GPS技術(shù)在延平區(qū)林業(yè)工作中的應用

楊英自

摘 要：簡述全球定位系統(tǒng)（GPS）的概念和定位原理，介紹GPS技術(shù)及與其他技術(shù)相結(jié)合在延平林業(yè)工作中的應用情況，分析GPS的限制與北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)組網(wǎng)后的新契機，旨在促進林業(yè)工作朝數(shù)字化、信息化、現(xiàn)代化的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；林業(yè)工作；應用；延平區(qū)

中圖分類號 F326.2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）05-93-03

1 GPS概念和定位原理

全球定位系統(tǒng)（Geographic Positioning System），通常以縮寫GPS來代替，GPS是以人造衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導航系統(tǒng)，可為航空、航天、海洋、陸地等用戶提供高精度、實時、全天候、全球性三維坐標的導航、定位、定時服務[1]。GPS定位導航儀利用接到的衛(wèi)星播放的信號，經(jīng)過幾何計算確定位置。全球定位系統(tǒng)播放衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星位置推算信號，前者給出系統(tǒng)中每一顆衛(wèi)星的位置和狀況，后者給出播放信號之衛(wèi)星的定位信息。GPS定位導航儀接到信號后，根據(jù)接收信號的時間與發(fā)射初始時間之差計算出定位導航儀與衛(wèi)星之間的距離。當算出與至少3顆定位衛(wèi)星之間的距離后，GPS定位導航儀就能確定其在地球表面的空間位置。

2 GPS技術(shù)在延平區(qū)林業(yè)工作中的應用

GPS技術(shù)應用在林業(yè)工作中，能夠快速、高效、準確地提供點、線、面要素的精密坐標。延平區(qū)林業(yè)部門及相關(guān)所屬單位近年來均配置GPS設(shè)備，2000年以來應用GPS技術(shù)先后完成了全區(qū)的固定樣地定位、伐區(qū)邊界定位、野生動植物資源調(diào)查等，調(diào)查結(jié)果經(jīng)省、市質(zhì)量檢查組驗收均達到規(guī)定的質(zhì)量要求[2]。同時還將GPS技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合應用于森林資源管理、“三防”一體化信息建設(shè)、林業(yè)司法鑒定等多個方面。

2.1 GPS在森林資源監(jiān)測樣地定位中的應用 森林資源監(jiān)測常采取樣地調(diào)查的方法，樣地定位是一項重要工作，而在我國森林資源調(diào)查中，固定樣地的定位與復位測量是采用地形圖引線定位和直接搜尋樣地的方法，此法費工費時而且精度較低。GPS技術(shù)的快速動態(tài)定位特性為上述工作提供了有力的技術(shù)支持[3]。在2012年度延平區(qū)森林增長指標年度考核調(diào)查中，“集思寶MG711”GPS在樣地定位中得到廣泛應用。其具體應用方法是：調(diào)查人員以下車步行點作為導航起始點，輸入樣地西南角點坐標開始導航，通過導航界面按方向?qū)Ш?，也可通過地圖方位來輔助導航。從導航開始同時記錄航跡線，選擇界面“GIS采集”，選擇“采集線”，把采集界面“名稱”修改為真實測量的地物名稱，按“開始”鍵，記錄軌跡后，便按“返回鍵”進行導航找樣地點的操作，找到樣地西南角點后，重新進入“采集線”這個界面，按“保存”鍵，把此段航跡保存。導航至樣地西南角點時，用GPS重新定位，并記錄GPS經(jīng)緯度和橫縱坐標。應用GPS相機對樣地進行拍照，GPS自動記錄拍照地點的坐標，為樣地提供豐富的圖像資料。下次調(diào)查時利用GPS采集的航跡和圖像能輕松實現(xiàn)樣地復位。

2.2 GPS在伐區(qū)調(diào)查設(shè)計中的應用 延平區(qū)自2007年開展林木采伐管理制度改革試點以來，人工用材林實行按小班面積控制采伐，皆伐山場以伐區(qū)調(diào)查設(shè)計中核定的四至為驗收依據(jù)。因此做好伐區(qū)四至邊界木標記成為伐區(qū)調(diào)查設(shè)計的重要內(nèi)容。設(shè)計人員對伐區(qū)周邊的邊界木采用統(tǒng)一的標識，并對定位樹實行編號管理，詳細記錄邊界木的樹種、胸徑等主要因子，進一步明確伐區(qū)范圍，對無明顯地物地貌的伐區(qū)邊界用“集思寶MG711”GPS記錄航跡線，并用GPS的相機對定位樹近距離拍照。GPS采集的數(shù)據(jù)包括航跡記錄和照片，照片含有定位樹坐標。采集的數(shù)據(jù)可作為伐區(qū)驗收及發(fā)生越界采伐時案件處理依據(jù)。GPS還可用來測量伐區(qū)面積。遇到地形復雜的伐區(qū)，利用GPS導航功能，在野外能快速找到需調(diào)查設(shè)計的小班位置。

