med maskintype, kraft på kvistekniver og mateverk, årstid, treslag og skogtype, og andre kjente og ukjente faktorer. Dette kan gi opphav til systematiske forskjeller ved bestemmelse av netto diameter under bark. Forskjellene vil oppstå såvel mellom drifter som mellom måling på ulike steder i kjeden (f.eks. i skogen og på indistritomt). Forholdet bør undersøkes nærmere. Barkfunksjoner for sagtømmer Også funksjoner for barktykkelse i toppenden av skurtømmer, til bruk under tømmermåling, har lang tradisjon. De norske undersøkelsene, som ligger til grunn for barktrekk ved oppgjørsmålingen, er gjennomført ved Norsk institutt for skogforskning. Funksjonene for gran (Okstad 1981) og for furu (Okstad 1982) er senere revidert på grunnlag av et nytt og større materiale innsamlet i forbindelse med kontrollmålingen (Okstad 1996). Barktykkelse i toppenden estimeres ved en funksjon som øker lineært med diameter. Det er beregnet separate, regionvise funksjoner, men innen hver landsdel er forskjellene oftest små. For furu har rotstokker signifikant tykkere bark enn andre stokker av tilsvarende diameter. Gran har ingen slik forskjell. Både for gran, og spesielt for furu, ble det oppnådd betydelig forbedring i nøyaktigheten ved å benytte tre barkklasse, bedømt for hver enkelt stokk til tynn, middels eller tykk bark. Standardavviket for funksjonen Nøyaktighet ved HM-måling

15 (RMSE - root mean square error) er oppgitt til 2,1-2,5 mm for gran, og 2,9-4,1 mm for furu (minste tall er med, og største tall uten, bruk av barkklasser). En mulig sammenheng mellom barktykkelse hos gran og avsmaling (på bark) og andre egenskaper ved tømmerstokken er analysert på et materiale av begrenset størrelse (Gjerdrum 1995). Man fant at nøyaktigheten ikke ble nevneverdig bedret ved å inkludere avsmaling i modellen. Det var heller ingen effekt av årringbredde. Spredning mellom stokker innen samme parti utgjør mesteparten av restvariasjonen. I en undersøkelse fra syd- og midt-sverige (Drake 1983) ble det funnet noe forskjell mellom regioner både for gran og furu. Det er imidlertid ikke lett å øyne noe mønster i forskjellene, og regioninndelingen synes bare i begrenset grad å redusere restspredningen. For furu er det imidlertid stor forskjell i barktykkelse mellom rot- og andre stokker (for tilsvarende diameter). Også for Finland gjelder beskjedne geografiske forskjeller, og stor forskjell mellom rotstokker og andre stokker (Heiskanen og Rikkonen 1976). Vurdering: Effekten av å innføre regionvise funksjoner synes begrenset. En ren diametermodell (uten barktype) vil gi en systematisk undervurdering av barktykkelsen hos rotstokker og tilsvarende overvurdering for toppstokker av furu. BARKENS TYKKELSE LANGS STAMMEN De grunnleggende egenskaper for furubarkens tykkelsen ble analysert av Heijbel (1929), se illustrasjon figur 9. Ingen norsk undersøkelse av dette forholdet er kjent. I nyere tide er det ved Sveriges Lantbruksuniversitet, SLU, utarbeidet forslag til nye funksjoner for furubark til bruk i hogstmaskin (Jonsson og Nylinder 1990). Hensikten har vært å forbedre grunnlaget for apteringen og gjøre denne mer korrekt. Funksjonen, heretter kalt J&Nmodellen, er av typen: Dob D mb. bark a0 a1 * a2 L D er lokal diameter på bark slik den måles oppover på stammen og L lengde fra rotavskjær. Parametrene a 0 (0.254), a 1 (0.474) og a 2 (0.548) er ment tilpasset forskjellige skogtyper (verdier for det analyserte materiale gitt i parentes). J&N-modellen gir vesentlig bedre tilpassing enn bruk av mellombark, spesielt i den nederste del av stammen opp til 6-8m, se figur 10. Det er ikke bekreftet at funksjonen er tatt i bruk av noen av hogstmaskinprodusentene. Tilgjengelige oppgaver tyder på at den Figur 9 Prinsippskisse for furubark. Heijbel 1929 Nøyaktighet ved HM-måling

16 gamle, rettlinjede funksjon av diameter, alltid brukes, og med parametere som tilsvare noen form for mellombark. Arbeidet med å analysere alternative barkfunksjoner har fortsatt ved SLU (Lundgren 2000). Det er vist at gran og furu må analyseres hver for seg. De bestandsvise forskjellene er tydeligere hos furu (dvs. de er tydelige ved brysthøyde og forsvinner gradvis opp til 6-8 m over rotskjær) enn hos gran. For furu vil bruk av to funksjoner, for skorpe- og for glansbark, gi god nøyaktighet; dette fordrer imidlertid en ekstra operasjon, nemlig at maskinføreren markerer overgangen på hver enkelt stamme. J&N-modellen er derfor enklere og gir nesten like gode resultater for furu. Figur 10 En funksjon av typen 'J&N' gir vesentlig bedre tilpassing enn 'middels bar'. Furu. Jonsson & al Gran har mindre restavvik enn furu; en funksjon som inneholder et avsmalingsledd gir her den beste tilpassning. Denne utvidede funksjonen er noe bedre enn en ren diametermodell. Nylinder opplyser på forespørsel 9 at man foreløpig har begrenset kunnskap om hvor godt funksjonen vil kunne dekke varierende skogforhold, og den er, så langt han kjenner til, ikke implementert eller tatt i praktisk bruk i noen av hogstmaskinene. Imidlertid er problemstillingen fortsatt aktuell, og arbeidet videreføres ved SLU i form av et doktorandprosjekt. Effekten av valg av barkmodell er illustrert ved et beregningseksempel (tabell 3). Forskjellen i verdi for to furutrær - et stort tre og et lite - mellom bruk av normalbark eller mellombark og en barkfunksjon av typen J&N-modellen er beregnet. Normalbark gir en betydelig overvurdering av toppdiameter under bark for skurtømmeret i det grove treet. Verdien overvurderes med 2.4%. Massevirke, toppstokken, undervurderes tilsvarende med vel 3%. Vurdering: Systematiske verdiforskyvninger mellom skurtømmer og massevirke i størrelsesorden 2-3% er antagelig for stor til å være forenlig med oppfatningen av hva som er god og nøyaktig måling. Ettersom feilen går i forskjellig retning, er effekten større for hver av de to kjøpergruppene enn for skogeieren. Pilot-analyse fra Skogforsks produksjonsflater Produksjonsflater er intensivt dokumentert, bl.a. med observasjoner av barktykkelse ved kjente høyder oppover langs treet. Flatene representerer ulike skogtyper, og materialet består av i alt ca trær fordelt på gran og furu. Observasjonene er ikke tilgjengelige i en slik form at det har vært mulig å analysere det innenfor rammen av herværende rapport. For å vurdere materialets egnethet, ble det likevel gjort en analyse på 422 datasett fra 24 utvalgte trær, likelig fordelt på gran og furu. Dataene er plottet i figur 11, sammen med de 9 Personlig kontakt sommeren 2001 Nøyaktighet ved HM-måling

