GPS在森林資源連續清查中的應用

胡衛東

（廣西生態工程職業技術學院，廣西 柳州 545004）

GPS在森林資源連續清查中的應用

胡衛東

（廣西生態工程職業技術學院，廣西 柳州 545004）

文章從森林資源連續清查樣地定位復位入手，分析傳統的樣地定位復位方法與不足，闡述GPS技術在樣地定位復位中的應用方法，論述GPS在樣地定位復位中的先進性、實用性。

GPS；森林資源連續清查；系統抽樣；樣地定位；樣地復位

森林資源連續清查采用系統抽樣方法估計總體蓄積，需要布設固定樣地，埋設樣地中心樁和角樁，定期對固定樣地時行復位調查。固定樣地復位與增設，傳統的方法是通過羅盤儀引線定位或目視判圖定位，由于儀器誤差或技術人員地形圖判圖能力不同，一些樣地難以復位，影響調查質量。而采用GPS定位導航技術，在樣地中心樁埋設后，用GPS手持機測定其坐標，復位調查時將每個樣地中心樁的坐標存入GPS接收機內，并為其建立導航，就可根據 GPS接收機提供的方位和距離尋找復位中心樁，不需引點引線，大大提高工作效率，節省時間與精力。

(一)森林資源連續清查采用的調查方法

森林資源連續清查是林業生產的基本工作，其目的任務是查清、查準森林質量和數量的特點及其變化規律，以便合理地組織林業生產、實行全面規劃。它采用系統抽樣方法估計總體蓄積，其工作內容包括確定總體面積、計算樣地數量，樣地地形圖上布點，樣地實地定位，樣地設置與調查，內業計算等。系統抽樣調查具有組織樣本簡單易行，定位方便，樣本單元分布均勻等特點。半個多世紀以來，被世界許多國家所采用，挪威、瑞典、芬蘭等國家的全國森林資源清查多采用系統抽樣調查。我國1977年開始建立的全國森林資源連續清查體系采用了以公里網交叉點做為樣點的系統抽樣方法。廣西各縣（市、區）、國有林場建立的局級森林資源監測體系采用了以公里網交叉點和公里網加密點做為樣點的系統抽樣方法。

（二）森林資源連續清查傳統樣地定位、復位方法

1.傳統樣地定位方法

我國全國森林資源連續清查體系以及廣西各縣（市、區）、國有林場局級森林資源監測體系采用公里網交叉點或公里網加密方法布設樣地，在樣地實地定位時，傳統方法是采用羅盤儀引線定位，具體做法是：（1）在1∶1萬地形圖上樣地周圍（最好在100m的范圍內）尋找一個在圖上和實地都能準確定位的明顯地物點，如交叉路口、山峰最高處、三叉河溝、橋梁兩端等，此明顯地物點稱為引點，在地圖上量測該明顯地物點到樣地中心的方位角和水平直線距離；（2）在實地準確找到該引點，將羅盤儀架設在引點上，按圖上量測出的磁方位角和水平直線距離換算成地面的實際距離引線定位樣地中心，要求定位誤差小于±10米。

羅盤儀引線定位確定樣地實地位置要達到定位精度±10米，需要較高的地形圖識圖能力，能夠在實地準確找到引點位置。能熟練操作羅盤儀，準確瞄準引點到樣地中心的方位角，準確量測引點到樣地中心的實地水平直線距離。在實際樣地定位工作中，由于技術人員地形圖判圖能力不同，造成引點位置判錯，由于羅盤儀操作熟練程度不同，儀器誤差以及引線所過之處地形陡峭或植被茂密，造成方位角測錯或引線距離難以準確量測的現象時有發生。由于上述原因，廣西各縣（市、區）、國有林場局級森林資源監測體系少數樣地定位誤差超過10米，甚至有引點判錯，出現樣地定位誤差高達幾百米的現象。

