全球定位技術(shù)在林業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

李才才

（交城縣林業(yè)局，山西交城 030500）

1 GPS簡介

GPS是英文Global Positioning System的首字母縮寫詞，其原理就是利用導(dǎo)航衛(wèi)星作為介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)時間和距離的測量，在此架構(gòu)上形成對應(yīng)全球定位系統(tǒng)。其實(shí)全球定位系統(tǒng)，一開始僅僅適用于軍方，關(guān)注的領(lǐng)域是三維測速、導(dǎo)航定位和授時系統(tǒng)的架構(gòu)。也就是說在全球定位系統(tǒng)的幫助下，可以在任何時間任何地點(diǎn)對于對應(yīng)目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)性的定位和測速，無論是時間傳遞維度，還是定位精密維度，都可以達(dá)到更加理想的狀態(tài)。發(fā)展至今，全球定位系統(tǒng)已經(jīng)被使用到各個領(lǐng)域和行業(yè)，與人們生活之間的關(guān)系朝著更加密切的方向進(jìn)展。

1.1 GPS的組成

對于GPS系統(tǒng)的架構(gòu)進(jìn)行分析，會發(fā)現(xiàn)主要可以將其歸結(jié)為三個部分：其一，空間部分。24顆GPS工作衛(wèi)星構(gòu)架而成，形成對應(yīng)的星座，當(dāng)然這些衛(wèi)星的工作價值是不一樣的，有21顆是以導(dǎo)航為主導(dǎo)業(yè)務(wù)的，還有剩下的是3顆扮演著備用衛(wèi)星的角色；其二，控制部分，定位控制部分，是全球多個跟蹤站構(gòu)建的監(jiān)控系統(tǒng)的綜合體，不同的監(jiān)控系統(tǒng)，其作用不同，所要發(fā)揮的效能也有所差異，一般情況下會將其歸結(jié)為主控站、監(jiān)控站和注入站三個類型；其三，用戶部分，主要是使用GPS接收機(jī)，數(shù)據(jù)處理軟件，用戶設(shè)備等為終端，確保與實(shí)際的定位系統(tǒng)形成關(guān)聯(lián)，在此基礎(chǔ)上確保對應(yīng)定位功能得以實(shí)現(xiàn)。

1.2 GPS的特點(diǎn)分析

如果僅僅從人類定位技術(shù)的角度來看，GPS定位系統(tǒng)可以說是里程碑式的成就，對于GPS的特點(diǎn)進(jìn)行分析，會發(fā)現(xiàn)其有著多方面的優(yōu)勢：其一，全球性，全天候，連續(xù)性的進(jìn)行導(dǎo)航定位，相比較之前的定位技術(shù)，可能在范圍上，可能在定位動作連續(xù)性上，在時間段上存在不少的空白，但是GPS系統(tǒng)沒有此方面的顧慮。其二，可以進(jìn)行實(shí)時導(dǎo)航，實(shí)際定位精確度比較高，觀測過程比較短。以1 s為單位，就可以獲取多次位置信息，可以將其界定為實(shí)時，對于高動態(tài)需求的用戶而言，可以很好的滿足其訴求，還可以連續(xù)的進(jìn)行三維速度三維位置和位置時間信息的歸結(jié)，如果使用C/A碼，甚至可以將定位精度控制到20～50 m之間，速度精確度達(dá)到每秒0.1 m。其三，測站沒有必要進(jìn)行通視。也就是說只要時空是開闊的，測站之間沒有必要通視，這樣可以使得造標(biāo)成本得到控制，點(diǎn)位位置的選擇也比較靈活，這樣就使得經(jīng)典測量中的傳算點(diǎn)和過渡點(diǎn)測量工作被省略。其四，可以進(jìn)行全球統(tǒng)一的三維地心坐標(biāo)的提供，對應(yīng)接收機(jī)在不斷改進(jìn)，實(shí)際的自動化程度也越來越高，可以在十分便捷的條件下實(shí)現(xiàn)對應(yīng)系統(tǒng)的使用，以達(dá)到對應(yīng)的目標(biāo)。其五，抗干擾能力比較強(qiáng)，并且有著很好的保密性，因?yàn)樵撓到y(tǒng)在運(yùn)作的過程中，使用的是擴(kuò)頻技術(shù)或者偽碼技術(shù)，只需要接收對應(yīng)的信號，自身不會發(fā)射信號，這樣就不可能被周圍因素所影響。