17 vanlige barkfunksjonene for sagtømmermåling i Øst-Norges Tømmermåling, slik disse er presentert av Okstad (1996). Stokk Lengde Diameter Bark, dobb. Diameter Pris Volum Verdi Avvik, % Bark- nr dm på bark, mm mm ub, mm kr/m3 dm3 kr funksjon a) b) c) Volum Verdi I. Grovt tre (D1.3 på = 33cm, h.kl 1.0) J&N- 1 toppm. Prim modellen 2 toppm. Sek midtm Sum Sum skurtømmer Massevirke Sum totalt 'Dagens' % 2.4 % % -3.3 % Sum % 1.9 % II. Grant tre (D1.3 på = 19cm, h.kl 1.0) J&N- 1 toppm. Prim modellen 2 toppm midtm Sum 'Dagens' % 0.3 % % -3.1 % Sum % -0.3 % a) Etter Avsmalingstabeller for furu, Strand 1967 b) 'Optimal' ~ J&N's modell; 'Dagens' ~ overgangsbark iht. Okstad 1996 c) Priser for Viken Skog oppgitt av Bjørn Erik Alm jan. 01 Prisen for skurtømmer er utjevnet i det aktuelle diameterintervall, ettersom enkelte stokker vil komme over el. under neste prisnivå iht. en gjennomsnittsbetraktning. Tabell 3 Effekten på tømmerets verdi av systematiske feil i barktykkelse ved to barkmodeller, beregningseksempel. Bruk av Dagens modell (funksjon for 'middels bark') hos furu overestimerer verdien av skurtømmer og underestimerer massevirke i forhold til den mer korrekte J&N-modellen, Materialet er videre analysert etter J&N-modellen, som er beskrevet ovenfor. I tillegg er en ren, lineær funksjon i lokal diameter beregnet (dvs. spesialtilfellet der a 2 =0 i J&N-modellen), hvilket samsvarer med praksis i dagens hogstmaskiner. Resultatene er sammendradd i tabell 4. Furu viser en betydelig forbedring i forhold til den lineære funksjonen (R 2 øker fra 55.3% til 89.7%), mens det for gran ikke er nevneverdig forskjell. Resultatene samsvarer bra med de som er rapportert av Lundgren (2000). Vurdering: Spesielt for furu er det sterkt ønskelig å etablere en bedre barkfunksjon enn den som nyttes i hogstmaskinene i dag. En kombinasjon av Skogforsks materiale supplert med noe registreringer tatt under maskinhogst bør kunne gi et representativt resultat. Nøyaktighet ved HM-måling

18 Treslag Modell a 0 a 1 a 2 R 2 Gran Dagens J&N-modellen Furu Dagens J&N-modellen Tabell 4 Funksjon for barktykkelse langs stammen estimert etter dagens modell og J&N-modellen på 24 utvalgte trær, ingen barkslitasje. For furu gir J&N-modellen vesentlig bedre tilpassning enn dagens lineære funksjon. 60 Barktykkelse hos GRAN langs stammen fra rot 60 Barktykkelse hos FURU langs stammen fra rot eksempeltrær GRAN NISKs materiale v/k Andreassen Barkfunksjoner etter Okstad eksempeltrær FURU NISKs materiale v/k Andreassen Barkfunksjoner etter Okstad Lokal dobbel bark, mm Tykk bark Middels bark Lokal dobbel bark, mm Skorpebark Overgangsbark 10 Tynn bark 10 Glansbark Lokal diameter, mm Lokal diameter, mm Figur 11 Barktykkelse varierer mye langs stammen, og furu skiller seg vesentlig fra gran. Punkter representerer bark på rot - separat symbol for hvert enkelt tre, mens funksjonene gjelder etter fremdrift til sagbruk. Nøyaktighet ved HM-måling