2.傳統樣地復位方法

確定樣地實地位置，埋設樣地中心樁和角樁，建立森林資源連續清查體系后，需要定期對固定樣地時行復位調查。森林資源連續清查每隔 5年復查一次，復查時要求先找樣地中心樁和樣木，此項工作稱為樣地復位。尋找樣地中心樁，傳統的方法主要有：（1）利用標記有樣地位置的地形圖結合歷次復查記錄為依據目視判圖尋找。（2）用羅盤儀按初查或復查記錄的引點、方位、距離引線定位尋找。采用上述方法尋找復位樣地，前者需要較高的地形圖識圖能力，后者在引線所過之處地形陡峭或植被茂密時，羅盤儀導向與測繩量距誤差大，費時費力，工作量很大。一些樣地要反復搜尋才能找到，少數樣地經過反復搜尋數日仍無法找到。由此可見，傳統的樣地復位方法工作時間長，難度大，效率低。

（三）PS在森林資源連續清查中的應用

GPS是英文“Global Positioning System”的縮寫詞，其意為“全球衛星定位系統”，它由空間站、地面站、GPS信號接收機三部分組成，主要用于定位、導航、測時、測速。在森林資源連續清查工作中，可利用 GPS的定位、導航功能對固定樣地進行定位、復位。

1.GPS在樣地復位中的應用

（1）利用GPS導航功能尋找樣地中心樁

利用GPS導航功能尋找樣地中心樁，其操作方法如下：

1)在地形圖上計算樣地中心樁的北京54高斯平面直角橫縱坐標值及海拔高度。由于全國森林資源連續清查體系以及廣西各縣（市）、國有林場局級森林資源監測體系采用北京54坐標系地形圖的公里網交叉點或公里網加密方法布設樣地，而地形圖上每條橫縱公里網線都標有其橫坐標和縱坐標，因此樣地坐標可以從地形圖上很容易查定和計算。

2)在 GPS接收機中進行坐標轉換參數的設置。一是坐標位置格式設置，要將位置格式設置為用戶自定義格式，這樣GPS才能顯示高斯平面直角坐標。設置時要輸入4個參數，包括中央經線、投影比例（=1）、東西偏移（=500000米），南北偏移（=0米），其中投影比例、東西偏移，南北偏移3個參數固定不變，而中央經線要根據調查區域所在的高斯投影帶來計算，按6度劃分投影帶時，中央經線=投影帶號×6－3，按3度劃分投影帶時，中央經線=投影帶號×3。二是坐標系統設置，要將坐標系統設置為用戶自定義坐標系統，這樣 GPS才能顯示北京54坐標。設置時要輸入5個參數，包括DX、DY、DZ、DA（=-108 米）、DF（=0.0000005），其中 DA、DF 兩個參數固定不變，它們分別是指WGS84坐標系與北京54坐標系所采用的地球參考橢球的長半徑之差和扁率之差，而DX、DY、DZ是指WGS84坐標系與北京54坐標系所采用的地球參考橢球三維直角坐標之差，也稱平移三參數。調查區域所處高斯投影帶不同，其相應的平移三參數DX、DY、DZ也不一樣，如南寧市的平移三參數DX=14米、DY=-88米、DZ=-49米，而北流市的平移三參數DX=-16米、DY=-110米、DZ=-48米。坐標位置格式和坐標系統按上述方法設置好后，GPS接收機才能顯示北京54高斯平面直角坐標。

3)將從地形圖上計算出的樣地中心樁北京54高斯平面直角坐標及海拔高度存入GPS接收機內，建立航點。

4)建立導航，尋找樣地。用目視判圖法接近樣地時，在GPS接收機導航頁面為存入機內的樣地航點建立導航，此時導航頁面會提供當前點與目標點的方位角和距離，根據 GPS提供的方位角確定尋找方向，如果你行走方向正確，導航頁面提供的當前點與目標點的距離會逐漸縮小，當兩者距離接近0米時，仔細尋找即可輕松發現樣地中心樁。

