GPS在林業(yè)面積測量中的應(yīng)用探尋

王玨 馬娜

摘 要：在森林資源開發(fā)的過程中需要加強(qiáng)面積測量工作，這是確保森林資源開發(fā)方案科學(xué)合理的重要基礎(chǔ)。而在林業(yè)面積測量過程中，對GPS技術(shù)進(jìn)行充分應(yīng)用可以及時掌握林業(yè)面積的動態(tài)變化情況，并及時做出正確的開發(fā)決策。因此，需要對GPS技術(shù)在應(yīng)用過程中的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行全面分析，了解在林業(yè)面積測量過程中存在的具體誤差，并對GPS在林業(yè)面積測量中的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行深入探索，從而提高林業(yè)面積測量結(jié)果的可靠性。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù);林業(yè)面積;測量實(shí)踐;應(yīng)用要點(diǎn)

前言

作為全方位實(shí)時三維導(dǎo)航以及定位系統(tǒng)，GPS在應(yīng)用過程中的定位精度比較高，工作效率相對較高，并且操作過程比較簡單，功能用途比較多，其應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大。在林業(yè)科技水平提高的背景下，對GPS技術(shù)進(jìn)行充分應(yīng)用，可以在極大程度上提高林業(yè)建設(shè)工作質(zhì)量。在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃中對GPS進(jìn)行運(yùn)用可以準(zhǔn)確掌握林業(yè)面積，對提高林業(yè)面積測量工作的效率和質(zhì)量都有積極幫助。

一、GPS技術(shù)的原理與特點(diǎn)

在GPS定位系統(tǒng)應(yīng)用過程中，其定位誤差受大氣干擾比較大，可能會產(chǎn)生游移誤差，如果將1臺GPS固定，在測量范圍的某一個點(diǎn)利用另一臺GPS進(jìn)行繞測，數(shù)據(jù)下載后用來固定的GPS可以有效消除繞測GPS的游移誤差。利用GPS航跡點(diǎn)生成原理可以每10秒鐘生成一個航跡點(diǎn)，每一個航跡點(diǎn)都是具體的坐標(biāo)。對這些坐標(biāo)進(jìn)行聯(lián)系接可以形成測量圖形。利用這些坐標(biāo)可以對閉合圖形的面積進(jìn)行準(zhǔn)確計算。這也是林業(yè)面積測量過程中GPS技術(shù)應(yīng)用的主要原理。在實(shí)際應(yīng)用中需要將GPS測量面積與羅盤儀閉合導(dǎo)線測量的實(shí)測面積以及最大絕對誤差進(jìn)行對比分析，才能夠獲取最大測量誤差。而將最大測量誤差與面積進(jìn)行回歸分析后，可以準(zhǔn)確獲取GPS可測量的最小面積。

GPS系統(tǒng)的定位精度比較高，GPS的相對定位精度在100～500千米內(nèi)的誤差為7到8米，1000千米范圍內(nèi)，誤差可以達(dá)到9～10米。并且GPS的測繪時間相對較短，目前GPS系統(tǒng)在不斷完善，現(xiàn)在的軟件功能也越來越多，在21千米以內(nèi)的相對靜態(tài)定位只需要15分鐘左右即可完成，可以保證定位結(jié)果的準(zhǔn)確度。在GPS測定過程中也不需要對測點(diǎn)之間的通視性進(jìn)行嚴(yán)格控制，只需要確保測點(diǎn)上方開闊即可，能夠大大節(jié)約測量時間，提高測繪工作效率。再加上GPS系統(tǒng)的操作過程比較簡單，其自動化水平也越來越高，接收機(jī)的體積越來越小，手持GPS在應(yīng)用過程中受氣候的影響相對較少，可以進(jìn)行全天候作業(yè)，對保證林業(yè)面積測量工作的整體效率有積極作用[1]。

二、林業(yè)面積測量誤差分析

目前，在林業(yè)面積測量過程中，對GPS技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用可能會存在一些誤差，這些誤差主要包括以下兩方面：第一，非人為因素誤差。這一誤差主要是由GPS技術(shù)在測量過程中的誤差導(dǎo)致的。例如衛(wèi)星時鐘誤差，衛(wèi)星會存在一些誤微小誤差，衛(wèi)星的定位是被持續(xù)監(jiān)控的，但并不是每一秒都處于被監(jiān)控的狀態(tài)，在這一期間如果存在微小的定位誤差，會對接收器在定位計算時的準(zhǔn)確性受到影響。除此之外，氣候、陽光等也會導(dǎo)致GPS測量誤差產(chǎn)生。第二，人為因素。在林業(yè)面積測量過程中，如果測量面積比較大，其產(chǎn)生誤差越小。一般情況，每次林業(yè)測量的面積在5畝以上，在人為測量的過程中，如果利用手持GPS接收機(jī)進(jìn)行測量，拐彎時行走速度比較快，或者山坡比較陡，雜草雜灌比較多，測量人員未走到測量邊沿進(jìn)行測量，會導(dǎo)致測量誤差。此外，手持GPS的穩(wěn)定性不足，可能會導(dǎo)致接收衛(wèi)星信號受到一定影響。一般林業(yè)面積測量的允許誤差在3%～5%左右[2]。