19 BARKFUNKSJON FOR HOGSTMASKIN - FORSLAG Sålangt vi kjenner til har hogstmaskinene hittil, dvs. ved aptering, benyttet tømmermålingens funksjoner, med varierende dokumentasjon av valg av parametre i funksjonen. Noen maskiner later til å ha brukt funksjoner fra andre distrikter, f.eks. nabostrøk i Sverige. Det synes som om verdier fra ulike regioner, norske og svenske, brukes ved hogst i samme distrikt, uten at årsaken til eller begrunnelsen for dette er klargjort. Ut fra tidligere diskusjon ventes at 1) funksjonsformen passer bra for gran, men slik at barken undervurderes ved bruk av barkfunksjon for oppgjørsmåling, ettersom all barkslitasje ennå ikke har funnet sted, og 2) funksjonen passer dårlig for furu, idet barktykkelsen undervurderes i rota og overvurderes i toppen. For gran synes dette bekreftet i en pågående undersøkelse (Skotte 2001). Det indikeres at granbarken i middel er ca. 2 mm tykkere i maskinen enn når Forslag - gran stokkene er kommet frem til sagbruk. 25 En mulig bonitetseffekt lar seg vanskelig påvise i dette materialet, ettersom 20 hovedtyngden, 9 av ialt 13 bestand, er lagt til midlere boniteter, G14 og G Gran 10 Tilgjengelig materiale tilsier entydig at dobbel bark skal beskrives ved en ren diameterfunksjon, uavhengig av høyde over stubben. De verdier som brukes ved tømmermåling på sagtomt, forutsetter full barkslitasje og undervurderer barktykkelsen ved hogst. Det er en sannsynlig effekt av høydeklasse, dvs. avsmaling, som allerede er tilgjengelig i hogstmaskinens datasystemer. Avsmaling er derfor en bedre faktor enn en mulig effekt av bonitet. Følgende funksjon foreslåes (jfr. figur 12): Dobbel bark, mm 5 0 H.kl. 1.0 H.kl. 1.4 H.kl. 1.8 ØNT Diameter på bark, cm Figur 12 Forslag til barkfunksjon for gran basert på 'halv' barkslitasje og moderat forskjell mellom bestandstyper Dob.barkHM( mm ) 3.0 ( h.kl.) Diam( cm ) Det er neppe nødvendig ytterligere å poengtere at modellen bare må betraktes som en foreløpig løsning, inntil mer velfunderte resultater er innhentet. Dersom man ønsker en helt enkel funksjon, kan midlere høydeklasse settes til f.eks Det foreliggende materiale tillater ikke at det fremsettes forslag om noen funksjon hvor avsmalingen inngår direkte. Dette fordrer et egnet datamateriale, f.eks. fra Skogforsks produksjonsflater. Furu Den funksjonstype som brukes for tømmermåling, gir utilfredsstillende beskrivelse av barken langs en stamme. Funksjonen er ikke egnet for oppgjørsmåling i hogstmaskin, og den vil også kunne gi uheldige utslag ved apteringen. Den enkle og vesentlig bedre modellen som er presentert av Jonsson og Nylinder (1990) bør tas i bruk. En midlertidig løsning ut fra denne skal her foreslåes. Det må presiseres at det ikke finnes erfaringstall for barkslitasje hos furu. I mangel av bedre data, er følgende forutsetninger lagt til grunn: 1. Det tas utgangspunkt i ØNT s barktykkelser med tillegg for barkslitasje på 3 mm (skorpebark), 2 mm (middels bark) og 1 mm (glansbark), Nøyaktighet ved HM-måling

20 2. rotstokken forutsettes å ha skorpebark i toppen, annenstokken middels bark og tredjestokken glansbark, og 3. beregningene gjøres for stokklengde 420 cm. J&N-modellen lar seg ikke helt tilpasse til dette oppsett, men en rimelig god tillempning fåes med funksjonen (figur 13): Dob.bark HM ( mm ) Diam( cm ) Lengde( cm ) 0.7 Vurdering: I sin ufullkommenhet ventes funksjonen å gi en vesentlig bedring av estimert barktykkelse. Modellen fordrer endringer i hogstmaskinens dataprogram, og vil i såfall gi en forbedring også av apteringen. Alternativt kan man som en midlertidig løsning generere barktype til Pdr-filen ut fra stokknummer og foreta sentral beregning av barkfradraget; isåfall oppnås ingen forbedring av apteringen. Dob.bark, mm Forslag - furu Rotstokk (420 cm) Annen (840 cm) Toppstokk (1260 cm) ØNT Middels bark Toppdiam, cm Figur 13 Forslag til barkfunksjon for furu basert på J&N's modell MÅLENØYAKTIGHET - GRAN OG FURU De refererte norske undersøkelser har hele tiden vært utført på gran. For å få noe erfaring ble det derfor gjennomført en avgrenset undersøkelse på furu (Gjerdrum og Nitteberg 2001). Målenøyaktigheten både for diameter og lengde var best på regelmessig tømmer uten for grov kvist, slik som ved tynningshogst, rotstokker og i slank skog. Av de mulige diameterobservasjoner var 7.0% falt bort, i de fleste tilfeller pga. vansker med å definere en god kontrolldiameter. Problemet var størst nær toppenden (figur 14). Dette har antagelig sammenheng med grov kvist og lite regelmessig stammeform. Det store bortfallet kan føre til et skjevt utvalg, slik at nøyaktigheten i målingene kan fremstå bedre enn de virkelig er. Nøyaktighet ved HM-måling

21 Forøvrig er det, som en følge av den nye datainnsamlingen, avdekket at den kontinuerlige oppdatering av programvare i de forskjellige ledd (hogstmaskin, dataklave, analyse- PC) skaper enkelte forviklinger for overføring og analyse av data. Andel bortfalte dia.observasjoner 30 % 25 % 20 % 15 % 10 % 5 % 0 % Avstand fra toppende, cm En finsk undersøkelse fra noen år tilbake Figur 14 Andel av mulige diameterobservasjoner som ikke er blitt (Eeronheimo 1992) registrerte (Gjerdrum og Nitteberg 2001). indikerer at nøyaktigheten ved diametermåling er noe lavere for furu, men likevel slik at de må sies å være på samme nivå for de to treslagene, se figur 15. Vurdering: Det er tilgang på opplysninger fra et større erfaringsmateriale for gran enn for furu. Erfaringene tilsier at lengdemålingen er avhengig av barkens konsistens. Opplysning om nøyaktighet i diametermålingen er gitt for måling på bark. Det er indikasjoner på ar furu har noe større uregelmessigheter enn Figur 15 Diameternøyaktighet for gran og furu syne å være på samme nivå (Eeronheimo 1992) gran, og at det således er mer krevende å få veldefinerte og repeterbare målinger. I tillegg til barktykkelse, som er grundig diskutert i det foregående, kan det være forhold rundt barkslitasje der det to treslag atskiller seg. Erfaringene tolkes slik at gran og furu må håndteres individuelt med hensyn til måling av såvel lengde, barktykkelse som diameter på bark. KVALITETSBESTEMMELSE Fastsettelse av riktig treslag og sortiment er vanligvis så selvfølgelig at det knapt nok nevnes i diskusjonen om kvalitet. Momentet er forsterket av at det ofte er ulike kjøpere av de forskjellige sortimentene, og som overtar eiendomsretten til de aktuelle tømmerstokkene. Erfaringer, som det er vist til foran (se bl.a. Tab. 2), viser imidlertid at det også på disse punkter er nødvendig å ta hensyn usikkerhet i bedømmelsen. Maskinførerens mulighet til skjønnsmessige vurderinger av kvalitet vil være begrenset av han samtidig skal utføre en rekke oppgaver knyttet til den løpende drift. Han må også overvåke apteringen og gripe inn ved behov for tvangskapp, dvs. lokale punktfeil som Nøyaktighet ved HM-måling

