GPS在森林資源連續(xù)清查中的應(yīng)用

胡衛(wèi)東

（廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545004）

GPS在森林資源連續(xù)清查中的應(yīng)用

胡衛(wèi)東

（廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545004）

文章從森林資源連續(xù)清查樣地定位復(fù)位入手，分析傳統(tǒng)的樣地定位復(fù)位方法與不足，闡述GPS技術(shù)在樣地定位復(fù)位中的應(yīng)用方法，論述GPS在樣地定位復(fù)位中的先進(jìn)性、實(shí)用性。

GPS；森林資源連續(xù)清查；系統(tǒng)抽樣；樣地定位；樣地復(fù)位

森林資源連續(xù)清查采用系統(tǒng)抽樣方法估計(jì)總體蓄積，需要布設(shè)固定樣地，埋設(shè)樣地中心樁和角樁，定期對(duì)固定樣地時(shí)行復(fù)位調(diào)查。固定樣地復(fù)位與增設(shè)，傳統(tǒng)的方法是通過羅盤儀引線定位或目視判圖定位，由于儀器誤差或技術(shù)人員地形圖判圖能力不同，一些樣地難以復(fù)位，影響調(diào)查質(zhì)量。而采用GPS定位導(dǎo)航技術(shù)，在樣地中心樁埋設(shè)后，用GPS手持機(jī)測定其坐標(biāo)，復(fù)位調(diào)查時(shí)將每個(gè)樣地中心樁的坐標(biāo)存入GPS接收機(jī)內(nèi)，并為其建立導(dǎo)航，就可根據(jù) GPS接收機(jī)提供的方位和距離尋找復(fù)位中心樁，不需引點(diǎn)引線，大大提高工作效率，節(jié)省時(shí)間與精力。

(一)森林資源連續(xù)清查采用的調(diào)查方法

森林資源連續(xù)清查是林業(yè)生產(chǎn)的基本工作，其目的任務(wù)是查清、查準(zhǔn)森林質(zhì)量和數(shù)量的特點(diǎn)及其變化規(guī)律，以便合理地組織林業(yè)生產(chǎn)、實(shí)行全面規(guī)劃。它采用系統(tǒng)抽樣方法估計(jì)總體蓄積，其工作內(nèi)容包括確定總體面積、計(jì)算樣地?cái)?shù)量，樣地地形圖上布點(diǎn)，樣地實(shí)地定位，樣地設(shè)置與調(diào)查，內(nèi)業(yè)計(jì)算等。系統(tǒng)抽樣調(diào)查具有組織樣本簡單易行，定位方便，樣本單元分布均勻等特點(diǎn)。半個(gè)多世紀(jì)以來，被世界許多國家所采用，挪威、瑞典、芬蘭等國家的全國森林資源清查多采用系統(tǒng)抽樣調(diào)查。我國1977年開始建立的全國森林資源連續(xù)清查體系采用了以公里網(wǎng)交叉點(diǎn)做為樣點(diǎn)的系統(tǒng)抽樣方法。廣西各縣（市、區(qū)）、國有林場建立的局級(jí)森林資源監(jiān)測體系采用了以公里網(wǎng)交叉點(diǎn)和公里網(wǎng)加密點(diǎn)做為樣點(diǎn)的系統(tǒng)抽樣方法。

（二）森林資源連續(xù)清查傳統(tǒng)樣地定位、復(fù)位方法

1.傳統(tǒng)樣地定位方法

我國全國森林資源連續(xù)清查體系以及廣西各縣（市、區(qū)）、國有林場局級(jí)森林資源監(jiān)測體系采用公里網(wǎng)交叉點(diǎn)或公里網(wǎng)加密方法布設(shè)樣地，在樣地實(shí)地定位時(shí)，傳統(tǒng)方法是采用羅盤儀引線定位，具體做法是：（1）在1∶1萬地形圖上樣地周圍（最好在100m的范圍內(nèi)）尋找一個(gè)在圖上和實(shí)地都能準(zhǔn)確定位的明顯地物點(diǎn)，如交叉路口、山峰最高處、三叉河溝、橋梁兩端等，此明顯地物點(diǎn)稱為引點(diǎn)，在地圖上量測該明顯地物點(diǎn)到樣地中心的方位角和水平直線距離；（2）在實(shí)地準(zhǔn)確找到該引點(diǎn)，將羅盤儀架設(shè)在引點(diǎn)上，按圖上量測出的磁方位角和水平直線距離換算成地面的實(shí)際距離引線定位樣地中心，要求定位誤差小于±10米。