（2）實測樣地中心樁北京 54高斯平面直角坐標橫縱坐標值

通過羅盤儀引線、目視判圖或 GPS導航找到樣地中心樁后，要實測樣地中心樁北京54高斯平面直角橫縱坐標值及海拔高度，在GPS接收機中設置坐標格式為高斯平面直角坐標，坐標系統設置為北京54坐標系，方法見前述。設置完成后將GPS 接收機放至樣地中心樁上，當接收機接收到 4顆或更多衛星信號并處于“三維位置”狀態，接收機將計算并顯示出當前位置的北京54高斯平面直角橫縱坐標數值及海拔高度。

因為地形圖上算出的樣地中心樁坐標與實地埋設的樣地中心樁坐標存在誤差并不相同，所以需要實測樣地中心樁北京54高斯平面直角坐標及海拔高度，目的是避免樣地位移現象，為以后樣地復位提供準確的樣地中心樁坐標。實際工作中，利用GPS接收機導航技術尋找有GPS實測坐標的樣地中心樁，只要中心樁不被人為或自然災害破壞，復位率可達100%。

2.GPS在改設樣地、增設樣地中的應用

改設樣地是指前期設置的樣地，本期復查未能復位而重新設置的樣地。增設樣地是指前期樣地被定為非林地，本期調查發現已變為有林地（如退耕還林地），需要定位埋設標樁的樣地。它們都可以使用 GPS導航技術確定樣地中心實地位置，利用GPS導航功能尋找樣地中心樁，在用GPS導航確定樣地中心時，導航頁面提供的當前點與目標點的距離逐漸縮小接近0米時，即可認為GPS接收機當前所在位置就是樣地中心位置。

（四）PS在樣地定位復位中的先進性、實用性

GPS全球衛星定位導航技術是美國為解決人類在地球上的導航和定位問題而開發的高尖端技術，它具有全球、全天候作業、定位精度高、觀測時間短、操作簡便等特點。其導航型接收機單機單點定位精度優于15米，測地型接收機采用差分單點定位，精度可達厘米級和毫米級。隨著美國開發第三代衛星和地面控制網，增加民用信號頻率，提高信號發射功率，至2009年，普通導航型接收機單機單點定位精度優于10米，至2013年，普通導航型接收機單機單點定位精度將優于5米。GPS全球衛星定位導航技術應用于森林資源連續清查樣地的定位、復位，完全可以滿足樣地定位精度≤±10米的要求。與傳統的羅盤儀引線、目視判圖定位、復位相比，其先進性不言而喻。

GPS民用衛星信號可以免費接收使用，隨著GPS應用日益廣泛，GPS接收機的價格越來越便宜，普通的單頻12通道導航型接收機價格為每臺2000元左右，就現在林業行業各部門各單位的財力而言，完全可以普及推廣使用。近年來生產的GPS接收機技術工藝不斷改進，菜單已完全中文化，操作非常簡便，且接收機體積越來越小，重量越來越輕，極大減輕了野外樣地定位、復位的工作緊張程度和勞動強度。價格適宜、精度高、易操作，使GPS定位導航的應用具有很強的實用性。

（五）結論

隨著3S技術的普及，森林資源連續清查引入了GPS全球衛星定位導航技術，2003年廣西區直各國有林場林資源規劃設計調查以及2005年廣西森林資源連續清查第七次復查均使用了 GPS定位導航功能對樣地進行定位、復位，取得了良好的效果，與傳統的羅盤儀引線和目視判圖方法相比，它提高了定位精度和復位率，減少了工作時間和工作量，提高了工作效率。因此，在森林資源連續清查及局級森林資源監測體系中普及推廣應用GPS技術十分必要、也很重要。

[1] 魏占才,王文斗,蘇杰南.森林調查技術[M].北京:中國林業出版社,2006.

[2] 徐紹銓,等.GPS測量原理與應用[M].武漢:武漢大學出版社,2005.

P228.4

A

1008-1151(2011)05-0088-02

2011-01-11

胡衛東（1970-），男，廣西生態工程職業技術學院講師，工程師，研究方向為森林管理。