三、GPS在林業(yè)面積測量中的應(yīng)用

（一）測量前準(zhǔn)備

做好有效的測量前準(zhǔn)備工作是保證后續(xù)測量工作順利進(jìn)行的重要基礎(chǔ)。在林業(yè)面積測量之前需要做好以下準(zhǔn)備：

第一，做好羅盤儀閉合導(dǎo)線測量面積誤差分析模型程序準(zhǔn)備工作。為了保證羅盤儀閉合導(dǎo)線測量面積最大誤差在允許范圍內(nèi)，需要構(gòu)建不同長度和寬度的矩形模型。在模型構(gòu)建的過程中，閉合點(diǎn)落在以起點(diǎn)為圓形、周長為1/200半徑的圓上，而從0°開始需要以北方位角3為單位形成一系列點(diǎn)，對每一個點(diǎn)和其他點(diǎn)之間的圖形進(jìn)行平差。利用割補(bǔ)法對面積進(jìn)行計算。在這一面積計算過程中，其與真實(shí)面積進(jìn)行對比可以獲取相對誤差，最終找出最大面積相對誤差。在分析過程中，如果圖形縱橫長度相接近，面積最大相對誤差大約為1%，圖形縱橫長度相差比較大的情況下，面積最大相對誤差可能為大于1%或者小于1%。因此，在具體的應(yīng)用過程中需要對范圍橫縱寬度進(jìn)行合理控制，盡可能確保其均勻性。

第二，GPS系統(tǒng)設(shè)置工作。在測量之前需要對GPS系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)設(shè)置。尤其要清除原有航跡點(diǎn)和航跡點(diǎn)記錄，并將航跡點(diǎn)生成設(shè)置為每10秒記錄一個航跡點(diǎn)。

第三，測量儀器工具準(zhǔn)備。在林業(yè)面積測量之前需要完成羅盤儀、手持GPS機(jī)、記錄表、全站儀等準(zhǔn)備工作。此外，還要對羅盤儀的視距、磁針等進(jìn)行檢測，確保羅盤儀的精度符合測量需求。

（二）外業(yè)測量作業(yè)

在林業(yè)面積測量過程中主要是完成外業(yè)測量作業(yè)。GPS全球定位系統(tǒng)在勘探測繪的過程中，主要是定位造林地塊、地塊位置以及形狀，這樣在地形圖上可以標(biāo)注具體的位置，并利用GPS對面積進(jìn)行計算。在利用GPS對林業(yè)面積進(jìn)行測量之前，需要對該區(qū)域中的中央經(jīng)線進(jìn)行準(zhǔn)確計算，同時要獲取投影比例，東西偏差與南北偏差等。只有輸入正確參數(shù)才能夠保證面積測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。測量面積時，需要經(jīng)過多次對比試驗(yàn)，可以利用GPS和羅盤儀對不同面積地塊進(jìn)行分別測量，對比面積越大之間的差距越小，而積越小兩者之間的差距會越大。如果積為1公頃以上的地塊，在測量過程中對GPS技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用可以在極大程度上確保測量結(jié)果的精準(zhǔn)度;而積在1公頃以下的地塊主要是利用羅盤儀對面積進(jìn)行測量。

對不規(guī)則地塊進(jìn)行面積測量的過程中，可以利用GPS航跡測量方法。而對規(guī)則地塊進(jìn)行測量時，主要是以航線測量方法為主。在實(shí)際操作中GPS需要測量由幾個點(diǎn)為頂點(diǎn)圍成的多邊形面積，每一個航線不能超過50個航跡點(diǎn)。在面積測量時需要對航跡測量方法和航線測量方法進(jìn)行綜合應(yīng)用，充分發(fā)揮GPS技術(shù)在林業(yè)面積測量過程中的積極優(yōu)勢。

除此之外，還可以對手持GPS測量方法進(jìn)行有效應(yīng)用。目前，在GPS技術(shù)發(fā)展過程中手持GPS的功能越來越強(qiáng)大。在手持GPS測量時，需要根據(jù)林業(yè)面積確定測點(diǎn)密度?？梢岳锚?dú)自電子氣壓測高儀完成測量作業(yè)，其測高精度在3米之內(nèi)，配合電子羅盤可以在隧道、密林中進(jìn)行導(dǎo)航，使測量工作更加簡單。在面積計算的過程中需要根據(jù)面積計算器按開始鍵，走一圈之后按結(jié)束鍵，這樣面積和走過的距離可以自動求出面積。

