GPS技術在延平區林業工作中的應用

楊英自

摘 要：簡述全球定位系統（GPS）的概念和定位原理，介紹GPS技術及與其他技術相結合在延平林業工作中的應用情況，分析GPS的限制與北斗衛星導航系統組網后的新契機，旨在促進林業工作朝數字化、信息化、現代化的方向發展。

關鍵詞：GPS技術；林業工作；應用；延平區

中圖分類號 F326.2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）05-93-03

1 GPS概念和定位原理

全球定位系統（Geographic Positioning System），通常以縮寫GPS來代替，GPS是以人造衛星為基礎的無線電導航系統，可為航空、航天、海洋、陸地等用戶提供高精度、實時、全天候、全球性三維坐標的導航、定位、定時服務[1]。GPS定位導航儀利用接到的衛星播放的信號，經過幾何計算確定位置。全球定位系統播放衛星星歷和衛星位置推算信號，前者給出系統中每一顆衛星的位置和狀況，后者給出播放信號之衛星的定位信息。GPS定位導航儀接到信號后，根據接收信號的時間與發射初始時間之差計算出定位導航儀與衛星之間的距離。當算出與至少3顆定位衛星之間的距離后，GPS定位導航儀就能確定其在地球表面的空間位置。

2 GPS技術在延平區林業工作中的應用

GPS技術應用在林業工作中，能夠快速、高效、準確地提供點、線、面要素的精密坐標。延平區林業部門及相關所屬單位近年來均配置GPS設備，2000年以來應用GPS技術先后完成了全區的固定樣地定位、伐區邊界定位、野生動植物資源調查等，調查結果經省、市質量檢查組驗收均達到規定的質量要求[2]。同時還將GPS技術與其他技術相結合應用于森林資源管理、“三防”一體化信息建設、林業司法鑒定等多個方面。

2.1 GPS在森林資源監測樣地定位中的應用 森林資源監測常采取樣地調查的方法，樣地定位是一項重要工作，而在我國森林資源調查中，固定樣地的定位與復位測量是采用地形圖引線定位和直接搜尋樣地的方法，此法費工費時而且精度較低。GPS技術的快速動態定位特性為上述工作提供了有力的技術支持[3]。在2012年度延平區森林增長指標年度考核調查中，“集思寶MG711”GPS在樣地定位中得到廣泛應用。其具體應用方法是：調查人員以下車步行點作為導航起始點，輸入樣地西南角點坐標開始導航，通過導航界面按方向導航，也可通過地圖方位來輔助導航。從導航開始同時記錄航跡線，選擇界面“GIS采集”，選擇“采集線”，把采集界面“名稱”修改為真實測量的地物名稱，按“開始”鍵，記錄軌跡后，便按“返回鍵”進行導航找樣地點的操作，找到樣地西南角點后，重新進入“采集線”這個界面，按“保存”鍵，把此段航跡保存。導航至樣地西南角點時，用GPS重新定位，并記錄GPS經緯度和橫縱坐標。應用GPS相機對樣地進行拍照，GPS自動記錄拍照地點的坐標，為樣地提供豐富的圖像資料。下次調查時利用GPS采集的航跡和圖像能輕松實現樣地復位。

2.2 GPS在伐區調查設計中的應用 延平區自2007年開展林木采伐管理制度改革試點以來，人工用材林實行按小班面積控制采伐，皆伐山場以伐區調查設計中核定的四至為驗收依據。因此做好伐區四至邊界木標記成為伐區調查設計的重要內容。設計人員對伐區周邊的邊界木采用統一的標識，并對定位樹實行編號管理，詳細記錄邊界木的樹種、胸徑等主要因子，進一步明確伐區范圍，對無明顯地物地貌的伐區邊界用“集思寶MG711”GPS記錄航跡線，并用GPS的相機對定位樹近距離拍照。GPS采集的數據包括航跡記錄和照片，照片含有定位樹坐標。采集的數據可作為伐區驗收及發生越界采伐時案件處理依據。GPS還可用來測量伐區面積。遇到地形復雜的伐區，利用GPS導航功能，在野外能快速找到需調查設計的小班位置。

2.3 GPS在野生動植物資源調查中的應用

2.3.1 在動物資源調查中的應用 在野生動物資源調查中，利用GPS接收機尋找樣帶的起點，并根據輸入的樣帶終點坐標引導調查人員在規定的樣帶線內調查。由于接收機還有存儲運動軌跡的功能，因此可以在數據轉化時顯示調查的速度、軌跡的數據，從而對調查質量進行質量監督和管理。另外GPS還可用于野生動物棲息地的定位，根據棲息地的森林景觀類型權數推算總體種群數量。如2011年在延平區洋后鎮后坪村、坑門村、大演村發現野生獼猴活動蹤跡，林業站工作人員采用GPS定位其棲息地，據專家推算，估計種群數量約為200只。

