導(dǎo)航定位系統(tǒng)在林業(yè)勘測(cè)調(diào)查設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

熊 平，曹改蘭

(湖北省麻城市林業(yè)勘察隊(duì)，湖北 麻城 438300)

1 引言

最近幾年，導(dǎo)航定位系統(tǒng)測(cè)量理論和設(shè)備在快速發(fā)展，使得技術(shù)越來越成熟、功能越來越完善、應(yīng)用領(lǐng)域更廣，持續(xù)推動(dòng)測(cè)量的實(shí)用化與自動(dòng)化進(jìn)程。林業(yè)勘測(cè)調(diào)查設(shè)計(jì)具備復(fù)雜性、滯后性、廣泛性，導(dǎo)航定位系統(tǒng)憑借定位準(zhǔn)確、不受地理與氣候等的限制、信息傳遞快等優(yōu)勢(shì)在林業(yè)勘測(cè)調(diào)查設(shè)計(jì)中的航線預(yù)設(shè)、面積測(cè)繪、森林防火等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。

2 林業(yè)勘測(cè)調(diào)查設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)

為探究全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)在林業(yè)勘測(cè)調(diào)查設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，必須先了解林業(yè)勘測(cè)調(diào)查設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，這主要體現(xiàn)在：一是復(fù)雜性，因?yàn)榱謽I(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)范圍廣、通信落后、交通不便、環(huán)境較差。國內(nèi)森林覆蓋面積較大，林中既潮濕又陰暗，通視困難，地形復(fù)雜，很多地方都是工作人員無法到達(dá)的，常規(guī)勘測(cè)方法不能滿足林業(yè)勘測(cè)調(diào)查設(shè)計(jì)要求[1]。二是滯后性，因?yàn)榱謪^(qū)、山區(qū)的綜合開發(fā)與保護(hù)、利用等越來越尊重科學(xué)，使得勘測(cè)技術(shù)面臨新的要求，相對(duì)滯后的林業(yè)勘測(cè)迎來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)；三是廣泛性，因?yàn)楝F(xiàn)代林業(yè)勘測(cè)廣泛涉及地形圖測(cè)繪、基礎(chǔ)控制網(wǎng)等基礎(chǔ)勘測(cè)，還有界線、勘界、地籍等界址勘測(cè)以及數(shù)字化勘測(cè)、信息化勘測(cè)等內(nèi)容；四是準(zhǔn)確性，隨著現(xiàn)代林業(yè)生產(chǎn)建設(shè)的現(xiàn)實(shí)需求及依法治林的需要，林業(yè)調(diào)查須要做到范圍準(zhǔn)確。面對(duì)國家提出的數(shù)字林業(yè)以及精準(zhǔn)林業(yè)的發(fā)展目標(biāo)，生態(tài)環(huán)境建設(shè)得到前所未有的重視，林業(yè)勘測(cè)調(diào)查設(shè)計(jì)必須積極應(yīng)用新的思想與技術(shù)，為發(fā)展林業(yè)事業(yè)做貢獻(xiàn)。

3 林業(yè)勘測(cè)調(diào)查設(shè)計(jì)中導(dǎo)航定位系統(tǒng)的應(yīng)用路徑

3.1 應(yīng)用于航線預(yù)設(shè)及航跡采集

傳統(tǒng)的林業(yè)飛播及飛滅工作完全依賴人工指揮，如果被天氣因素限制，就很難尋找播區(qū)，應(yīng)用導(dǎo)航定位系統(tǒng)就能把播區(qū)輸入導(dǎo)航定位系統(tǒng)，獲得范圍，在系統(tǒng)顯示屏找出播區(qū)位置，指揮飛機(jī)飛行，無需借助地面信號(hào)就能開展林業(yè)飛播作業(yè)，有效打破了地面人工指揮的局限性，降低了工作難度，預(yù)防浪費(fèi)資源，有效節(jié)省成本。與此同時(shí)，林業(yè)勘測(cè)工作人員應(yīng)用導(dǎo)航定位系統(tǒng)能減輕野外工作強(qiáng)度，提高工作效率[2]。特別是那些山高林密的區(qū)域，人很難到位，如果是人工指揮就會(huì)引發(fā)重播問題，應(yīng)用導(dǎo)航定位系統(tǒng)則能避免，借助播區(qū)4個(gè)拐點(diǎn)預(yù)設(shè)航線，并通過顯示屏選擇航線，依據(jù)黑長方形框選擇航路點(diǎn)，依據(jù)名稱選擇拐點(diǎn)，得到閉合航線，同時(shí)命名航線，改成播區(qū)。此外，在林業(yè)調(diào)查中還用于采集調(diào)查的航跡。

