數字測圖在林業生產中的應用

王玉霖

(桓仁滿族自治縣和平林場，遼寧 桓仁 117200)

數字測圖在林業生產中的應用

王玉霖

(桓仁滿族自治縣和平林場，遼寧 桓仁 117200)

數字測圖技術在林業生產方面的應用，早年已有試驗性嘗試，但限于儀器成本、軟件自動化程度及生產人員知識水平等因素，數字測圖技術在林業方面的應用多停留在科研層面，與生產實際應用仍有較大距離。近年來，由于先進測繪儀器設備逐漸普及，較高專業技術人才充實到林業管理與生產單位等因素，使數字測圖技術服務于林業生產，為數字林業及林業3S(GPS+GIS+RS)提供可靠數據源成為可能，并成為我國林業技術發展的新趨勢。

林業技術；數字測圖；數據處理；等高線矢量

1 數字測圖技術的概念與意義

數字測圖，是指利用專業測繪系統完成地物點信息的采集、錄入、成圖、輸出等系列完整流程的無紙化測圖作業。旨在提高相關專業生產環節的成果精度與作業效能。該測圖模式可系統分為三個部分，即數據采集部分、內業整理部分、成果輸出部分[1]。

1.1 數據采集部分

主要包括地面數字測繪、航空采集及原紙質地圖數字化三種方式。原圖數字化，是指先將紙質地圖掃描進計算機再描矢量圖，或者直接用數字化儀手扶矢量化，一般適用于地貌變化不大，精度要求不高的地形圖。隨著無人機日趨普及，航空采集成本已經十分低廉，但林業屬于特殊行業，地表植被高度及覆蓋程度極其不規則，航空采集無法準確表達實際地貌，若配合紅外遙感等測繪手段，會增加數倍采集成本，又背離了“高效與節約”的生產理念[2]。因此，地面數字測繪這一兼顧生產成本、作業效率的采集手段被逐漸運用于林業一線生產。外業采集數據如表1所示。

表1 全站儀外業坐標數據

1.2 內業整理部分

內業部分主要集中在軟件繪圖。目前市場上數字繪圖軟件種類較多，但成圖模式與流程基本一致，本文以較為常用的三款軟件進行介紹，分別為清華山維EPSW系列、武漢瑞得RDMS系列、南方測繪CASS系列。以繪制等高線為例，作業流程為數據導入、格式轉換、地物展點、生成三角網、過濾三角形、生成等高線。系列成圖軟件發展至今，已經高度自動化和智能化，在數據充足且無誤的條件下，內業繪制過程可在數分鐘內完成。

1.3 成果輸出部分

因為繪制成果為矢量數據，所以可對局部或整體任意編制和修改，可迅速接入GIS(地理信息系統)，也可以三維建模形式直觀展示山體地形(如圖1所示)，數字測圖的成果多以電子圖形式存入數據庫電腦或便攜PDA方便調閱。必要時，也可按需以任意比例尺打印地圖成果[3]。

圖1 實測山體三維效果

2 林業生產中的幾項重要內容

日常生產中，測算林木蓄積量、評估林地面積都需要精度較高的等高線地形圖。隨著林權改革的深入，林界勘測及林地準確地表面積(非投影面積)等，相關數據均需詳實入證。

2.1 傳統作業模式

目前，以上工作基本采用傳統作業模式(手持GPS+測繩)，以原紙質地形圖或低分辨率套色衛星照片為指引，現場手持GPS接收機定點定線，配合測繩完成丈量與定位。優點是技術含量低，易于開展工作；但缺點十分明顯，手持GPS接收機精度不穩定，粗差也在5米級別，范圍越小，誤差比例越大，測繩本就屬于粗放型丈量工具，一般每0.25米一個刻度，加之外業風力及測繩拉伸不直等因素引起的誤差極大，同時，成果計算及繪制較慢，因此，傳統的作業模式用人多、成果慢、精度差，急待改進，

2.2 數字測圖技術的應用

采用高效便捷、精度可靠、成本適中的數字地面測圖模式，可以兼顧效率、精度、成本，給林業生產工作提供一種新的選擇。因為林業行業工作環境的特殊性，所以選用RTK-GPS配合電子全站儀進行地面測圖，是一種經過實踐檢驗的可靠作業模式[4]。技術門檻是廣泛開展此項技術的主要障礙，但隨著專業性人才不斷充實基層生產單位，這一情況將得到改善。

3 應用實踐與具體流程

數字測圖應用于林業生產，早在2005年前后已有實驗性嘗試，并見諸多個學術期刊，但當時限于測繪設備價格、軟件自動化程度、林業生產人員知識水平等因素，數字測圖在林業方面的應用多停留在科研層面，與生產實際應用仍有較大距離。近年來，先進測繪儀器設備逐漸普及、較高專業素養人才不斷充實基層等有利條件的成熟，讓數字測圖服務林業生產，為數字林業及林業3S(GPS衛星定位+GIS地理信息+RS遙感)提供可靠數據源已經成為我國林業發展的新趨勢。