2.3.2 在植物資源調查中的應用 在野生植物資源調查中應用GPS可進行生物密度分析，初設及復位樣地對植物的多度和頻度進行調查。可對古樹名木及稀特有植物進行研究和保護。延平區在2007年就開展了古樹名木普查工作，調查中逐株逐群進行GPS衛星定位，依據GPS采集的數據就可以永久地精確定位每株古樹名木，便于保護管理，為林業發展規劃提供翔實的資料。2012年5月，延平區林業局組織專業技術人員對全區及茫蕩自然保護區范圍內的極小種群植物進行調查。調查人員對小種群植物的位置及尋找的線路應用GPS采集其對應的航點及航跡數據，便于保護工作的開展。隨著科學技術的發展，將來還有可能給古樹植入芯片，若是有人移動古樹名木，工作人員就可在第一時間發現。

2.4 GPS在山林權糾紛調處中的應用 延平區實施集體林權制度改革后，林權主體多元化，部分林權宗地破碎，四至界線并無明顯地物地貌，由于林業經營周期長，易發生山林糾紛，用傳統方法現場勘界存在極大困難。林權宗地圖矢量化后，林權管理實現數字化、信息化，利用地理信息應用軟件提供的坐標通過GPS定位的方法能將林權證上的四至界線落到實地，為山林糾紛調處提供技術支持。從2012年起，延平區林業部門采用GPS定位的方法調處山林權糾紛13起，有效地維護了林區穩定。

2.5 GPS在百合花產業中的應用 2012年4月18日首屆海峽兩岸延平百合花節在福建南平市延平區王臺現代農業園區內舉行。百合花是福建南平市的市花，如今百合花產業已成為延平區具有區域發展優勢的特色產業之一。王臺現代農業園區規劃之初，便采用GPS對百合花圃地進行測量，確定位置和面積，為園區建設提供了詳實的資料，并根據百合花種植戶的要求對圃地分戶繞測，為花農順利拿到上級補助的扶持資金提供了依據。

2.6 GPS與RS、GIS相結合的3S技術在森林資源管理中的應用 3S技術是地理信息系統GIS、遙感技術RS、全球定位系統GPS這三大技術的合稱。3S技術應用于森林資源管理工作，可以建立綜合的監測與管理體系，可以極大改進數據處理的方式，可以快速獲取有關統計數據及圖表文件[4]。延平區在2011年應用3S技術開展縣級林地保護利用規劃編制工作，應用SPOT5衛星影像，運用地理信息系統、GPS技術解決林地落界、林地保護等級確定、林地質量定級等林地保護規劃中的具體問題。林地落界中，運用地理信息系統軟件，疊加二類調查小班數據到SPOT5影像中，結合小班檔案屬性數據，把林地逐塊落界，檢查林地小班界線與遙感數據特征是否相吻合。不吻合小班應進行技術處理，一是修改相應小班的林地屬性；二是重新確定小班界，采用遙感影像的目視解譯、勾繪和用GPS現場核實結合的方法來確定林地邊界。運用地理信息系統進行數據處理，能準確地給各小班的林地保護等級、林地質量等級進行賦值。延平區已建立森林資源管理地理信息系統，而GPS和RS作為數據采集器，為GIS提供豐富的數據源。森林資源管理地理信息系統的主要功能有：一是實現小班調查數據信息化管理；二是實現林業專題圖的制作，通過GPS采集數據，用GIS軟件進行數據處理，可制作林區公路分布圖、竹山機耕道分布圖、森林防火瞭望臺分布圖等；三是實現森林資源動態化管理，如森林資源年度變化調查，野外使用GPS采集數據，再用GIS軟件進行內業處理，及時更新數據。

2.7 GPS與GIS、現代通信技術相結合在林業“三防”一體信息化建設中的應用 延平區在福建省率先創建森林防火、防盜、防病蟲害“三防”一體信息化平臺，指揮中心建設DLP大屏，將“三防”系統通過全球眼采集的視頻實時輸出到指揮中心大屏上，把林業地理信息系統融合到“三防”軟件系統中，建立地理信息系統功能。依托電信現有基站新建5個防火特種攝像頭，在茫蕩自然保護區內新建高清探頭4個，整合了18個原先設置的監控點，為所屬各部門及護林巡查員配備73部具有GPS定位功能的手持終端天翼對講手機，指揮中心通過天翼手機進行工作調度，實現延平區林業部門與下屬單位、企業機構的互聯互通。通過給相關人員及車輛配置GPS全球定位設備，不僅有效拓展延平“三防”一體信息化系統管理視距，最大限度保護延平森林資源，還能加強對林業執法車輛、執法人員、護林員的有效管理和監督，確保林政執法隊伍的廉潔高效。

2.8 GPS與GIS相結合在林業司法鑒定中的應用 亂砍濫伐、毀林開墾、蠶食林地、放牧毀壞造林地等的林業案件時有發生，使用GPS可快速、準確地勘察被毀林地的位置、面積，并可用GPS采集的數據繪制出被毀林地的位置圖，為案件的處理提供準確數據[5]。