2.3 GPS在野生動植物資源調(diào)查中的應用

2.3.1 在動物資源調(diào)查中的應用 在野生動物資源調(diào)查中，利用GPS接收機尋找樣帶的起點，并根據(jù)輸入的樣帶終點坐標引導調(diào)查人員在規(guī)定的樣帶線內(nèi)調(diào)查。由于接收機還有存儲運動軌跡的功能，因此可以在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化時顯示調(diào)查的速度、軌跡的數(shù)據(jù)，從而對調(diào)查質(zhì)量進行質(zhì)量監(jiān)督和管理。另外GPS還可用于野生動物棲息地的定位，根據(jù)棲息地的森林景觀類型權(quán)數(shù)推算總體種群數(shù)量。如2011年在延平區(qū)洋后鎮(zhèn)后坪村、坑門村、大演村發(fā)現(xiàn)野生獼猴活動蹤跡，林業(yè)站工作人員采用GPS定位其棲息地，據(jù)專家推算，估計種群數(shù)量約為200只。

2.3.2 在植物資源調(diào)查中的應用 在野生植物資源調(diào)查中應用GPS可進行生物密度分析，初設(shè)及復位樣地對植物的多度和頻度進行調(diào)查。可對古樹名木及稀特有植物進行研究和保護。延平區(qū)在2007年就開展了古樹名木普查工作，調(diào)查中逐株逐群進行GPS衛(wèi)星定位，依據(jù)GPS采集的數(shù)據(jù)就可以永久地精確定位每株古樹名木，便于保護管理，為林業(yè)發(fā)展規(guī)劃提供翔實的資料。2012年5月，延平區(qū)林業(yè)局組織專業(yè)技術(shù)人員對全區(qū)及茫蕩自然保護區(qū)范圍內(nèi)的極小種群植物進行調(diào)查。調(diào)查人員對小種群植物的位置及尋找的線路應用GPS采集其對應的航點及航跡數(shù)據(jù)，便于保護工作的開展。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，將來還有可能給古樹植入芯片，若是有人移動古樹名木，工作人員就可在第一時間發(fā)現(xiàn)。

2.4 GPS在山林權(quán)糾紛調(diào)處中的應用 延平區(qū)實施集體林權(quán)制度改革后，林權(quán)主體多元化，部分林權(quán)宗地破碎，四至界線并無明顯地物地貌，由于林業(yè)經(jīng)營周期長，易發(fā)生山林糾紛，用傳統(tǒng)方法現(xiàn)場勘界存在極大困難。林權(quán)宗地圖矢量化后，林權(quán)管理實現(xiàn)數(shù)字化、信息化，利用地理信息應用軟件提供的坐標通過GPS定位的方法能將林權(quán)證上的四至界線落到實地，為山林糾紛調(diào)處提供技術(shù)支持。從2012年起，延平區(qū)林業(yè)部門采用GPS定位的方法調(diào)處山林權(quán)糾紛13起，有效地維護了林區(qū)穩(wěn)定。

2.5 GPS在百合花產(chǎn)業(yè)中的應用 2012年4月18日首屆海峽兩岸延平百合花節(jié)在福建南平市延平區(qū)王臺現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)內(nèi)舉行。百合花是福建南平市的市花，如今百合花產(chǎn)業(yè)已成為延平區(qū)具有區(qū)域發(fā)展優(yōu)勢的特色產(chǎn)業(yè)之一。王臺現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)規(guī)劃之初，便采用GPS對百合花圃地進行測量，確定位置和面積，為園區(qū)建設(shè)提供了詳實的資料，并根據(jù)百合花種植戶的要求對圃地分戶繞測，為花農(nóng)順利拿到上級補助的扶持資金提供了依據(jù)。