3.1 應用實踐

RTK-GPS接收機可高精度采集地物點三維坐標，具備精度高、采集快、用人少(最少一人)等優點，盡管其高程數據精度遠不如其平面坐標，但相對林業地形圖而言，精度完全夠用。缺點主要反映在信號遮擋進而降低精度及效率方面，例如林區高大喬木的遮擋，容易造成設備讀數慢甚至不出數據等問題[5]。而全站儀的加入，可有效解決上述問題。

全站儀，又稱全站型電子速測儀，是電子測距儀、電子經緯儀、微電腦三部分的有機結合體。經過近50年的發展，該測繪設備已高度自動化，配合內置的多款測量軟件，設備智能程度較高，可迅速測量、換算、記錄待測點平面及高程數據。條件允許的作業環境，還可進行無棱鏡反射作業，所有操作流程，一人即可。同時，該儀器無需考慮衛星信號遮擋問題，僅需要設備鏡頭與待測點具備通視條件，是RTK-GPS接收機的有益補充。

3.2 具體流程

通過對遼寧省撫順市某國有林場實測總結，采用RTK-GPS接收機沿開闊地布設控制點、全站儀配合碎步測量的作業模式效率最高，其流程如圖2所示。

3.2.1 完整流程實踐

實際作業中，將全站儀架設在對面山體，照射對向山體，三鏡桿三線行進，一般可實現每小時約200個采集點的作業效率，約合不到20秒采集并存儲一個完整的地物坐標點，效率極高?，F場輸入平板電腦即可初步成圖，開展內業工作；后期經過等高線修剪，即可方便快捷輸出任意比例尺紙質地形圖或直接接入林業GIS系統。以南方CASS成圖軟件為例(如圖3所示)，現場快速繪制林地等高線。

圖2 外、內完整作業流程

圖3 CASS軟件繪制等高線環節

3.2.2 繪制過程的重要細節

在已布設控制點的前提下，一個通視條件良好、山體表面積約300畝的常規山體，全站儀架設3次，采集約600個地物點[6]，即可通過內業自動生成三角網(如圖4所示)，進而完整繪制該山體的高精度等高線地形圖(如圖5所示)，這是傳統林業繪圖難以實現的作業效率。同樣流程，也可以迅速完成林界勘測、林地表面積測算、林權范圍標記。高精度的等高線地形圖和精準的坡度顯示更可為地區樹種的選擇提供重要參考依據[7]。

圖4 利用外業采集數據生成三角網

圖5 用三角網自動繪制等高線

4 應用展望

至目前，遼寧省已經建設完成相對完善、覆蓋面廣的差分CORS(連續運行參考站)網，意味著RTK-GPS接收機走向單人單機作業成為趨勢。設備購入成本更低、用人更少，三星GPS接收機(GPS美+GLONASS俄+GALILEO歐)日趨成為主流，接收機在林區可以接收到更多的衛星信號，其表現將更加卓越。近些年，普通全站儀購入價格已跌入萬元以內(一般區、縣級林業部門1-2臺即可)，同時，大批高素質人才充實到了一線生產部門，帶動了林業管理和生產單位工作人員專業素質的整體提升[8]。因此，數字測圖技術在林業生產工作中的推廣將更加便利，將其應用到林業管理和生產等多個重要方面，可為林業管理和生產提供高效、可靠、低成本的決策依據，并獲得滿意的生產成果。

[1]李長春，何榮.數字測圖原理與方法[M]．北京：煤炭工業出版社，2014：25-29.

[2]祁有祥，趙廷寧，楊建英.若干生態參數數字圖像測量方法的研究[M].北京：中國林業出版社，2011：51-52.

[3]董斌,徐文兵.現代測量學[M].北京：中國林業出版社，2012：101-106.

[4]李征航，黃勁松.GPS測量與數據處理[M].武漢：武漢大學出版社，2016：37-39.

[5]丁會云.淺析實驗林場森林保護措施[J].科學與技術，2015(2)：21-23.

[6]中國有色金屬工業協會.工程測量規范[S].中華人民共和國建設部，2008:39-41.

[7]汪松.林業測量技術[M].長春：吉林大學出版社，2013:61-63.

[8]程效君.數字測圖原理與方法實踐[J].地礦測繪，2014(2):25-26.

責任編輯：富春凱

Digital Mapping Application in Forestry Production

WANG Yu-lin

(Manchu autonomous county of HuanRen peaceful forest farm, Huanren 117200, China)

Digital mapping technology existed in the application of forestry production, and was tested in experimental trial at an early age. But limited to the equipment cost, the application of digital mapping technology in forestry mostly stays at the scientific research level, there are still a distance from actual production application. In recent years, advanced instrument of surveying and mapping equipment have been gradually popularized. Constantly have higher professional and technical personnel enrich forestry management and production unit and other advantages, which make digital mapping service forestry production, provide possibilities to the digital forestry and forestry 3S (GPS, GIS and RS)and become the new trend of development of the forestry in China.

Forestry technology; Digital mapping; The data processing; Contour vector diagram

10.3969/j.issn.1674-6341.2017.04.007

2017-05-04

王玉霖(1981—)，男，遼寧桓仁人，助理工程師。研究方向：林學。

S750;TP39

A

1674-6341(2017)04-0020-03