淺析GPS技術(shù)在林業(yè)測(cè)繪中的應(yīng)用

陳新紅

（融水苗族自治縣征地拆遷和房屋征收補(bǔ)償服務(wù)中心，廣西 融水 545300）

林業(yè)測(cè)繪過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到面積較大，形狀十分不規(guī)則的林區(qū)。在這種情況下，采用傳統(tǒng)測(cè)繪方式進(jìn)行測(cè)繪，往往會(huì)耗費(fèi)大量的人力、物力，加之測(cè)繪周期較長(zhǎng)，工作效率得不到實(shí)質(zhì)性的提高，且會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，無(wú)法真實(shí)反映出林區(qū)的實(shí)際情況。而GPS技術(shù)的應(yīng)用對(duì)環(huán)境要求較少，主要是利用自動(dòng)化設(shè)備完成數(shù)據(jù)采集與分析，可大大縮減測(cè)繪工作量。同時(shí)，該項(xiàng)技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)24h不間斷監(jiān)控，受天氣因素干擾較小，能夠有效保證測(cè)繪作業(yè)的時(shí)效性與測(cè)繪精確度。為此，加強(qiáng)GPS技術(shù)在林業(yè)測(cè)繪中的應(yīng)用尤為重要。

1 ?GPS系統(tǒng)的構(gòu)成及原理

1.1 ?GPS系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1.1 ?空間構(gòu)成

衛(wèi)星是GPS空間領(lǐng)域構(gòu)成的關(guān)鍵，衛(wèi)星不同，分工也不同，例如，負(fù)責(zé)信息采集與傳輸?shù)男l(wèi)星有主衛(wèi)星與附屬衛(wèi)星之分[1]。在具體工作中，采集任務(wù)不同，衛(wèi)星系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)航線也不同，即便處于平行位置，存在重疊點(diǎn)，但也會(huì)在時(shí)間上進(jìn)行規(guī)劃。當(dāng)前，GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星高度距離地面大約有20200km，且該系統(tǒng)中安裝有信息傳輸、圖像采集等裝置，可對(duì)地球進(jìn)行全面覆蓋，不留有任何盲區(qū)。

1.1.2 ?地面控制構(gòu)成

GPS系統(tǒng)地面構(gòu)成復(fù)雜，主要包括圖像計(jì)算生成、接收雷達(dá)、數(shù)據(jù)處理等。主要是利用編碼設(shè)定接收信息，以滿足多種工作需求。其中，接收天線的正常運(yùn)行完全依托于電磁感應(yīng)。當(dāng)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)狀況時(shí)，可準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的可見(jiàn)地面，進(jìn)行定位。

1.1.3 ?用戶設(shè)備構(gòu)成

用戶設(shè)備構(gòu)成相對(duì)簡(jiǎn)單，多為信息接收裝置與部分元件，可對(duì)接收到的信息進(jìn)行系統(tǒng)的分析與準(zhǔn)確計(jì)算，具體包括信號(hào)接收IC線、顯像設(shè)備、功能設(shè)備等。

1.2 ?GPS系統(tǒng)定位原理

GPS系統(tǒng)中的衛(wèi)星在正常運(yùn)行過(guò)程中，可采集地球上的多種信息，通過(guò)處理器計(jì)算森林區(qū)域到衛(wèi)星之間的距離，并結(jié)合多個(gè)衛(wèi)星距離的計(jì)算結(jié)果向地面?zhèn)鬏敎?zhǔn)確信息。接收基站獲取到衛(wèi)星信息后，將其引入到三維立體坐標(biāo)當(dāng)中，考慮到雷達(dá)與衛(wèi)星之間的時(shí)間差，需利用計(jì)算器進(jìn)行一系列運(yùn)算，最終得到準(zhǔn)確的定位點(diǎn)位置坐標(biāo)[2]。在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于會(huì)存在一定誤差，因此在接收到信息之后，需對(duì)誤差做出調(diào)整，隨后反饋至衛(wèi)星中進(jìn)行校準(zhǔn)。受現(xiàn)有技術(shù)條件的制約，允許存在5m以內(nèi)的誤差，這也是林業(yè)測(cè)繪當(dāng)前的可允許誤差范圍。同時(shí)，受地理環(huán)境這一因素的影響，地區(qū)地形越復(fù)雜，GPS系統(tǒng)定位時(shí)的時(shí)差也就越大，實(shí)際采集的信息受被測(cè)區(qū)域變化等因素的干擾也就越多。而要想有效解決這一問(wèn)題，就要將完成時(shí)間值代入到計(jì)算過(guò)程當(dāng)中，此種狀況下得出的誤差，往往會(huì)提升測(cè)繪結(jié)果的精確度。