1.3 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的分類

各個國家和地區(qū)都十分關(guān)注定位技術(shù)的發(fā)展，建立對應(yīng)的定位系統(tǒng)也成為科技發(fā)展的集中體現(xiàn)，因此在此方面的投入不斷增加。發(fā)展到至今，對應(yīng)的導(dǎo)航系統(tǒng)主要可以歸結(jié)為如下幾個類別：美國全球定位系統(tǒng)；歐盟伽利略系統(tǒng)；俄國格洛納斯系統(tǒng)；中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

2 GPS在林業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 在測繪制圖方面的應(yīng)用

在測繪地塊的周邊轉(zhuǎn)折點(diǎn)，用GPS接收機(jī)定位、存點(diǎn)；并利用單點(diǎn)導(dǎo)航功能可在GPS接在機(jī)上顯示地塊周邊各邊段的方位角和距離。可利用這些數(shù)據(jù)直接在圖紙上繪制平面圖。

如分別在地面上A、B、C、D、E五個定位，并將各點(diǎn)的坐標(biāo)值儲存在儀器中。若從A點(diǎn)起測，沿B、C、D、E到A點(diǎn)，在B點(diǎn)定位、存點(diǎn)后，應(yīng)用單點(diǎn)導(dǎo)航功能，確認(rèn)導(dǎo)航到A，那么線段BA的方位角和距離可在儀器上顯示出來，用以繪圖。用此方法，可依次確定出以后各邊的方位角和距離繪制全圖。

在平面圖測繪時，應(yīng)先建立GPS定位測繪控制點(diǎn)，進(jìn)行平差后，再進(jìn)行碎部測量方法和形式與大地測量相同。目前我國已建立起國家或區(qū)域和局部性的GPS控制網(wǎng)?？稍谶@些控制網(wǎng)點(diǎn)上引測網(wǎng)點(diǎn)至測區(qū)，以提高測繪精度。

在林業(yè)生產(chǎn)中，苗圃地測設(shè)、森林面積調(diào)繪、森林植物群落分布區(qū)域和垂直分布帶的確定、林種區(qū)的調(diào)繪、土壤類型的分布調(diào)查等這些項(xiàng)目，都可采用GPS定位和導(dǎo)航技術(shù)測定。

2.2 GPS在森林調(diào)查中的應(yīng)用

森林調(diào)查，往往需要對于位置信息有著比較高精確的要求，傳統(tǒng)的調(diào)查工作，多數(shù)都是以人工和理論融合的方式來進(jìn)行，這樣計(jì)算出來的結(jié)果可能不是很全面或者不是很精確，這樣就可能對于森林調(diào)查工作的有效性造成不良影響。為了改變這樣的局面，就需要將GPS系統(tǒng)融入其中，依靠GPS接收機(jī)來進(jìn)行位置的界定，這樣可以更好的達(dá)到定位的效果。從理論上來講述，實(shí)際接收機(jī)上現(xiàn)實(shí)的二坐標(biāo)與抽樣點(diǎn)坐標(biāo)，是相同的或者相似的，也就是對應(yīng)GPS接收機(jī)所在地，就可能演變?yōu)槌闃狱c(diǎn)。使用單點(diǎn)導(dǎo)航的方式，可以在對應(yīng)區(qū)域找到抽樣點(diǎn)，還可以依靠這樣的方式生成航點(diǎn)，對于對應(yīng)航點(diǎn)進(jìn)行編輯，預(yù)先輸入在地形圖上查出樣點(diǎn)的坐標(biāo)值，將抽樣點(diǎn)編輯一定航線，沿航線去找點(diǎn)，提高找點(diǎn)工效。實(shí)際上，由于受手持式GPS機(jī)的性能、GPS接收信號強(qiáng)弱及GPS的定位精度的影響，準(zhǔn)確到達(dá)圖上計(jì)算的坐標(biāo)是不可能的，在森林抽調(diào)查中，一般只利用它進(jìn)行復(fù)位找點(diǎn)。實(shí)踐中表明，利用手持式GPS進(jìn)行森林資源連續(xù)清查中的固定樣地初設(shè)與復(fù)位，只需輸入坐標(biāo)，不需引點(diǎn)引線測量，就可以完成樣地復(fù)位，能大大提高工作效率，節(jié)省時間與精力。

