全球定位系統(tǒng)GPS在林業(yè)調(diào)查中的運用分析

陳佳斌

(廣東省嶺南院勘察設計有限公司,廣州 510663)

隨著我國林業(yè)工程的不斷發(fā)展，以及航天衛(wèi)星技術取得的成就，我國早在20世紀末就將GPS全球定位技術應用到林業(yè)工程的調(diào)查研究中，其中包括對當?shù)貧夂驐l件、地勢地形以及資源等方面的調(diào)查，以獲得更多的數(shù)據(jù)。林業(yè)工作人員根據(jù)調(diào)查研究所得出的數(shù)據(jù)，進而采取針對性的解決措施，從而使我國林業(yè)工業(yè)能夠獲得更高質(zhì)量的發(fā)展，從而促進對生態(tài)環(huán)境的保護。

1 GPS全球定位系統(tǒng)的分析研究

1.1 GPS全球定位系統(tǒng)概述

作為一個標準的定位系統(tǒng)，GPS被應用于各種領域中，與傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)相比，GPS能夠發(fā)揮出更好的優(yōu)勢，使一些規(guī)模較大的測量工程能夠得到很好的利用。比如在廣東省河源市國有坪山林場森林資源調(diào)查報告中，在技術資料準備這一階段，對圖紙或者影像資料有著特殊要求，需要收集分辨率更高的遙感影響資料。在物資儀器工具準備中也特別明示了要準備GPS全球定位系統(tǒng)。由此可以看出GPS對于林業(yè)調(diào)查研究具有非凡的意義，它不僅被應用于軍事領域角度，對于一些民生行業(yè)以及自然資源發(fā)展也有著廣泛的用途。

GPS是在1993年所布置完成的，GPS全球定位系統(tǒng)主要是由24顆平面軌道定位衛(wèi)星所組成，其中每3個衛(wèi)星組成1個軌道平面，對地球上的任何一個地點都能夠進行實時觀測，從而達到良好的數(shù)據(jù)收集效果。

1.2 GPS全球定位系統(tǒng)的工作原理

GPS基本上由3個部分組成，其中包括空間部分、控制部分以及用戶部分，空間部分指的是太空中的衛(wèi)星組成；控制部分指的是對太空系統(tǒng)的控制；用戶部分指的是GPS所應用到的客戶。具體的工作原理如圖1所示。

從圖1可以看出，GPS以多個數(shù)量的衛(wèi)星為基礎，通過發(fā)射信號的方式，將所觀測到的信號發(fā)送到GPS接收機中，并且將收集到的信號進行處理，應用到各行各業(yè)中。如果GPS系統(tǒng)統(tǒng)一采用原子鐘系統(tǒng)，衛(wèi)星數(shù)量代表為t1，GPS接收機的信號代表t2，那么兩者之間存在的距離公式為：Δt1=t1-t,Δt2=t2-t。假如某一個信號量表示為t3，那么該信號量和GPS接收機之間的距離為：p=c(t2-t1)，其中c

圖1 GPS全球定位系統(tǒng)工作原理圖

代表的是光速，p代表兩者之間的距離。在實際應用GPS全球定位系統(tǒng)的過程中，有時獲得的信號有效，同時和GPS接收機之間有著明顯的差距，那么根據(jù)(1-2)的公式原理，要想計算出兩者之間的實際距離，具體公式表示為：P=P+CΔt1,其中P代表實際觀測的數(shù)量。如果是對四顆衛(wèi)星進行應用的話，那么需要對原有的(1-3)公式原理進行調(diào)整，最終得出GPS衛(wèi)生接收機以及鐘差之間的距離，那么具體表示的公式為：

1.3 GPS全球定位系統(tǒng)的特點

GPS測量技術的出現(xiàn)，對于導航技術來講具有非常重要的意義。與傳統(tǒng)測量技術相比，GPS全球定位系統(tǒng)自動化程度較高，在接受衛(wèi)星所傳送的信號時，通常會在測量站的周圍安裝一根接收天線，然后將室內(nèi)的通訊網(wǎng)線和天線進行連接，從而達到良好的接收效果。啟動電源后，只需要打開接收機的按鈕即可，其余的操作便可通過人工智能所完成，充分體現(xiàn)了其自動化程度較高的特點。在觀測速度上，以往測量方式雖然也能夠起到收集數(shù)據(jù)的效果，但是在測量速度上與GPS測量技術有著很大差距。傳統(tǒng)測量技術在進行靜態(tài)定位時，通常需要30 min左右，而利用GPS測量技術只需要15 min左右即可，比傳統(tǒng)測量技術高出了1倍以上的效率，從而有效提高了測量工作的效率。在覆蓋面上，由于GPS全球定位系統(tǒng)是由24顆衛(wèi)星所組成，在進行觀測的過程中，可以利用其中任何一個衛(wèi)星作為數(shù)據(jù)參考，不僅豐富了信息數(shù)據(jù)調(diào)查的內(nèi)容，同時也實現(xiàn)了對全球的全面覆蓋，使觀測的數(shù)據(jù)更加真實準確[1]。