2 ?GPS技術(shù)在林業(yè)測(cè)繪中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

突出體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：（1）定位精度高。隨著GPS技術(shù)的持續(xù)發(fā)展與完善，其在林業(yè)測(cè)繪中精確度得到可靠保障，技術(shù)控制能力十分突出。可通過(guò)三維模型進(jìn)行準(zhǔn)確定位，給出詳實(shí)的經(jīng)緯度等地理參數(shù)信息，且定位精度在日漸提高[3]，基線長(zhǎng)度由原來(lái)的50km逐步延長(zhǎng)到100～150km。（2）全球覆蓋能力強(qiáng)。在對(duì)區(qū)域面積較大的林區(qū)進(jìn)行測(cè)量繪制時(shí)，采用傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)已無(wú)法滿足對(duì)林區(qū)測(cè)繪高效率與高準(zhǔn)確度的要求。而GPS技術(shù)具備全球覆蓋系統(tǒng)，具有全球覆蓋的能力，因此可滿足林業(yè)測(cè)繪工作中的大測(cè)量面積需求。（3）測(cè)繪效率高。GPS技術(shù)借助定位終端在準(zhǔn)確獲取衛(wèi)星信號(hào)的基礎(chǔ)上，可有效保證測(cè)繪作業(yè)效率。在實(shí)際操作中，僅需控制好垂直度即可獲取精確的定位信息，并自動(dòng)儲(chǔ)存，后續(xù)通過(guò)相應(yīng)的軟件設(shè)備進(jìn)行控制，快速繪制出定位數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)誤差，避免重復(fù)進(jìn)行測(cè)量校核，進(jìn)而大大提升測(cè)繪效率。（4）實(shí)時(shí)定位速度快。林業(yè)測(cè)繪是林業(yè)管理工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容，既可為林業(yè)管理制度及方案的制定提供有價(jià)值的參考，也可在一定程度上降低勞動(dòng)力與時(shí)間成本。GPS技術(shù)的應(yīng)用逐步將靜態(tài)定位模式與動(dòng)態(tài)定位模式充分地結(jié)合起來(lái)，僅需十幾分鐘，就可自動(dòng)快速定位。尤其在靜態(tài)快速定位模式下，通常在1～2min就可準(zhǔn)確定位某點(diǎn)位置。當(dāng)前，GPS技術(shù)仍舊在持續(xù)更新，相關(guān)系統(tǒng)及應(yīng)用軟件也在不斷完善，因此在未來(lái)發(fā)展中，林業(yè)測(cè)繪中的定位工作可更加省時(shí)省力。（5）操作簡(jiǎn)單。GPS技術(shù)的應(yīng)用功能雖多，能夠充分跟滿足林業(yè)測(cè)繪工作的實(shí)際需求，但其設(shè)備體積卻相對(duì)小巧，十分方便相關(guān)工作人員手握GPS接收器，展開(kāi)林業(yè)測(cè)繪工作，同時(shí)也便于測(cè)繪人員外出作業(yè)時(shí)攜帶，加之其操作按鍵功能一目了然，操作較為簡(jiǎn)單，因此對(duì)操作人員的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)要求不高。（6）全天候作業(yè)。GPS技術(shù)在林業(yè)測(cè)繪中，受外界因素的干擾較小，不受時(shí)間限制，可實(shí)現(xiàn)全天候作業(yè)，且保密性較高，在任何時(shí)間、空間，均可穩(wěn)定接收信號(hào)，保證林業(yè)測(cè)繪數(shù)據(jù)、信息的準(zhǔn)確性。