22 forekommer på en betydelig andel av trærne, f.eks. vinkelkrok eller gankvist. Anledningen til å foreta kvalitetsbedømming vil derfor være mindre enn ved tradisjonell måling. Det er foreløpig usikkert om slik bedømming av kvalitet hos f.eks. skur- eller spesialtømmer kan gjøres med tilfredsstillende treffsikkerhet, og i tilfelle om dette vil hemme produksjonen. Opplegget må forøvrig ha mulighet for kontroll og etterprøving. Simultan treff for diameter, lengde og kvalitet er vurdert nedenfor. Imidlertid bør det ligge gode muligheter for utvikling av nye kvalitetsuttrykk basert på objektive observasjoner som allerede finnes eller kan genereres i maskinen. Det tenkes her på å nytte kombinasjoner av forhold knyttet til bestandet: bonitet, alder, høydeklasse, og/eller til det enkelte tre: avsmaling, krok/retthet, stokktype/avstand fra rot, relativ trestørrelse ol. Det er gjennom en årrekke arbeidet med slike sammenhenger i flere norske og nordiske FoU- og sagbruksmiljøer, og foreliggende dokumentasjon er såvidt omfattende at en gjennomgang ville sprenge rammene for denne utredningen. Som eksempel vises til en nyere finsk rapport (Uusitalo 1999). Undersøkelsen gjelder 44 gran- og 225 furutrær med D 1,3 > 22 cm, alle fra bestand syd i Finland. Furu ble testet mot trelastkvalitet til synlig bruk og gran ble testet som kontruksjonslast (styrke/densitet). Furu viste muligheter for sortering etter en kombinasjon av alder, D 1,3, trehøyde og avsmaling mellom 10% og 30% fra rot, dvs. ovenfor eventuell rotutsvell og skorpebark og likevel nedenfor grønnkrone. For gran ble de beste resultater oppnådd for avmaling 0% til 20% av trehøyden. Potensialet for å utvikle en objektiv og automatisert kvalitetsbestemmelse med tilfredsstillende korrelasjon for de skisserte kriterier, synes å være bekreftet. Nøyaktighet ved HM-måling

23 SIMULTAN NØYAKTIGHET PÅ VOLUM OG VERDI Det er generelt vanskeligere å oppnå nøyaktighet for flere faktorer samtidig. Dette illustreres med utgangspunkt i figur 16: Figur 16 Nøyaktighet for hhv. lengde- og diametermåling (Trätek Kontenta ). Som tidligere omtalt er treffprosent ved slumpmessig utvalgte studier ca 10%-enheter lavere enn ved tilrettelagte studier. For engrepsaggregat ligger ca. 90% av stokkene innen 5 cm lengde og ca. 48% innen 4 mm diameter. Samtidig forekomst innen 5 cm lengde og 4 mm diameter finnes da ved multiplikasjon 10 48% * 90% = 43% av stokkene. Dersom vi i tillegg forutsetter treff i kvalitet, reduseres treff-andelen ytterligere. F.eks. gir 75% treff i kvalitet et samlet treff på 32%. Med mindre treff-prosenten for en egenskap er meget høy, vil samtidig treff i flere enn én eller et par egenskaper raskt bli så lavt at det neppe er av praktisk interesse. Også fordelingsfunksjonen for feilene kan være av betydning. Ut fra rent matematiske sammenhenger kan ikke disse feilene være normalfordelte samtidig: 1) feil på diameter angitt i mm, 2) på D 2 eller midtflatearealet, og 3) på diameter eller volum i %. Den praktiske betydningen kan imidlertid vise seg å være liten, ettersom feilene i volum og verdi i tillegg maskeres av feil i lengde, kvalitet og samvariasjon. Normalfordelingen er ellers typisk forekommende når mange feilelementer virker samtidig. Vurdering: Lengdetreff er bedre enn diametertreff. Samtidig treff for mer enn én eller et par faktorer synes såvidt lav at den antagelig oftest er uten praktisk interesse. Opplysninger om reelle standardavvik, dvs. under praktiske driftsforhold, for HM-måling er såvidt mangelfulle at et simultant standardavvik for volum eller verdi ikke lar seg beregne. Også en ukjent, men sannsynlig korrelasjon mellom dimensjon og kvalitet (mindre stokker gir f.eks. oftere massevirke enn skurtømmer) vanskeliggjør betraktningen. Utover de skjematiske 10 Reglene for simultan sannsynlighet når utfallene for lengde og diameter er uavhengige av hverandre, dvs. ukorrelerte. Nøyaktighet ved HM-måling