（三）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

完成外業(yè)數(shù)據(jù)測量工作后，需要對內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在具體的處理過程中主要從以下角度出發(fā)：

第一，羅盤儀閉合導(dǎo)線測量數(shù)據(jù)處理工作。需要將北方位角以及水平距等數(shù)據(jù)輸入到文件系統(tǒng)內(nèi)，利用坐標(biāo)生成和平差程序生成平差普絕對誤差、相對誤差以及平差后不同坐標(biāo)的具體文件。如果相對誤差在1/200，可以運(yùn)行面積計算程序從而生成羅盤儀閉合導(dǎo)線測量的具體面積。

第二，對GPS測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。將兩臺GPS的數(shù)據(jù)下載后形成文件，利用GPS游移誤差消除程序可以獲取消除誤差后的地理坐標(biāo)位置。對這些位置進(jìn)行轉(zhuǎn)變使其成為公里網(wǎng)坐標(biāo)值，并利用面積計算程序獲取GPS測量的位置。這一面積為林業(yè)測量面積的真實(shí)值[3]。

（四）GPS測量中的注意要點(diǎn)

在林業(yè)面積測量過程中對GPS進(jìn)行應(yīng)用時，還要注意以下要點(diǎn)，盡可能提高GPS測量結(jié)果的可靠性：

第一，在測量時如果利用手持GPS機(jī)進(jìn)行測量，必須保證手持機(jī)豎握在手中，這樣才能夠確保內(nèi)置天線接收到的GPS信號連續(xù)穩(wěn)定，不能平放在手中測量。并且在測量時需要隨帶攜帶地形圖，做好明顯拐點(diǎn)地貌圖對應(yīng)航點(diǎn)標(biāo)注工作，方便進(jìn)行核對和修改內(nèi)業(yè)中存在的誤差。

第二，在航點(diǎn)測量過程中航點(diǎn)以及航點(diǎn)之間的定位距離要控制在30米之內(nèi)。而在復(fù)雜地形環(huán)境下或者信號比較弱的情況下，需要增加航點(diǎn)的布設(shè)密度。在航點(diǎn)定點(diǎn)的過程中需要對各項(xiàng)參數(shù)的具體情況進(jìn)行觀察，如果信號穩(wěn)定和精度符合要求才能夠定點(diǎn)。

第三，在外業(yè)測量過程中必須帶足電池，防止手持GPS機(jī)應(yīng)用過程中出現(xiàn)沒電情況。在測量時需要盡可能避開高壓電線以及變電器周邊，防止這些障礙物對衛(wèi)星信號的接收準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。尤其是在讀數(shù)時，盡可能在空闊的地方讀數(shù)。在測量距離比較短的情況下，需要對干擾問題進(jìn)行全面把握，必須在有障礙物的地方進(jìn)行定點(diǎn)時，需要盡可能確保GPS機(jī)處于相對空曠的區(qū)域，提高信號接收的準(zhǔn)確度。高壓電產(chǎn)生的磁場會直接干擾GPS信號，因此，在有電磁干擾的區(qū)域進(jìn)行定點(diǎn)時，需要利用差位定點(diǎn)，將地點(diǎn)位置平移幾米，降低電磁干擾，并在圖紙中注明，在正式繪圖時需要復(fù)位。

四、結(jié)語

綜上所述，在林業(yè)面積測量過程中對GPS技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用可以大大提高林業(yè)面積測量結(jié)果的精準(zhǔn)度。在林業(yè)面積為3.4公頃以上時，GPS面積測量精度可以達(dá)到90%以上。在GPS應(yīng)用過程中，可以將GPS面積測量與羅盤儀導(dǎo)線測量進(jìn)行綜合應(yīng)用，從而保證林業(yè)面積測量結(jié)果的精準(zhǔn)度。需要注意在GPS面積測量過程中受游移誤差的影響比較大。因此，測量面積越大，其測量結(jié)果的精準(zhǔn)度也高。GPS面積測量在應(yīng)用過程中需要繞測量范圍一周，這樣能夠獲取測量結(jié)果，操作過程比較簡單，并且投入的成本比較低，測量效率相對較高，可以確保林業(yè)面積測量工作的整體水平。

參考文獻(xiàn)：

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[3]蔣東云.GPS測繪技術(shù)在測繪工程中的整合應(yīng)用實(shí)踐探尋[J].科學(xué)咨詢，2021（29）：1.