3 ?GPS技術(shù)在林業(yè)測(cè)繪中的應(yīng)用

3.1 ?測(cè)量距離

GPS技術(shù)在距離測(cè)量方面具有突出的效率優(yōu)勢(shì)，可保證測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度，增強(qiáng)林業(yè)測(cè)繪的科學(xué)性。在實(shí)際測(cè)繪工作中，測(cè)繪人員通過(guò)合理調(diào)整GPS技術(shù)設(shè)備的測(cè)量距離，優(yōu)化設(shè)置GPS技術(shù)設(shè)備的測(cè)量模式，即可大大提升測(cè)量工作的科學(xué)化水平[4]。另外，在開(kāi)展林業(yè)測(cè)繪工作時(shí)，傳統(tǒng)光學(xué)測(cè)量方法受外界環(huán)境與條件等因素的干擾較多，測(cè)量精確性無(wú)法保障。而GPS技術(shù)采用更加科學(xué)、先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)，能夠大大提升距離測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度。

3.2 ? 導(dǎo)航

導(dǎo)航是GPS技術(shù)具備的突出功能，在具體應(yīng)用中，可獨(dú)立完成基礎(chǔ)的導(dǎo)航作業(yè)，也是林業(yè)測(cè)繪經(jīng)常用到的一種方式。尤其在受林業(yè)樹(shù)木影響較大的情況下，借助定位導(dǎo)航系統(tǒng)，可快速、科學(xué)地判斷測(cè)量路線，并且可對(duì)測(cè)量路徑進(jìn)行優(yōu)化，具備突出的測(cè)量引導(dǎo)能力，可對(duì)林業(yè)測(cè)繪中的測(cè)量路線實(shí)施科學(xué)規(guī)劃[5]，進(jìn)而顯著提升林業(yè)測(cè)繪的整體效率。

3.3 ?預(yù)設(shè)航線

在林業(yè)測(cè)繪中，預(yù)設(shè)航線是GPS技術(shù)應(yīng)用的一種主要體現(xiàn)形式。在林業(yè)測(cè)繪中，預(yù)設(shè)航線有助于確定科學(xué)地測(cè)量路徑。在開(kāi)展測(cè)繪工作前，測(cè)繪人員需合理設(shè)置測(cè)量路線，根據(jù)待測(cè)林區(qū)的面積大小、林業(yè)類(lèi)型、地形狀況等，設(shè)計(jì)科學(xué)的航線，保證測(cè)量過(guò)程的科學(xué)性與測(cè)量作業(yè)的高效性，大大提升測(cè)量的精準(zhǔn)性[6]。與此同時(shí)，利用GPS技術(shù)的定位功能，可增強(qiáng)林區(qū)測(cè)繪的航線控制能力，科學(xué)指導(dǎo)測(cè)繪工作者根據(jù)既定測(cè)量路線展開(kāi)林業(yè)測(cè)繪工作，在保證測(cè)量精度，增強(qiáng)航線控制能力的同時(shí)，預(yù)先做好必需物質(zhì)的準(zhǔn)備控制工作，充分發(fā)揮林區(qū)測(cè)繪作業(yè)的科學(xué)優(yōu)勢(shì)，以減少非必要的人力資源浪費(fèi)，確保林區(qū)測(cè)繪工作全面落實(shí)到位，切實(shí)提高該項(xiàng)工作的高效性。例如，通常情況下播區(qū)由4個(gè)拐點(diǎn)組成，即0001、0002、0003、0004，在預(yù)設(shè)航線時(shí)，測(cè)繪人員進(jìn)入主菜單頁(yè)面，選擇點(diǎn)擊“航線”，根據(jù)黑長(zhǎng)方形框“航路點(diǎn)”，“按名稱”或者是“最近的”選擇“0001”，同時(shí)向下方移動(dòng)光標(biāo)，移動(dòng)至另外一個(gè)黑長(zhǎng)方形框，以相同的方法輸入“0002”“0003”“0004”，最后再輸入“0001”，以此構(gòu)建閉合的航線，也被稱為播區(qū)邊界，航線名稱則命名為“0001～0001”。若需要將“0001”更名為“播區(qū)”，航線名稱就會(huì)變更為“播區(qū)～播區(qū)”，所需對(duì)此播區(qū)面積進(jìn)行計(jì)算，就需打開(kāi)主菜單頁(yè)面，點(diǎn)擊“航線”這一選項(xiàng)，選擇“播區(qū)～播區(qū)”，并于此界面點(diǎn)擊“面積計(jì)算”，即可得出播區(qū)航線所圍的實(shí)際面積。