24 betraktninger som er gjort i det foregående, anbefales derfor at virkelig variasjon i volum og verdi må bli observert under praktisk utøvelse. MÅLENØYAKTIGHET I HOGSTMASKIN OG ANDRE METODER Det har ikke vært mulig å finne data som kan gi direkte sammenlignbare verdier for målenøyaktighet for de ulike metoder. Tømmermålingen gir sine oppgaver i form av middel og standardavvik. Disse opplysningene gjelder under bark og for store, representative utvalg hentet fra veldefinerte kollektiver. For denne utredningen har vi tatt utgangspunkt i ØNTs metodekontroll for ca skurtømmerstokker ved 6 utvalgte måleplasser år 2000 (Rostad 2001). Ordinær måling gjelder toppdiameter ub. målt på fallende kant, mens kontrollen er middel av to korsvise målinger. Tallene for gran er presentert i figuren, men disse avviker ikke nevneverdig fra furu. Standardavviket for diameter er 6-8 mm og varierer lite med toppdiameterens størrelse (fig. 17). 25 Std.avvik, mm s(hm gran på bark, Dale et al. 1999) s(hm furu på bark, Gjerdrum et al. 2001) s(ønt gran under bark, Rostad 2001) Diameter, mm Figur 17 Standardavvik for diametermåling. Forutsetninger er beskrevet i teksten. For hogstmaskin er opplysningene om nøyaktighet alltid gitt for måling utenpå bark, og ofte uttrykt i form av frekvens innenfor et diameterintervall (se f.eks. fig. 16). Oppgitt frekvens vil avhenge både av de systematiske og de tilfeldige feilene, slik at opplysningene ikke direkte kan omregnes til standardavvik. Opplysningene gjelder i tillegg ofte for avgrensede og utvalgte partier. Vi har derfor utført enkelte tilleggsberegninger på gran-materialet fra Dale og Nitteberg (1999). Allerede i rapporten indikeres at det er økende standardavvik med økende diameter. Ved tilleggsberegningene ble standardavviket beregnet innen 5-cm-klasser for toppdiameter. Utvalget av bestand i denne undersøkelsen er ikke tilstrekkelig til å sikre representativitet for HM-måling av gran i sin alminnelighet. Oppgavene gjelder diameter målt på bark, dvs. maskinens (middel)diameter sammenlignet med korsvis middel målt med klave. For furu er tilsvarende opplysninger gitt av Gjerdrum og Nitteberg (2001), også her med forbehold om at det gjelder et materiale med begrenset størrelse. Resultatet er presentert i figur 17. Målenøyaktigheten for diameter i hogstmaskin synes å være mer diameteravhengig enn for ordinær måling. HM-materialet gjelder på bark og for spesielle drifter slik det er redegjort for foran. Standardavvik for innmålingsdiameter, etter korreksjon for bark og andre forhold, er ikke kjent ved HM-måling. For begge metodene er standardavviket påvirket av ordinær Nøyaktighet ved HM-måling

25 måling og kontrollen ikke gjøres for identiske diametere. HM-målingen er som vi har sett en slags praktisk middeldiameter, og standardavviket er derfor lavere enn det ville vært med bare én måleretning. Vurdering: Som ventet ut fra aggregatenes virkemåte synker nøyaktigheten med økende diameter ved HM-måling. Det er ikke funnet opplysninger som muliggjør direkte sammenligning av nøyaktighet i innmålingsdiameter med vanlige målemetoder, men nøyaktigheten synes å være av samme størrelsesorden. Målenøyaktigheten ved praktisk HM-måling kan først bestemmes når metoden er tatt i bruk. Det vil være viktig å skaffe opplysninger om gyldighetsområde for diameterkalibrering mht. skogtype, treslag, tidsavhengighet osv., og i tilknytning til dette, indikasjoner for nå ny kalibrering bør utføres. KALIBRERING OG KONTROLL For alle observasjoner er det alltid nødvendig å gi en presis definisjon av måle- og kontrollenheten. Den enkelte stokk er en slik greitt avgrenset enhet, mens parti er ikke like veldefinert. Til forskjell fra fabrikkmåling vil det ved HM-måling være nødvendig med oppfølging for hele partier, i tillegg til kontroll av enkeltstokker, for å fange opp rokeringer mellom sortimentene osv. Deler av kontrollen bør med tiden kunne bli knyttet til et system for sporing av enkeltstokker v.h.a. individmerking (Uusijärvi 2000), se figur 18. Slik merking vil antagelig kunne gi rom for en interessant videreutvikling av HMmålingen. Kalibrering, slik dette utføres i dag, er i utgangspunktet initiering av systemet heller enn en kvalitetskontroll. Kvalitetskontroll under drift kan fungere som et feed-backsystem med korrigering dersom gitte toleranser overskrides, evt. med rejekt av feilvare dersom angitt akseptgrense overskrides. Muligvis kan også maskinsystemet programmeres til å gi Figur 18 Individmerker for tømmer. Transponder (til v) og klips bestemte feilvarsler. Det er viktige prinsipielle forskjeller mellom kalibrering, feed-back og kontroll, selv om den praktiske bruk ofte kan gli over i hverandre. Den egentlige kontroll av metodens nøyaktighet vil likevel aldri kunne bli utført ut fra målinger gjort for kalibrering, feed-back, opplæring el. Et særlig forhold vil være om operatøren har spesielle egeninteresser, f.eks. lønnssystem, knyttet til HM-målingen eller til det produksjonsheft denne målingen uvegerlig vil medføre i forhold til dagens ordning. Det anbefales iverksatt registreringer iht. en sjekkliste for å gi mulighet til å analysere for systematiske feil. Listen bør registreres i en felles database og nyttes til å analysere potensielle problemer. Slike analyser vil gi mulighet til forbedringer av metoden, utover de forhold man foreløpig kan øyne før metoden er tatt i bruk. Opplysningene er spesielt myntet på oppgjørsmåling, men vil være nyttige også for å forbedre aptering og kundespesifikke leveranser. I det minste bør følgende elementer registreres: 1. Diameter og lengde, brutto på bark 2. Innmålingsdiameter og lengde, netto under bark 3. Sortiment, kvalitet 4. Treslag 5. Skogtype 6. Årstid, vær, spesielt temperatur og sevjetid 7. Barktype, kvistmengde, avstand fra rot Nøyaktighet ved HM-måling

26 8. Dato og tid på døgnet 9. Operatøridentifikasjon 10. Maskinspesifikasjon 11. Maskininnstillinger, trykk på kvistekniver 12. Henvisning til protokoll for kalibrering av måleutstyret 13. Uregelmessigheter ved maskinens drift, evt. varsler fra maskinsystemet. Behovet for slik analyse vil være størst i en oppstartingsperiode når den nye metode introduseres. Etterhvert som praktiske erfaring oppnås, vil det sannsynligvis bli behov for å supplere med nye opplysninger, mens andre rimeligvis vil kunne sløyfes. I tillegg vil det være naturlig at kjøperne vurderer sin mottakskontroll i forhold til HMmåling som en ny målemetode. Nøyaktighet ved HM-måling