GPS與RS系統(tǒng)結(jié)合起來用在森林調(diào)查上更有效地提高效率，把GPS接收機(jī)裝在航拍飛機(jī)上導(dǎo)航，GPS接收機(jī)上可以反饋的信息是多樣化的，有飛行方向的信息，有飛行距離的信息，有飛行高度的信息等，對于飛行員而言，可以依靠這樣的方式，迅速的找到對應(yīng)區(qū)域，然后獲取對應(yīng)的航空攝影資料。在這樣的航拍過程中，對應(yīng)GPS可以很好的呈現(xiàn)飛行參數(shù)、地理位置，然后通過疊加處理技術(shù)，將其完美的呈現(xiàn)在顯示器上，這樣就可以使得對應(yīng)崗位的人員快速的獲取對應(yīng)的信息。也就是說綜合性的數(shù)據(jù)信息可以很好的反饋進(jìn)去，呈現(xiàn)出更加理想的效果；同時這種疊加相片和畫面，在實(shí)驗(yàn)室判讀時，更便于計(jì)算機(jī)處理和圖像繪制。

2.3 GPS在飛播造林和飛機(jī)噴藥上的應(yīng)用圖像繪制

在殺蟲防疫工作中，也可以使用對應(yīng)的GPS，也就是使用這樣的方式來進(jìn)行飛機(jī)噴灑，對應(yīng)流程中需要對于位置空間進(jìn)行界定，依靠這樣的方式，無論是種子，還是藥物，都可以更加針對性的抵達(dá)對應(yīng)地方，這樣就會引導(dǎo)對應(yīng)的殺蟲防疫工作朝著更加精準(zhǔn)的方向發(fā)展。

另外，GPS在生態(tài)公益林的木材收獲利用上同樣可起很大作用。目前，我國將森林劃分為生態(tài)公益林和商品林兩類，分類經(jīng)營。生態(tài)公益林不可能采用皆伐作業(yè)，但可采用擇伐作業(yè)。

如果經(jīng)營水平能跟上去，利用直升機(jī)把擇伐木從林地直接吊起，運(yùn)至加工場，可減少采伐對林地的影響。在這過程中，可利用GPS在采伐地定位，向飛行指揮中心報告采伐地點(diǎn)，飛行員利用GPS導(dǎo)航，這樣就較容易找到采伐地點(diǎn)和采伐木。

2.4 GPS在森林防火中的應(yīng)用

GPS技術(shù)和RS技術(shù)相結(jié)合，在林火監(jiān)控上有很大作用。利用GPS技術(shù)準(zhǔn)確確定出失火地點(diǎn)，通過RS衛(wèi)星圖像上找到火斑點(diǎn)，迅速掌握火情，擬定撲火、滅火措施。

2.5 林地面積的測定

由于手持式GPS機(jī)能自動記錄行進(jìn)的路線，并可以自動計(jì)算出該路線長度及所圍的面積，因此，只要開機(jī)后沿著林地的邊界行走一周記錄下航線，即完成面積的測定工作，實(shí)踐表明，在大面積林地面積測定時利用手持式GPS效率極高，精度可達(dá)到林業(yè)調(diào)查的基本要求。由于林地面積的測定的操作主要是記錄與存貯航線過程，所以在室外開機(jī)并接收到衛(wèi)星信號后，沿著被測區(qū)域的邊界行進(jìn)時，途中盡可能保證其頂部的天線不受遮擋，均能正常接收到衛(wèi)星信號。實(shí)踐表明，手持式GPS可適應(yīng)于地勢開闊，接收衛(wèi)星信號較好，區(qū)域范圍較大的林地面積測量。

3 結(jié)語

充分利用GPS的功能，并與地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感（RS）技術(shù)相結(jié)合，可以為森林資源監(jiān)測、營林規(guī)劃設(shè)計(jì)、森林災(zāi)害預(yù)警、科學(xué)宏觀決策等工作提供更加科學(xué)、有效的技術(shù)手段，從而實(shí)現(xiàn)林業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化和林業(yè)管理的科學(xué)化。當(dāng)然也需要注意的是，要想切實(shí)的發(fā)揮GPS技術(shù)在林業(yè)生產(chǎn)中的效能，還需要培養(yǎng)出更加多的專業(yè)技術(shù)人才，他們需要懂得對應(yīng)的技術(shù)原理，并且知道如何將其與林業(yè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)起來，由此形成良好的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這對于引導(dǎo)林業(yè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)的規(guī)范化發(fā)展而言，是至關(guān)重要的。