2 林業(yè)調(diào)查工作中應用GPS定位系統(tǒng)的注意事項

林業(yè)調(diào)查工作從其自身的調(diào)查內(nèi)容來看，具有非常豐富的廣泛性，其中包括對森林面積的測量，對山川山脈走向的測量和對森林樹種選擇的測量等。這些林業(yè)調(diào)查內(nèi)容都在不同程度上影響著我國林業(yè)工程的發(fā)展，通過對GPS定位系統(tǒng)的有效應用，使林業(yè)調(diào)查工作能夠不斷朝著精細化以及現(xiàn)代化的方向發(fā)展。但是需要注意對各種儀器的加強管理，防止因為儀器的損壞，使林業(yè)測量工作無法順利進行，或者收集到的信息數(shù)據(jù)存在誤差，以改無法作出正確的解決措施。首先在應用GPS定位系統(tǒng)之前，工作人員需要仔細檢查各種儀器設備的運行情況，在開啟GPS接收機時，如果上面的數(shù)值顯示為出廠數(shù)值，那么說明該GPS接收機的運行狀況良好，沒有出現(xiàn)較為明顯的波動。如果顯示的不是出廠數(shù)值，那么需要對其進行重新調(diào)整，防止在運行的過程中出現(xiàn)偏差，測量位置的偏差大于10 m，說明該接收機存在著嚴重的質(zhì)量問題，需要工作人員立即進行更換[2]。

其次當GPS測量定位系統(tǒng)運行后，畫面系統(tǒng)中的屏幕就會顯示此時的衛(wèi)星狀態(tài)頁面，說明整個衛(wèi)星系統(tǒng)處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)。這個時候就需要繼續(xù)使用功能菜單中的羅盤導航頁面，待數(shù)據(jù)信息足夠穩(wěn)定后再打開數(shù)據(jù)接收信號，保證整個數(shù)據(jù)讀取的過程中能夠平穩(wěn)運行。另外在接受衛(wèi)星信號的過程中，受外部環(huán)境的影響，信號在傳輸?shù)倪^程中可能會發(fā)生變化，從而影響了數(shù)據(jù)的準確性。因此要想使接受的信號更加具有準確性，需要等衛(wèi)星信號達到準確地點后再進行數(shù)據(jù)讀取，從而實現(xiàn)對衛(wèi)星數(shù)據(jù)的準確應用，這對林業(yè)調(diào)查工作也有著諸多的好處。

最后需要注意下周圍的環(huán)境，盡量避免接收地區(qū)周圍存在大量的障礙物以及高壓電線，因為周圍障礙物如果較多的話，會直接影響著衛(wèi)星信號傳輸?shù)男?，導致林業(yè)調(diào)查工作整體的工作效率降低，準確性受到很大影響，誤差性會持續(xù)擴大。因此需要把控和周圍障礙物之間的距離，一般保持在15 m以上的距離即可。另外林業(yè)調(diào)查工作在應用GPS定位系統(tǒng)過程中，需要做好相關的防范措施，主要用來防止數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象的發(fā)生。如果發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，需要對航點進行重新規(guī)劃，然后在進行一系列的數(shù)據(jù)收集工作[3]。

3 GPS定位系統(tǒng)在林業(yè)調(diào)查工作中的功能內(nèi)容

3.1 定位功能

定位功能是GPS定位系統(tǒng)最基本的功能，并且具有較高的靈活性的特點，對于不同的行業(yè)有著不一樣的功能作用[4]。在面對林業(yè)調(diào)查工作時，主要實施的是自動抽樣定位功能，不但可以將所有的林業(yè)資源內(nèi)容記錄下來，同時還能夠?qū)?shù)據(jù)采集的地點進行精準記錄，即使在長時間的影響下，當?shù)厣值乇硗庥^發(fā)生了很大的變化，但是通過GPS定位系統(tǒng)中的自動抽樣功能，一樣可以尋找之前的數(shù)據(jù)采集地點，從而節(jié)省更多的時間，也提高了工作效率[5]。