27 AVSLUTTENDE DISKUSJON Målesystemet i hogstmaskinen er primært utviklet til støtte for maskinenes smidige drift og optimal aptering. Muligheten for oppgjørsmåling synes å være en form for tilleggsmulighet, som ennå ikke er helt klargjort. Følgelig er det fortsatt et betydelig potensiale for forbedring etterhvert som slik bruk blir vanlig og viktig. Ikke minst bør det være mulig å få løsninger som er betydelig mer smidige i forhold til de spesielle forhold som gjelder for norsk tømmermåling. Erfaringene fra Finland viser at oppgjørsmåling med hogstmaskin er fullt mulig, såfremt partene er innforstått med alle systemets sider, men demonstrerer samtidig de betydelige ulikheter i tradisjon og omsetningsmønster i de to land. De tre viktigste forhold i så måte er at 1) den finske HM-målingen har utviklet seg fra omsetning av rotposter, noe som er lite brukt hos oss, at 2) målingen gjøres ved seksjonskubering utenpå bark, også for skurtømmer, og at 3) hovedvekt legges på volum og liten vekt på pris og kvalitet, også for skurtømmer. Vi har i det foregående lagt betydelig vekt på å begrunne behovet for en bedre håndtering av barkproblematikken. Nye barkundersøkelser anbefales gjennomført, for å klargjøre barkslitasjen, barktykkelsens variasjon langs stammen, og betydningen av bestandsforhold og klima. Det kan også være noe uklarheter mht. betydningen tilvriding og urundhet for aggregatene (og delvis også for kjerratmåling). Behovet for en bedre barkfunksjon langs stammen (bedre enn middels bark ) er vel dokumentert, spesielt for furu. Uten å gjøre nærmere undersøkelser synes det vanskelig å gi noe entydig svar på 1) hvorledes barktykkelsen fremtrer over året i de ulike hogstaggregater eller 2) hvor stor forbedring som kan oppnås ved funksjoner som gjøres avhengige av bonitet, avsmaling eller andre faktorer. De foreslåtte funksjoner er ikke befestet i praktiske undersøkelser og må betraktes som rent foreløpige. Slike forbedringer vil sannsynligvis være nødvendige også for å øke presisjonen i apteringen og i kundespesifikke leveranser (bestemte preferanser i lengde-diameterkvalitets-matrisen). Ut fra tilgjengelig beskrivelse av målefunksjonen for de tre undersøkte hogstaggregater kan det ventes at de har ulike karakteristiske måleegenskaper. Dette kan slå ut på variasjon mellom frossen/tien bark og sevjetid, både mht. diameter og lengde, betydning av krok, av grove kvister, samt endret nøyaktighet på store og tunge trær mv. En full klargjøring av alle disse faktorer kan ikke ventes før systemet tas i praktisk bruk. En slik undersøkelse under en periode av minst ett års varighet anbefales gjennomført. Betydningen av straffing, vrak, svinn og rokering bør gjøres til gjenstand for spesiell oppfølging. Dersom det gjøres korrigeringer i målingen ut fra antatt gjennomsnittsverdier, vil enkelte leverandører kunne reflektere slik: Vi får sende med litt feil, ettersom det likevel alltid blir trukket for slike feil. På denne måten vil fremleggelsen av tømmeret kunne bli dårligere. Fortsatt innsats og incitamenter for at omfanget av virke som ikke holder kvalitet skal bli minst mulig er derfor nødvendig, parallelt med behov for analyse av omfang og forekomst. Denne diskusjonen illustrerer også at behovet for partivis kontroll (i tillegg til stokkvis kontroll) vil være grunnleggende forskjellig fra dagens tradisjonelle måling. Det vil være rimelig å vente at innføring av HM-måling vil resultere i at også logistikken eller selve omsetningsformen revurderes av partene ut fra de nye muligheter som her vil foreligge, jfr. den skisse som nylig er presentert for finske forhold (Räsänen og Pennanen 2000). Det er derfor ikke tilstrekkelig å vurdere metoden statisk ut fra dagens bestemmelser. Muligheten for å foreta oppgjør etter måling på bark vil kunne bli vurdert. I så fall vil usikkerheten i målingen reduseres betydelig. Forskjellen mellom salg/oppgjørsmåling og skur/tømmersortering vil bli bedre synliggjort. Videre kan det med en viss rett hevdes at tømmer med intakt bark har bedre lagringsdyktighet, ferskheten bevares bedre, hvilket tilsier at foredlingsverdien også bør være høyere. Oppgjør på bark vil være et incitament til å holde barkkappen uskadet. Hogst etter eksakte matriser hvor sortering etter diameter under bark vil imidlertid bli vanskeliggjort. Tykkelsen på barken i seg selv påvirker også neppe lagringsdyktigheten. En slik nyordning kan derfor være problematisk særlig for skogeierforeningene, da det vil kunne føre til omfordeling av tømmerverdi mellom skogeiere eller regioner med ulik barktykkelse. Nøyaktighet ved HM-måling