3.4 ?預(yù)設(shè)地塊

在林業(yè)測(cè)繪中采用分塊測(cè)量的方法，有助于各種科學(xué)化作業(yè)手段的落實(shí)，增強(qiáng)林業(yè)測(cè)繪工作開(kāi)展流程及方法的可調(diào)節(jié)性，充分凸顯基于GPS技術(shù)的林區(qū)測(cè)繪作業(yè)優(yōu)勢(shì)。在具體實(shí)踐中，先采用分塊測(cè)量，后選擇拼合方式，能夠有序完成林業(yè)區(qū)域的政策測(cè)繪工作，具有良好的銜接性，可顯著提高林業(yè)測(cè)繪的作業(yè)效率[7]。

3.5 ?制作電子地圖

將實(shí)際測(cè)量到的信息通過(guò)數(shù)據(jù)線導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)當(dāng)中，并利用MapSource數(shù)據(jù)處理軟件及編輯程序，借助數(shù)字林業(yè)地理信息系統(tǒng)，將相關(guān)信息導(dǎo)入到電子地圖當(dāng)中，可有效減少或避免人工制圖誤差，提高電子地圖的精確度。

3.6 ?測(cè)量林業(yè)面積

林業(yè)測(cè)繪涉及大量的林業(yè)面積測(cè)量工作。傳統(tǒng)測(cè)量林地面積的方法主要是基于數(shù)字地圖與模擬地圖，使用圖形稱重法、網(wǎng)格法、解析法等對(duì)林地面積進(jìn)行測(cè)量，此種方法較為繁瑣，測(cè)繪效率較低[8]。但應(yīng)用GPS面積測(cè)量?jī)x，借助GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，即可實(shí)時(shí)獲取經(jīng)緯度、高程等定位信息，隨后借助GPS的定位功能，即可得出明確坐標(biāo)，采用面積計(jì)算方法及掌上智能電腦系統(tǒng)對(duì)林業(yè)面積進(jìn)行測(cè)量。

3.7 ?其他方面的應(yīng)用

應(yīng)用GPS技術(shù)加強(qiáng)林業(yè)管理，針對(duì)非法侵入、私自占用林地的行為活動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控。主要是通過(guò)收集與整理GPS設(shè)備采集到的信息數(shù)據(jù)，對(duì)被侵入占用的林業(yè)位置進(jìn)行確定，準(zhǔn)確繪制并計(jì)算出被侵入占用的林地圖形與面積。

應(yīng)用GPS技術(shù)對(duì)被損毀林地案件進(jìn)行詳細(xì)勘察，為亂砍濫伐林政案件的審理提供可靠參考。同時(shí)，GPS技術(shù)還可精準(zhǔn)繪制出被毀林地的具體位置，準(zhǔn)確計(jì)算被毀林業(yè)的面積，以便為林地管理相關(guān)案件提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)支持。

在造林規(guī)劃設(shè)計(jì)中，應(yīng)用GPS技術(shù)可大大提升造林規(guī)劃設(shè)計(jì)的科學(xué)性，有序指導(dǎo)后續(xù)實(shí)踐、檢驗(yàn)工作的順利開(kāi)展。

4 ?GPS技術(shù)在林業(yè)測(cè)繪應(yīng)用中需注意的事項(xiàng)