2.6 GPS與RS、GIS相結(jié)合的3S技術(shù)在森林資源管理中的應用 3S技術(shù)是地理信息系統(tǒng)GIS、遙感技術(shù)RS、全球定位系統(tǒng)GPS這三大技術(shù)的合稱。3S技術(shù)應用于森林資源管理工作，可以建立綜合的監(jiān)測與管理體系，可以極大改進數(shù)據(jù)處理的方式，可以快速獲取有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)及圖表文件[4]。延平區(qū)在2011年應用3S技術(shù)開展縣級林地保護利用規(guī)劃編制工作，應用SPOT5衛(wèi)星影像，運用地理信息系統(tǒng)、GPS技術(shù)解決林地落界、林地保護等級確定、林地質(zhì)量定級等林地保護規(guī)劃中的具體問題。林地落界中，運用地理信息系統(tǒng)軟件，疊加二類調(diào)查小班數(shù)據(jù)到SPOT5影像中，結(jié)合小班檔案屬性數(shù)據(jù)，把林地逐塊落界，檢查林地小班界線與遙感數(shù)據(jù)特征是否相吻合。不吻合小班應進行技術(shù)處理，一是修改相應小班的林地屬性；二是重新確定小班界，采用遙感影像的目視解譯、勾繪和用GPS現(xiàn)場核實結(jié)合的方法來確定林地邊界。運用地理信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理，能準確地給各小班的林地保護等級、林地質(zhì)量等級進行賦值。延平區(qū)已建立森林資源管理地理信息系統(tǒng)，而GPS和RS作為數(shù)據(jù)采集器，為GIS提供豐富的數(shù)據(jù)源。森林資源管理地理信息系統(tǒng)的主要功能有：一是實現(xiàn)小班調(diào)查數(shù)據(jù)信息化管理；二是實現(xiàn)林業(yè)專題圖的制作，通過GPS采集數(shù)據(jù)，用GIS軟件進行數(shù)據(jù)處理，可制作林區(qū)公路分布圖、竹山機耕道分布圖、森林防火瞭望臺分布圖等；三是實現(xiàn)森林資源動態(tài)化管理，如森林資源年度變化調(diào)查，野外使用GPS采集數(shù)據(jù)，再用GIS軟件進行內(nèi)業(yè)處理，及時更新數(shù)據(jù)。

2.7 GPS與GIS、現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合在林業(yè)“三防”一體信息化建設(shè)中的應用 延平區(qū)在福建省率先創(chuàng)建森林防火、防盜、防病蟲害“三防”一體信息化平臺，指揮中心建設(shè)DLP大屏，將“三防”系統(tǒng)通過全球眼采集的視頻實時輸出到指揮中心大屏上，把林業(yè)地理信息系統(tǒng)融合到“三防”軟件系統(tǒng)中，建立地理信息系統(tǒng)功能。依托電信現(xiàn)有基站新建5個防火特種攝像頭，在茫蕩自然保護區(qū)內(nèi)新建高清探頭4個，整合了18個原先設(shè)置的監(jiān)控點，為所屬各部門及護林巡查員配備73部具有GPS定位功能的手持終端天翼對講手機，指揮中心通過天翼手機進行工作調(diào)度，實現(xiàn)延平區(qū)林業(yè)部門與下屬單位、企業(yè)機構(gòu)的互聯(lián)互通。通過給相關(guān)人員及車輛配置GPS全球定位設(shè)備，不僅有效拓展延平“三防”一體信息化系統(tǒng)管理視距，最大限度保護延平森林資源，還能加強對林業(yè)執(zhí)法車輛、執(zhí)法人員、護林員的有效管理和監(jiān)督，確保林政執(zhí)法隊伍的廉潔高效。

2.8 GPS與GIS相結(jié)合在林業(yè)司法鑒定中的應用 亂砍濫伐、毀林開墾、蠶食林地、放牧毀壞造林地等的林業(yè)案件時有發(fā)生，使用GPS可快速、準確地勘察被毀林地的位置、面積，并可用GPS采集的數(shù)據(jù)繪制出被毀林地的位置圖，為案件的處理提供準確數(shù)據(jù)[5]。