羅盤儀引線定位確定樣地實(shí)地位置要達(dá)到定位精度±10米，需要較高的地形圖識(shí)圖能力，能夠在實(shí)地準(zhǔn)確找到引點(diǎn)位置。能熟練操作羅盤儀，準(zhǔn)確瞄準(zhǔn)引點(diǎn)到樣地中心的方位角，準(zhǔn)確量測引點(diǎn)到樣地中心的實(shí)地水平直線距離。在實(shí)際樣地定位工作中，由于技術(shù)人員地形圖判圖能力不同，造成引點(diǎn)位置判錯(cuò)，由于羅盤儀操作熟練程度不同，儀器誤差以及引線所過之處地形陡峭或植被茂密，造成方位角測錯(cuò)或引線距離難以準(zhǔn)確量測的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。由于上述原因，廣西各縣（市、區(qū)）、國有林場局級(jí)森林資源監(jiān)測體系少數(shù)樣地定位誤差超過10米，甚至有引點(diǎn)判錯(cuò)，出現(xiàn)樣地定位誤差高達(dá)幾百米的現(xiàn)象。

2.傳統(tǒng)樣地復(fù)位方法

確定樣地實(shí)地位置，埋設(shè)樣地中心樁和角樁，建立森林資源連續(xù)清查體系后，需要定期對(duì)固定樣地時(shí)行復(fù)位調(diào)查。森林資源連續(xù)清查每隔 5年復(fù)查一次，復(fù)查時(shí)要求先找樣地中心樁和樣木，此項(xiàng)工作稱為樣地復(fù)位。尋找樣地中心樁，傳統(tǒng)的方法主要有：（1）利用標(biāo)記有樣地位置的地形圖結(jié)合歷次復(fù)查記錄為依據(jù)目視判圖尋找。（2）用羅盤儀按初查或復(fù)查記錄的引點(diǎn)、方位、距離引線定位尋找。采用上述方法尋找復(fù)位樣地，前者需要較高的地形圖識(shí)圖能力，后者在引線所過之處地形陡峭或植被茂密時(shí)，羅盤儀導(dǎo)向與測繩量距誤差大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工作量很大。一些樣地要反復(fù)搜尋才能找到，少數(shù)樣地經(jīng)過反復(fù)搜尋數(shù)日仍無法找到。由此可見，傳統(tǒng)的樣地復(fù)位方法工作時(shí)間長，難度大，效率低。

（三）PS在森林資源連續(xù)清查中的應(yīng)用

GPS是英文“Global Positioning System”的縮寫詞，其意為“全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)”，它由空間站、地面站、GPS信號(hào)接收機(jī)三部分組成，主要用于定位、導(dǎo)航、測時(shí)、測速。在森林資源連續(xù)清查工作中，可利用 GPS的定位、導(dǎo)航功能對(duì)固定樣地進(jìn)行定位、復(fù)位。

1.GPS在樣地復(fù)位中的應(yīng)用

（1）利用GPS導(dǎo)航功能尋找樣地中心樁

利用GPS導(dǎo)航功能尋找樣地中心樁，其操作方法如下：

1)在地形圖上計(jì)算樣地中心樁的北京54高斯平面直角橫縱坐標(biāo)值及海拔高度。由于全國森林資源連續(xù)清查體系以及廣西各縣（市）、國有林場局級(jí)森林資源監(jiān)測體系采用北京54坐標(biāo)系地形圖的公里網(wǎng)交叉點(diǎn)或公里網(wǎng)加密方法布設(shè)樣地，而地形圖上每條橫縱公里網(wǎng)線都標(biāo)有其橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，因此樣地坐標(biāo)可以從地形圖上很容易查定和計(jì)算。