3.2 計算功能

計算功能是通過對定位點數(shù)據(jù)的輸入，以森林資源中的海拔為標準，利用上述所描述的公式，計算出任意位置之間的距離。通常林業(yè)工作人員在野外測量的過程中，將出發(fā)點以及工作的地點當作定位點，然后利用距離公式測量出兩點之間的距離，從而有效解決了工作人員在戶外工作中線長度不夠長的問題[6]。

3.3 火災蔓延速度測定功能

在森林防護工作中，最為重要的就是預防火災工作，假如森林出現(xiàn)了較為嚴重的火災，那么利用GPS定位系統(tǒng)能夠及時測定火災蔓延的速度，幫助工作人員掌握火災的運動方向，從而采取相關對應的解決措施，防止火災進一步的蔓延下去。另外GPS定位系統(tǒng)還具有較強的導向功能，能夠更加直觀的顯示目的地之間的距離和運行速度，以及預計達到目的地所需要的時間等，從而有效提高了工作效率[7]。

3.4 導航功能

導航功能具體分為3個步驟，首先在測量工作的過程中，工作人員需要選取某一個點的位置當作航路點，然后在選擇本次測量工作的目的地，使測量工作的目標更加具體。其次計算出2個航路點之間的距離，通常2個航路點之間的距離被稱為航段，同時擁有多個測量的路線，每條路線都有著不同的航段[8]。路線是由起點和終點之間的距離所組成，主要是用來觀測路線中所有存在的數(shù)據(jù)信息。其主要用途分為2種，第一種是利用GPS接收器進行測量調(diào)查的過程中，需要測量人員隨時將途經(jīng)的地點記錄下來，其中包括各種樹木的分布，山川河流的分布等[9]。然后在調(diào)查的過程中，可以和其他參照物進行對比，為航路點提供正確的測量數(shù)據(jù)。第二種當測量人員進行測量工作時，需要提前將GPS接收機和計算機進行有效的連接，并提前規(guī)劃好調(diào)查的路線，將調(diào)查路線以不同的方式輸入到接收器中，使尋找目的地的整個過程更加方便快捷。最后在GPS導航儀器上安裝其他功能鍵，主要目的是用來設定具體的目標，然后在系統(tǒng)中的菜單列表選擇一個最佳的航路點，使目的性更加明確。在完成以上操作內(nèi)容后，測量工作就會隨著測量路線前進[10]。

4 GPS定位系統(tǒng)在林業(yè)調(diào)查工作中的具體應用

對于林業(yè)資源的開發(fā)利用，需要結合當前的經(jīng)濟發(fā)展情況，隨時了解森林資源的動態(tài)變化，并作出相關的決策。以往的林業(yè)資源調(diào)查方式主要是對各種信息數(shù)據(jù)進行整理，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)的信息制定出具體的方案，所消耗的時間較多，并且在準確性上存在較大的缺陷。因此需要GPS定位系統(tǒng)解決上述問題[11]。

4.1 資源管理

森林資源作為人類寶貴的財富，對人類社會有著非常重要的影響。通常情況下每一片森林所包含的資源相對豐富，要想調(diào)查所有的林業(yè)資源有著一定困難，因此需要利用GPS定位系統(tǒng)進行覆蓋式的測量，準確測定出森林的分布區(qū)域。比如在研究不同樹種生長區(qū)域以及生長特點時，可以利用GPS定位系統(tǒng)提前確定好樹木的生長位置，并將其儲存下去。然后分析出當?shù)氐臍夂驑用?，從而判斷出該樹種的生長區(qū)域以及生長特點，并以此為基礎，分析當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境系統(tǒng)。當測定某樹種的分布區(qū)域時，需要將分布區(qū)最寬處的2點進行定位，然后在利用GPS定位系統(tǒng)的計算功能，準確計算出該分布區(qū)域的寬度，并將不同樹種的數(shù)據(jù)記錄繪制到一起，從而得到該區(qū)域的樹種分布詳細數(shù)據(jù)。如果樹種分布受地形的影響發(fā)生了變化，那么依然可以利用GPS定位系統(tǒng)準確找到樹種的分布位置。在測量森林面積時，以往采用的是經(jīng)緯儀測量方式，這種測量方式雖然在效率上有所提高，但是準確度卻不如GPS定位系統(tǒng)，因此可以采用GPS定位系統(tǒng)沿著周邊以及拐角處均勻的向前測量，然后再利用GPS定位系統(tǒng)的測量方式，估算出森林的覆蓋面積以及各個樹種的分布情況，同時也能夠保證準確度更高。另外在森林防火工作中，依然可以采用GPS定位系統(tǒng)，將火災位置進行準確定位，同時計算出火災面積、火災具體的損失量等。因此從以上內(nèi)容來看，在林業(yè)資源管理工作中，利用GPS定位系統(tǒng)對各種數(shù)據(jù)資源的調(diào)查，能夠保證調(diào)查的數(shù)據(jù)準確度更高，安全性能更強，從而為當?shù)亓謽I(yè)部門提供更加準確的決策依據(jù)。