28 HM-måling vil kunne befordre nye måter for kvalitetsfastsettelse. Noen eksempler nevnes for å illustrere mulighetene: Stokkens høyde over stubben kan skille mellom rotstokk, mellom-stokker og toppstokker, avsmalingen er større i grønn krone enn på kvistfrie stammedeler, og høydeklasse kan estimeres ut fra forholdet mellom høyde og diameter. En annen mulighet kan være å nytte forholdet mellom størrelsen på det enkelte treet og bestandsgjennomsnittet, for å skille i kvistsetting mellom herskende og beherskede trær (Høibø et al. 1999). Også andre objektive kriterier kan tenkes å inngå, så som høyde over havet (jfr. Frogner 1997) hentet fra en GPS-utrustning, eller bestandstetthet (avvirket volum i forhold til areal hentet fra GPS). APPENDIKS FINSKE ERFARINGER Ingen andre kan vise til så omfattende praktiske erfaringer med HM-måling som Finland. Målingen er formalisert gjennom Jord- och skogbruksministeriets (JSM) forskrift nr 100 fra Mange av bestemmelsene er temmelig generelle, av typen Mätdonet bör fungera tilförlitligt under alla drivningsförhållanden. Det er verdt å merke seg at volum skal beregnes ved seksjonskubering på bark. Operatøren er gjort eksplisitt ansvarlig for at hver stokk får rett sortiment. Operatøren skal avbryte målingen umiddelbart om noen uregelmessighet merkes. Dette vil innebære at det alltid vil være mulig å gå over til en reservemetode. En vesentlig del av arbeidet består av kontroll. Kontrollen utføres dels på enkeltstokker (volum ved seksjonskubering), og på partier ved et tilfeldig utvalg av stokker fra minst 5% av alle partier. Kontrollpartiet skal være minst 10 m 3 eller 100 stokker. Det legges størst vekt på volum, og volumet for hvert hovedsortiment (skurtømmer, massevirke) skal ikke avvike mer enn 4%. Ved større feil skal det opprinnelige måleresultatet revideres. Det er ellers verdt å merke seg at kontrollen utføres av den som setter bort entreprisen (antagelig kjøper), arbeidsgiver (antagelig maskineier) eller av noen som disse bemyndiger. En av de betydelige forskjeller mellom våre to land er det store omfang av rotposter som omsettes i Finland. 80% av volumet omsettes på rot og volumberegnes inklusive bark. Slikt salg ble tradisjonelt omsatt etter måling på rot. Kellomäki (1998) gir en sammenfattende oversikt over målingen i Finland. Disse to forhold - måling på bark og omsetning av rotposter - later til å ha hatt avgjørende betydning for fremveksten av HM-måling. Hujo (2000) oppgir spesielt at HM-måling er billig sammenlignet med alternativene klaving på rot og måling ved bilveg. Utvikling mot HM-måling har gått parallelt med fremveksten av mekanisert avvirkning, og det later til at metoden var i omfattende bruk allerede for ti år siden. De såkalte leveranseposter måles enten ved bilveg eller ved fabrikk, og bare en mindre del som HM-måling. Erfaringer med målenøyaktighet er oppgitt hos Eeronheimo (1992) og Metsäteho (1994). Oppgavene er gitt som frekvens forekomst innen gitte intervall, og synes å samsvare med de svenske erfaringer. Standardavvik er ikke oppgitt, men synes av figurene å være ca. 2%- enh. (for brto. volum på bark). Nøyaktigheten oppgis å variere med operatør og med teknisk utstyr, mens det ikke er systematisk forskjell mellom utstyrsleverandører eller for alder på utstyret. Massevirke, særlig grovkvistet eller kroket som hos furu og lauv, har dårligst nøyaktighet. Det er også nevnt at det har vært problematisk å få til mange nok og store nok kontrollpartier. Kellomäki (1998) og Hujo (2000) fremsetter også synspunkter på sannsynlig videre utvikling av målingen i Finland. Måling ved bilveg antas å bli redusert. HM-måling ventes å holde sin sterke posisjon for rotposter. Fabrikkmåling ventes å få noe økning, knyttet til potensiale for teknisk utvikling og god nøyaktighet selv for små partier. Tilsvarende er det, på bakgrunn av tidligere refererte arbeider fra SkogForsk, utarbeidet svenske retningslinjer (VMR 1998). Det er foreløpig ikke gjort tiltak for nærmere å undersøke de svenske erfaringer. Vurdering: Den finske HM-målingen har utviklet seg fra en tradisjon som avviker betydelig fra vår, med omsetning av rotposter etter volum på bark. Nøyaktighet ved HM-måling

29 NOEN BETRAKTNINGER OM STATISTIKK Avvik mellom den størrelse vi ønsker å observere og faktisk avlesning, kalles ofte statistisk feil. De deles i to prinsipielt ulike typer: tilfeldige feil og systematiske feil. En størrelse (f.eks. diameter eller verdi) beskrives ofte ved 1 gjennomsnitt (middel), 2 standardavvik, og 3 variasjonsmønster eller fordelingstype (f.eks. normalfordelt). Gjennomsnittet kan være forventningsrett dersom både utvalg (sampling), kalibrering og måling osv. er gjort riktig, eller det kan være beheftet med systematiske feil. Systematiske feil kan gi helt uforutsigbare utslag og være meget alvorlige for resultatet (jfr. diskusjonen om barkfunksjon), men det kan også være mulig å motvirke effekten når man først blir kjent med systematikken. De tilfeldige feil beskrives gjerne ved standardavvik, variasjonskoeffisient eller varians. Standardavviket på et gjennomsnitt av mange observasjoner kalles ofte middelfeil. Følgende relasjoner gjelder: s Std.avvik Varians Gjelder for enkeltobservasjoner Std.avvik Var.koeff Prosentisk standardavvik Gjennomsnittsverdi Std.avvik Mid. feil For middel av flere observasjoner Ant.obs Det er alltid viktig å ha klart for seg hvilken populasjon eller kollektiv beregningene er gjort for. Beregningene gjøres ofte på et utvalg eller sampel, og igjen er det viktig hvordan samplingen er utført. Eksempelvis kan hogstmaskiner og bestand som egner seg for forskningsmessige undersøkelser, være mer homogene enn andre, dvs. at de ikke er representative for alt virke som hogges med maskin. Målingene vil i seg selv kunne påvirke resultatet, f.eks. må vi vente at målingene blir mer nøyaktige når en forsker eller kontrollmåler er tilstede. Normalfordelingen omtales ofte, den er symmetrisk og forekommer gjerne som resultat av mange uavhengige effekter adderer seg på hverandre (dette følger av det såkalte sentralgrenseteoremet ). I andre tilfeller har effektene en tendens til å multipliseres, med skjeve fordelinger som resultat. Atter andre er bi-nomiske, dvs. enten-eller, så som brudd i el-kretser. Her trengs da både opplysninger om hvor ofte de forekommer, og om selve feilene når de først er der. Tiden vi må vente frem til neste feil oppstår, kan følge eksponensialfordelingen (ventetid til feil inntrer) eller poissonfordeling (sjeldne hendelser). Enkelte beregninger på målingene er uavhengige av fordelingstypen, mens andre forutsetter normalfordeling. Eksempel: Standardavviket kan beregnes uansett fordeling, mens antagelsen om at 95% av observasjonene ligger innenfor 2 std.avv. (se f.eks. FUNT vedl. 1) er knyttet til normalfordelingen. Diameter under bark beregnes etter en algoritme, hvor det inngår en rekke elementer: brutto diameter, korreksjon for bark, barkslitasje, snø og is, urundhet mv. Dersom feilene for hvert enkelt element forutsettes å være uavhengige av hverandre, noe som synes rimelig, kan standardavviket beregnes ved å addere variansene etter følgende formel: s 2 Diam.ub s 2 målenøyaktighet s 2 urundhet s 2 barktykkelse s 2 barkslit,snø& is Mange statistiske tester forutsetter tilfeldig utvalg og at feilene er uavhengige og normalfordelte. Dette er ikke alltid tilfelle, og kan føre til at vi oppfatter målingene å være mer nøyaktige enn de virkelig er. Nøyaktighet ved HM-måling