近年來，延平區林業技術人員多次運用GPS技術在林業案件中快速、準確地測量鑒定對象位置、面積，為案件處理提供可靠證據。其具體應用方法是：鑒定人深入現場實地踏勘，采用“集思寶MG711”GPS一臺，按下機器左下角的“開始鍵”，打開MobileGIS森林資源調查軟件，先站在開始測量面積的位置，選擇“GIS采集”，選擇“采集面”，把采集界面“名稱”修改為真實測量的地物名稱，先按綠色鍵，開始測量，按紅色鍵暫停，繞地物一周回到起始點，按“保存鍵”即可結束測量，保存好數據。鑒定人接著完成林木調查等其他事項。鑒定人把測量的數據導出到GPS的內存卡上，形成一個單獨的文件夾。先通過USB數據線，把GPS連接電腦，把GPS測量數據復制到電腦上。再用GIS Office軟件打開測量數據，在GIS Office中設置北京54坐標系統，導出Shape files數據。最后用地理信息ViewGIS系統打開Shape files數據，使用地圖匹配中的坐標平移使之與林業基本圖匹配，疊加林業基本圖和地形圖，根據需要制作、輸出復合圖。

2.9 GPS與GIS、Google Earth相結合在福銀高速森林生態景觀規劃設計中的應用 Google Earth是一款全球衛星地圖和地理信息演示軟件，它以高分辨率的衛星影像為底圖，真實地反映出所要調查區域地形、海拔等相關地理信息。將GPS戶外采集的航點、航跡等資料直接顯示、錨定在Google Earth衛星影像圖相應位置上，使調查工作更加精準和直觀。2012年12月延平區依托“三防”一體信息化平臺，對福銀高速延平段18km森林生態景觀示范段綠化任務進行分解，組織專業技術人員進行分塊規劃，落實到每個山頭地塊。技術人員利用“集思寶MG711”GPS測量數據，再用GIS Office軟件打開數據，直接疊加Google Earth影像圖，根據需要調整圖像比例，下載或截屏粘貼制作成工作圖形。

3 GPS的限制與北斗衛星導航系統組網后的新契機

雖然GPS已廣泛應用，但也絕非完美無缺。例如，其規模太大、造價太高，其他國家很難效仿；GPS只能導航，無法通信，因而不能滿足日益增長的用戶需求；如果僅依賴GPS，則容易受美國控制。鑒于此，我國積極發展自己的衛星導航系統，目前北斗已經形成區域性服務能力。北斗應用有五大優勢：一是它同時具備定位與通訊功能，不需要其他通訊系統支持，而GPS只能定位；二是覆蓋范圍大，沒有通訊盲區，精度與GPS相當，而在增強區域也就是亞太地區，甚至會超過GPS；三是特別適合于集團用戶大范圍監控管理和數據采集用戶數據傳輸應用；四是融合北斗導航定位系統和衛星增強系統兩大資源，因此也可利用GPS使之應用更加豐富；五是自主系統，安全、可靠、穩定，保密性強，適合關鍵部門應用。國內已有相關企業從事北斗應用終端的研發以及北斗和GPS兼容終端的研發，意味著GPS終端用戶將可以單獨使用北斗，也可以使用北斗和GPS兼容終端，享受到更優質的服務、更好的用戶體驗。2011年12月31日，國家林業局組織編制的《林業生態建設與保護北斗示范應用系統工程可行性研究報告》通過評審，該項目的實施將成為現代林業建立林業資源監管、林業災害監管和野生動植物保護管理的重要支撐系統。

4 總結與展望

GPS具有進行定位、測距、測線、測面積和導向等功能。實踐證明，它在森林資源調查、造林規劃設計與檢查、各種境界線的勘測與放樣落界等方面發揮著獨特作用，它具有適用范圍廣、工作效率高、操作簡單、功能強大等諸多優點。隨著科技的進步，衛星導航技術將與其他技術互為融合，朝著多元化、智能化方向發展。GPS技術的普遍應用必將促進林業工作向著數字化、信息化、現代化的方向發展，為生態林業建設提供有力保障。

參考文獻

[1]崔曉娟.淺談GPS在林業中的應用[J].中國林業，2009（18）： 62.

[2]葛親紅.3S技術在延平區森林資源管理中的應用[J].福建林業科技，2005（3）： 176-178，201.

[3]孫守玲，龐勝文，胡春艷，等.GPS和GIS在林業生產中的應用[J].天津農林科技，2007（6）：14-15.

[4]車騰騰，馮益明，吳春爭.“3S”技術在精準林業中的應用[J].綠色科技，2010（10）：158-162.

[5]樂通潮，聶森，鮑曉紅.Google Earth和GPS在林業司法鑒定中的應用[J].防護林科技，2011（1）：79-80. （責編：徐世紅）