2)在 GPS接收機(jī)中進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的設(shè)置。一是坐標(biāo)位置格式設(shè)置，要將位置格式設(shè)置為用戶自定義格式，這樣GPS才能顯示高斯平面直角坐標(biāo)。設(shè)置時(shí)要輸入4個(gè)參數(shù)，包括中央經(jīng)線、投影比例（=1）、東西偏移（=500000米），南北偏移（=0米），其中投影比例、東西偏移，南北偏移3個(gè)參數(shù)固定不變，而中央經(jīng)線要根據(jù)調(diào)查區(qū)域所在的高斯投影帶來計(jì)算，按6度劃分投影帶時(shí)，中央經(jīng)線=投影帶號(hào)×6－3，按3度劃分投影帶時(shí)，中央經(jīng)線=投影帶號(hào)×3。二是坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置，要將坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置為用戶自定義坐標(biāo)系統(tǒng)，這樣 GPS才能顯示北京54坐標(biāo)。設(shè)置時(shí)要輸入5個(gè)參數(shù)，包括DX、DY、DZ、DA（=-108 米）、DF（=0.0000005），其中 DA、DF 兩個(gè)參數(shù)固定不變，它們分別是指WGS84坐標(biāo)系與北京54坐標(biāo)系所采用的地球參考橢球的長半徑之差和扁率之差，而DX、DY、DZ是指WGS84坐標(biāo)系與北京54坐標(biāo)系所采用的地球參考橢球三維直角坐標(biāo)之差，也稱平移三參數(shù)。調(diào)查區(qū)域所處高斯投影帶不同，其相應(yīng)的平移三參數(shù)DX、DY、DZ也不一樣，如南寧市的平移三參數(shù)DX=14米、DY=-88米、DZ=-49米，而北流市的平移三參數(shù)DX=-16米、DY=-110米、DZ=-48米。坐標(biāo)位置格式和坐標(biāo)系統(tǒng)按上述方法設(shè)置好后，GPS接收機(jī)才能顯示北京54高斯平面直角坐標(biāo)。

3)將從地形圖上計(jì)算出的樣地中心樁北京54高斯平面直角坐標(biāo)及海拔高度存入GPS接收機(jī)內(nèi)，建立航點(diǎn)。

4)建立導(dǎo)航，尋找樣地。用目視判圖法接近樣地時(shí)，在GPS接收機(jī)導(dǎo)航頁面為存入機(jī)內(nèi)的樣地航點(diǎn)建立導(dǎo)航，此時(shí)導(dǎo)航頁面會(huì)提供當(dāng)前點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)的方位角和距離，根據(jù) GPS提供的方位角確定尋找方向，如果你行走方向正確，導(dǎo)航頁面提供的當(dāng)前點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)的距離會(huì)逐漸縮小，當(dāng)兩者距離接近0米時(shí)，仔細(xì)尋找即可輕松發(fā)現(xiàn)樣地中心樁。

（2）實(shí)測樣地中心樁北京 54高斯平面直角坐標(biāo)橫縱坐標(biāo)值

通過羅盤儀引線、目視判圖或 GPS導(dǎo)航找到樣地中心樁后，要實(shí)測樣地中心樁北京54高斯平面直角橫縱坐標(biāo)值及海拔高度，在GPS接收機(jī)中設(shè)置坐標(biāo)格式為高斯平面直角坐標(biāo)，坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置為北京54坐標(biāo)系，方法見前述。設(shè)置完成后將GPS 接收機(jī)放至樣地中心樁上，當(dāng)接收機(jī)接收到 4顆或更多衛(wèi)星信號(hào)并處于“三維位置”狀態(tài)，接收機(jī)將計(jì)算并顯示出當(dāng)前位置的北京54高斯平面直角橫縱坐標(biāo)數(shù)值及海拔高度。

因?yàn)榈匦螆D上算出的樣地中心樁坐標(biāo)與實(shí)地埋設(shè)的樣地中心樁坐標(biāo)存在誤差并不相同，所以需要實(shí)測樣地中心樁北京54高斯平面直角坐標(biāo)及海拔高度，目的是避免樣地位移現(xiàn)象，為以后樣地復(fù)位提供準(zhǔn)確的樣地中心樁坐標(biāo)。實(shí)際工作中，利用GPS接收機(jī)導(dǎo)航技術(shù)尋找有GPS實(shí)測坐標(biāo)的樣地中心樁，只要中心樁不被人為或自然災(zāi)害破壞，復(fù)位率可達(dá)100%。