30 Et eksempel: hvis vi gjør mange målinger av barktykkelse eller diameter langs en og den samme stammen, vil feilleddene være korrelerte - og beregnet standardavvik undervurderer den virkelige variasjonen. Et annet: feed-back - systemer. Feed-back kan f.eks. bestå i at man endrer kalibrering eller justerer bør-verdiene. Mange kvalitetssikringssystemer beskriver at det skal gjøres korrigerende tiltak ut fra observasjonene. Utvalget er da ikke lenger tilfeldig. Statistiske beregninger på data som brukes til slike justeringer, vil gi et forvrengt resultat. Nøyaktighet ved HM-måling

31 KORT TEKNISK BESKRIVELSE AV NOEN HOGSTMASKINERS MÅLESYSTEM I det nedenstående er tatt inn beskrivelse fra manualer, brosjyrer og egne observasjoner. Pga. tidsfaktoren har det ikke alltid vært mulig å innhente alle opplysninger. Maskinleverandørene har vært uten innflytelse mht. varierende grundighet i beskrivelsen. For en grundigere gjennomgang, om enn noe gammel, vises til Berg (1992). Valmet - Partek Figur 19 Prinsippene for diameter- og lengdemåling hos Partek Systemet beskrives å være innrettet for å optimalisere apteringen vha. moderne, brukervennlig og produktivitetsfremmende teknikk. Systemet genererer stokknota, volumoppgaver og andre, spesielle rapporter. Lengde måles ved et tannhjul m/pulsgiver. Diameter finnes av åpningen på to (av ialt fem) kvistekniver, imot et V-formet anlegg av faste ruller. Diameter fremkommer som en middelverdi av to diametere, som står i varierende vinkel i forhold til hveradre. Knivene med føler er både fjær- og hydraulisk belastet, for raskere reaksjon over kvistnubber ol. Måling gjøres alltid utenpå befindtlig bark. Diameter avføles hver centimeter, og lagres etter filtrering for hver desimeter. Knivene med føler sitter 120 cm forran (i kvisteretningen) kappsted; diameter på kappstedet bestemmes ved ekstrapolering/prognose utarbeidet ut fra diameterutvikling over minst 4 meter. Kalibrering utføres i ett punkt; såsant kvisteknivene ikke er modifisert, omregnes kalibreringen korrekt til alle andre diametere. Timberjack Systemet synes primært utviklet for å optimalisere apteringen. Lengde måles vha. pulser i et tannet, hydraulisk belastet målehjul. Varierende barkkonsistens synes å kunne gi varierende sluringsgrad, slik at det er Figur 20 Timberjack presenterer diametermålingen slik Nøyaktighet ved HM-måling

32 åpnet for en manuell korreksjonsfaktor i lengde. Diameter finnes ved omregning av el. spenning fra føler i to kvistekniver jevnført med empirisk kalibrert diameter. Dette gjøres i 22 ulike diametere, såkalte översettingsvärden eller diameterkalibreringspunkter. Det er ikke lineært utslag mellom spenning og utregnet diameter, og ved uheldig kalibrering kan det oppstå sprang i utregnet diameter. Diameter registreres kontinuerlig, og vha. en filtreringsalgoritme lagres ett mål for hver desimeter. Elementer i filtreringen er at den søker noen form for min.diameter i intervallet for å unngå måling utenpå kvistnubber ol, og kontroll mot sannsynlig avsmaling. Diametermålingen avhenger direkte av trykket på kvisteknivene. Dette innstilles i en avveining mellom lavt trykk for liten matemotstand og stort trykk for god kvistekvalitet. Innstillingen er situasjonsbetinget, avhengig av treslag, barkkonsistens, operatør mv. Kalibrering gjøres derfor treslagsvis, og også for diameter er det en manuell korreksjonsfaktor. Ponsse Leverandøren synes å være sterkt opptatt av målenøyaktighet. I brosjyren Ponsse Opti heter det: Stammen mäts ytterst noggrant med trepunktsmätning som också beaktar eventuell oval form, og videre: Det är PONSSE s mätsystem som har stärkt bidragit till den maskinelle mätningens genomslag i Finland. Diametermålingen gjøres i mateaggregatene. Utstyret er i utgangspunktet konstruerad specielt för kundorienterat virkesanskaffning, hvilket må utlegges som aptering. Apteringen er tett knyttet opp mot prognose for stammeprofil, som beregnes via komplekse algoritmer. Systemet håndterer delvis automatiske kvaliteter, f.eks. enkelte kvaliteter skal bare/skal ikke legges til rotstokk. Målenøyaktighet forutsatt velkalibrert utstyr er oppgitt til: Lengde över 90% i önskat tolerans - till exempel cm. Diameter: 75% +-5mm noggrannhet. Volum: +- 1,5% Figur 21 Ponsses fremstilling av diametermålingen Vurdering: Geometrien i målesystemene varierer noe mellom aggregatene, og den synes temmelig komplisert å analysere. Dokumentasjon av system og funksjon er ikke lett tilgjengelig. Dette gir et visst inntrykk av en black.box - det fungerer, men vi vet ikke helt hvordan. Den geometriske/analytisk sammenheng mellom utslag og størrelse er tilstede ved lengdemåling, mens diameter er basert på en rent empirisk sammenheng, dvs. kalibreringen. Nøyaktighet ved HM-måling