4.1 ?使用前對(duì)GPS系統(tǒng)進(jìn)行校核與優(yōu)化設(shè)置

為進(jìn)一步提高GPS系統(tǒng)在林業(yè)測(cè)繪中的應(yīng)用精度，在測(cè)量作業(yè)正式開(kāi)展前，測(cè)繪人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要合理調(diào)整GPS系統(tǒng)精度，設(shè)置相關(guān)參數(shù)。一般情況下，各地區(qū)均設(shè)有測(cè)量校核基準(zhǔn)點(diǎn)，以便林業(yè)測(cè)繪作業(yè)的開(kāi)展。在實(shí)際應(yīng)用中，測(cè)繪人員應(yīng)相對(duì)鄰近基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行校核，以增強(qiáng)基本準(zhǔn)確性與相關(guān)作業(yè)科學(xué)性的控制[9]。同時(shí)，測(cè)繪人員也要提前查看測(cè)量地點(diǎn)的衛(wèi)星狀態(tài)，確保林區(qū)測(cè)繪作業(yè)中的信號(hào)維持在穩(wěn)定狀態(tài)，保證測(cè)量工作的有序進(jìn)行，提升林業(yè)測(cè)繪質(zhì)量控制效果。

4.2 ?選擇科學(xué)的測(cè)量作業(yè)方式

GPS技術(shù)在測(cè)量作業(yè)中，極易受到各種高大建筑物體的影響。鑒于此，在林區(qū)測(cè)繪中，應(yīng)盡量避免在精確度得不到保障的位置點(diǎn)展開(kāi)測(cè)量工作。若必須進(jìn)行測(cè)量，則應(yīng)采用偏移測(cè)量的方法，在空曠位置獲取準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，間接獲取目標(biāo)測(cè)量點(diǎn)的具體位置信息，此種測(cè)量方法用于高程測(cè)量雖會(huì)產(chǎn)生較大偏差，但通過(guò)水準(zhǔn)測(cè)量手段，可有效保證測(cè)量結(jié)果的科學(xué)性。另外，高壓電所產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)對(duì)GPS信號(hào)造成較大干擾。因此，針對(duì)存在電磁干擾的位置進(jìn)行定位時(shí)，應(yīng)利用差位定點(diǎn)法將定點(diǎn)位置平移幾米，以避免或減少電磁干擾，同時(shí)應(yīng)在草圖中明確標(biāo)準(zhǔn)出來(lái)，在正式繪圖時(shí)要進(jìn)行準(zhǔn)確復(fù)位[10]。另外，要及時(shí)存儲(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)，避免丟失；在測(cè)繪作業(yè)中，測(cè)量路徑設(shè)置應(yīng)簡(jiǎn)潔合理，以在最大程度上減少錯(cuò)誤隱患，提高測(cè)繪精度。

4.3 ?常用頁(yè)面的使用

隨著測(cè)繪的推進(jìn)，GPS接收的衛(wèi)星信號(hào)有著動(dòng)態(tài)的變化，應(yīng)盡可能地了解其變化的規(guī)律，同時(shí)在接收信號(hào)中觀察衛(wèi)星傳輸頁(yè)面并進(jìn)行穩(wěn)定的數(shù)據(jù)讀數(shù)，通常在數(shù)據(jù)變化時(shí)觀察其波動(dòng)值，而等待數(shù)據(jù)已經(jīng)穩(wěn)定后，再次讀取數(shù)據(jù)信息。

5 ? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，GPS技術(shù)在林業(yè)測(cè)繪中具有較高的應(yīng)用價(jià)值，為進(jìn)一步提升測(cè)繪效率，保障測(cè)繪精度，測(cè)繪人員應(yīng)全面了解與掌握GPS系統(tǒng)的構(gòu)成及原理，準(zhǔn)確識(shí)別其適用條件，主動(dòng)規(guī)避相關(guān)干擾因素，以便充分發(fā)揮GPS技術(shù)的使用效果。與此同時(shí)，測(cè)繪人員在開(kāi)展林業(yè)測(cè)繪工作前也應(yīng)做好詳細(xì)的規(guī)劃準(zhǔn)備，校核與調(diào)整GPS的參數(shù)設(shè)置與精度，合理調(diào)整資源物資配置，在確保GPS技術(shù)優(yōu)勢(shì)得以全面發(fā)揮的基礎(chǔ)上，節(jié)約資源成本，提高林業(yè)測(cè)繪效率，促進(jìn)我國(guó)林業(yè)改革與健康發(fā)展。