近年來，延平區(qū)林業(yè)技術(shù)人員多次運用GPS技術(shù)在林業(yè)案件中快速、準確地測量鑒定對象位置、面積，為案件處理提供可靠證據(jù)。其具體應用方法是：鑒定人深入現(xiàn)場實地踏勘，采用“集思寶MG711”GPS一臺，按下機器左下角的“開始鍵”，打開MobileGIS森林資源調(diào)查軟件，先站在開始測量面積的位置，選擇“GIS采集”，選擇“采集面”，把采集界面“名稱”修改為真實測量的地物名稱，先按綠色鍵，開始測量，按紅色鍵暫停，繞地物一周回到起始點，按“保存鍵”即可結(jié)束測量，保存好數(shù)據(jù)。鑒定人接著完成林木調(diào)查等其他事項。鑒定人把測量的數(shù)據(jù)導出到GPS的內(nèi)存卡上，形成一個單獨的文件夾。先通過USB數(shù)據(jù)線，把GPS連接電腦，把GPS測量數(shù)據(jù)復制到電腦上。再用GIS Office軟件打開測量數(shù)據(jù)，在GIS Office中設(shè)置北京54坐標系統(tǒng)，導出Shape files數(shù)據(jù)。最后用地理信息ViewGIS系統(tǒng)打開Shape files數(shù)據(jù)，使用地圖匹配中的坐標平移使之與林業(yè)基本圖匹配，疊加林業(yè)基本圖和地形圖，根據(jù)需要制作、輸出復合圖。

2.9 GPS與GIS、Google Earth相結(jié)合在福銀高速森林生態(tài)景觀規(guī)劃設(shè)計中的應用 Google Earth是一款全球衛(wèi)星地圖和地理信息演示軟件，它以高分辨率的衛(wèi)星影像為底圖，真實地反映出所要調(diào)查區(qū)域地形、海拔等相關(guān)地理信息。將GPS戶外采集的航點、航跡等資料直接顯示、錨定在Google Earth衛(wèi)星影像圖相應位置上，使調(diào)查工作更加精準和直觀。2012年12月延平區(qū)依托“三防”一體信息化平臺，對福銀高速延平段18km森林生態(tài)景觀示范段綠化任務進行分解，組織專業(yè)技術(shù)人員進行分塊規(guī)劃，落實到每個山頭地塊。技術(shù)人員利用“集思寶MG711”GPS測量數(shù)據(jù)，再用GIS Office軟件打開數(shù)據(jù)，直接疊加Google Earth影像圖，根據(jù)需要調(diào)整圖像比例，下載或截屏粘貼制作成工作圖形。

3 GPS的限制與北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)組網(wǎng)后的新契機

雖然GPS已廣泛應用，但也絕非完美無缺。例如，其規(guī)模太大、造價太高，其他國家很難效仿；GPS只能導航，無法通信，因而不能滿足日益增長的用戶需求；如果僅依賴GPS，則容易受美國控制。鑒于此，我國積極發(fā)展自己的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，目前北斗已經(jīng)形成區(qū)域性服務能力。北斗應用有五大優(yōu)勢：一是它同時具備定位與通訊功能，不需要其他通訊系統(tǒng)支持，而GPS只能定位；二是覆蓋范圍大，沒有通訊盲區(qū)，精度與GPS相當，而在增強區(qū)域也就是亞太地區(qū)，甚至會超過GPS；三是特別適合于集團用戶大范圍監(jiān)控管理和數(shù)據(jù)采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應用；四是融合北斗導航定位系統(tǒng)和衛(wèi)星增強系統(tǒng)兩大資源，因此也可利用GPS使之應用更加豐富；五是自主系統(tǒng)，安全、可靠、穩(wěn)定，保密性強，適合關(guān)鍵部門應用。國內(nèi)已有相關(guān)企業(yè)從事北斗應用終端的研發(fā)以及北斗和GPS兼容終端的研發(fā)，意味著GPS終端用戶將可以單獨使用北斗，也可以使用北斗和GPS兼容終端，享受到更優(yōu)質(zhì)的服務、更好的用戶體驗。2011年12月31日，國家林業(yè)局組織編制的《林業(yè)生態(tài)建設(shè)與保護北斗示范應用系統(tǒng)工程可行性研究報告》通過評審，該項目的實施將成為現(xiàn)代林業(yè)建立林業(yè)資源監(jiān)管、林業(yè)災害監(jiān)管和野生動植物保護管理的重要支撐系統(tǒng)。

4 總結(jié)與展望

GPS具有進行定位、測距、測線、測面積和導向等功能。實踐證明，它在森林資源調(diào)查、造林規(guī)劃設(shè)計與檢查、各種境界線的勘測與放樣落界等方面發(fā)揮著獨特作用，它具有適用范圍廣、工作效率高、操作簡單、功能強大等諸多優(yōu)點。隨著科技的進步，衛(wèi)星導航技術(shù)將與其他技術(shù)互為融合，朝著多元化、智能化方向發(fā)展。GPS技術(shù)的普遍應用必將促進林業(yè)工作向著數(shù)字化、信息化、現(xiàn)代化的方向發(fā)展，為生態(tài)林業(yè)建設(shè)提供有力保障。

參考文獻

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