4.2 造林工作應用

通過對GPS定位系統(tǒng)的應用，能夠有效提升林業(yè)播種的效率。在沒有應用GPS定位系統(tǒng)之前，由于無法對播種位置進行準確的監(jiān)控，很難區(qū)分已播種林地和未播種林地，因此經(jīng)常會出現(xiàn)重復播種以及缺少播種的現(xiàn)象，這使很多林業(yè)資源遭到不同程度的破壞。而在應用GPS定位系統(tǒng)后，工作人員根據(jù)以往的播種記錄，能夠快速找到播種的地點，同時能夠查看是否存在未播以及重復播種的行為。另外通過對航線設定，工作人員可以出發(fā)點與目的地之間的距離進行設定，這不僅使工作難度有效降低，而且也極大提高了工作效率，且可以節(jié)約大量的人力、物力和財力。

4.3 國家森林資源調(diào)查應用

該調(diào)查應用具體分為包括2個方面，一個方面在定位樣地詳?shù)氐倪^程中，需要根據(jù)GPS行為系統(tǒng)中導航功能進行設置，可以充分降低調(diào)查工作的勞動時間，提高調(diào)查工作的工作效率，同時也能夠保證定位的位置更加準確合理。比如在廣東省河源市國有坪山林場資源調(diào)查報告中，在林班區(qū)劃的內(nèi)容中，基本上采用自然區(qū)域劃分以及綜合區(qū)域劃分的方式。在行政村的劃分范圍過程中，需要以山川河流等地形作為具體劃分，在地勢平坦地區(qū)，可以采用人工區(qū)域劃分的方式，通常鄰班面積為100～200 hm2，如果行政村的面積過大的話，可繼續(xù)放寬林班區(qū)劃面積。在定位面積的過程中，需要將定位精準程度控制在10 m以內(nèi)，保證區(qū)域劃分的程度能夠更加精準。首先將森林面積的西南角坐標地點輸入到GPS系統(tǒng)，然后開啟GPS系統(tǒng)的定位導航功能，將對應的東北點作為終點，使其完全進入導航狀態(tài).當導航畫面完全顯示兩者的距離時，那么根據(jù)該點的最終方向，按照所指示的方向前進，保證實際距離和估算距離之間的誤差在10 m左右。第2個方面在固定地點復查的過程中，需要提前將復查地點進行記錄，然后根據(jù)記錄的內(nèi)容找到復查地的準確位置，摒棄傳統(tǒng)的引點定位功能，從而提高調(diào)查的準確性。

4.4 森林資源規(guī)劃設計應用

森林資源規(guī)劃設計具體包括2個方面，首先在樣地調(diào)查的過程中，需要提前設置好相關數(shù)量的樣地面積，展開實際的總量調(diào)查。其次在小班邊界關鍵點的確定中，需要利用GPS精準定位系統(tǒng)，在幾個關鍵點的地理坐標中劃分出不同的小班界線，然后再根據(jù)這些小班界線將其標注在地形圖中，解決傳統(tǒng)對坡調(diào)繪方法對于一些邊界線無明顯地物的難題。比如在廣東省河源市國有坪山林場資源調(diào)查報告中，要求小班面積不能過大，商品林小班不能超過30 hm2，生態(tài)公益林小班不能超出35 hm2，自然保護區(qū)不能超出70 hm2等。

5 結語

綜上所述，GPS定位系統(tǒng)作為一種高新測量技術，不僅對林業(yè)工程有著很大影響，對各行各業(yè)都有著積極且重要的作用。隨著科學技術水平的不斷完善，GPS定位系統(tǒng)中的測量功能也更加完善，操作上也更加便捷，能夠有效提升林業(yè)調(diào)查工作的工作效率，加強對成本的節(jié)約，最終實現(xiàn)我國林業(yè)工程的快速發(fā)展，從而保證當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的良好態(tài)勢。