2.GPS在改設(shè)樣地、增設(shè)樣地中的應(yīng)用

改設(shè)樣地是指前期設(shè)置的樣地，本期復(fù)查未能復(fù)位而重新設(shè)置的樣地。增設(shè)樣地是指前期樣地被定為非林地，本期調(diào)查發(fā)現(xiàn)已變?yōu)橛辛值兀ㄈ缤烁€林地），需要定位埋設(shè)標(biāo)樁的樣地。它們都可以使用 GPS導(dǎo)航技術(shù)確定樣地中心實(shí)地位置，利用GPS導(dǎo)航功能尋找樣地中心樁，在用GPS導(dǎo)航確定樣地中心時(shí)，導(dǎo)航頁面提供的當(dāng)前點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)的距離逐漸縮小接近0米時(shí)，即可認(rèn)為GPS接收機(jī)當(dāng)前所在位置就是樣地中心位置。

（四）PS在樣地定位復(fù)位中的先進(jìn)性、實(shí)用性

GPS全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)是美國為解決人類在地球上的導(dǎo)航和定位問題而開發(fā)的高尖端技術(shù)，它具有全球、全天候作業(yè)、定位精度高、觀測時(shí)間短、操作簡便等特點(diǎn)。其導(dǎo)航型接收機(jī)單機(jī)單點(diǎn)定位精度優(yōu)于15米，測地型接收機(jī)采用差分單點(diǎn)定位，精度可達(dá)厘米級(jí)和毫米級(jí)。隨著美國開發(fā)第三代衛(wèi)星和地面控制網(wǎng)，增加民用信號(hào)頻率，提高信號(hào)發(fā)射功率，至2009年，普通導(dǎo)航型接收機(jī)單機(jī)單點(diǎn)定位精度優(yōu)于10米，至2013年，普通導(dǎo)航型接收機(jī)單機(jī)單點(diǎn)定位精度將優(yōu)于5米。GPS全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于森林資源連續(xù)清查樣地的定位、復(fù)位，完全可以滿足樣地定位精度≤±10米的要求。與傳統(tǒng)的羅盤儀引線、目視判圖定位、復(fù)位相比，其先進(jìn)性不言而喻。

GPS民用衛(wèi)星信號(hào)可以免費(fèi)接收使用，隨著GPS應(yīng)用日益廣泛，GPS接收機(jī)的價(jià)格越來越便宜，普通的單頻12通道導(dǎo)航型接收機(jī)價(jià)格為每臺(tái)2000元左右，就現(xiàn)在林業(yè)行業(yè)各部門各單位的財(cái)力而言，完全可以普及推廣使用。近年來生產(chǎn)的GPS接收機(jī)技術(shù)工藝不斷改進(jìn)，菜單已完全中文化，操作非常簡便，且接收機(jī)體積越來越小，重量越來越輕，極大減輕了野外樣地定位、復(fù)位的工作緊張程度和勞動(dòng)強(qiáng)度。價(jià)格適宜、精度高、易操作，使GPS定位導(dǎo)航的應(yīng)用具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

（五）結(jié)論

隨著3S技術(shù)的普及，森林資源連續(xù)清查引入了GPS全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)，2003年廣西區(qū)直各國有林場林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查以及2005年廣西森林資源連續(xù)清查第七次復(fù)查均使用了 GPS定位導(dǎo)航功能對(duì)樣地進(jìn)行定位、復(fù)位，取得了良好的效果，與傳統(tǒng)的羅盤儀引線和目視判圖方法相比，它提高了定位精度和復(fù)位率，減少了工作時(shí)間和工作量，提高了工作效率。因此，在森林資源連續(xù)清查及局級(jí)森林資源監(jiān)測體系中普及推廣應(yīng)用GPS技術(shù)十分必要、也很重要。

[1] 魏占才,王文斗,蘇杰南.森林調(diào)查技術(shù)[M].北京:中國林業(yè)出版社,2006.

[2] 徐紹銓,等.GPS測量原理與應(yīng)用[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2005.

P228.4

A

1008-1151(2011)05-0088-02

2011-01-11

胡衛(wèi)東（1970-），男，廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，工程師，研究方向?yàn)樯止芾怼?/p>