3.2 應(yīng)用于面積測(cè)繪

運(yùn)用GPS等導(dǎo)航定位系統(tǒng)對(duì)調(diào)查的范圍內(nèi)進(jìn)行拐點(diǎn)坐標(biāo)采集，并計(jì)算調(diào)查范圍面積，是當(dāng)前在林業(yè)勘察調(diào)查設(shè)計(jì)工作中不可缺少的一種調(diào)查工具和手段。在測(cè)量之前要了解當(dāng)?shù)刂醒虢?jīng)線和投影比例，前者就是用當(dāng)?shù)亟?jīng)度整數(shù)部分除以6，取商的整數(shù)部分加1，所得結(jié)果乘以6之后減3，就是當(dāng)?shù)刂醒虢?jīng)線值，后者數(shù)值是1，還要了解東西偏差、南北偏差，前者是500000，后者是0，從而在GPS中輸入正確的參數(shù)，保證所測(cè)資料的準(zhǔn)確性。

GPS的坐標(biāo)系多種多樣，最常用的是公里網(wǎng)坐標(biāo)，所以在應(yīng)用GPS進(jìn)行林業(yè)面積測(cè)繪時(shí)要基于實(shí)際需求選出自定義坐標(biāo)，把它的格式設(shè)置為用戶自定義User Grid。參數(shù)LONGITUDEORIGIN是輸入當(dāng)?shù)刂醒胱游缇€經(jīng)度，SCALE是比例參數(shù)，輸入1.0000000，ALSEE輸入500000.00，F(xiàn)ALSEN輸入0.0，設(shè)定坐標(biāo)系為USER，DX、DY、DZ的數(shù)值在不同作業(yè)區(qū)是不同的，可從當(dāng)?shù)販y(cè)繪部門獲取標(biāo)準(zhǔn)差的84或54坐標(biāo)，計(jì)算出參數(shù)以后輸入GPS。經(jīng)過多次對(duì)比試驗(yàn)，應(yīng)用GPS與羅盤分別測(cè)量多種面積地塊，對(duì)比的面積越大，兩者的差距就越小，反之越大。如果林業(yè)地塊面積超過1 hm2，適宜用GPS測(cè)量。如果地塊形狀規(guī)則，可應(yīng)用航線測(cè)量方法，GPS測(cè)出的是以幾個(gè)點(diǎn)為定點(diǎn)圍成的多邊形面積，每一條航線的航點(diǎn)不超過50個(gè)；如果地塊形狀不規(guī)則，要通過GPS航跡測(cè)量方法進(jìn)行，發(fā)揮GPS的優(yōu)勢(shì)。

3.3 應(yīng)用于森林防火

對(duì)于現(xiàn)代林業(yè)中的航空護(hù)林防火，應(yīng)用導(dǎo)航定位系統(tǒng)可定位火場，并進(jìn)行布兵、測(cè)火場面積、計(jì)算火災(zāi)損失等，不僅精確度高，并且安全性較強(qiáng)，能快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地測(cè)定森林火險(xiǎn)位置與范圍，讓防火指揮部門獲得火災(zāi)防控依據(jù)。在過去，明確火場位置以后由觀察員目測(cè)森林火場定位，憑借地形圖與地標(biāo)、地面明顯參照物等確定，誤差較大，應(yīng)用導(dǎo)航定位系統(tǒng)就可以提高精度，把誤差從300～500 m降低到約15 m，再配合地形圖就能確定森林火災(zāi)進(jìn)展情況。在應(yīng)用導(dǎo)航定位系統(tǒng)確定發(fā)生火災(zāi)的位置以后，可在地形圖上勾繪森林火場示意圖，及時(shí)掌握發(fā)生森林火災(zāi)的范圍與面積等，使防火部門獲得采取撲救措施的依據(jù)，并且依賴導(dǎo)航定位系統(tǒng)導(dǎo)航功能有助于采取飛機(jī)滅火措施。先在導(dǎo)航定位系統(tǒng)接收機(jī)中輸入森林火場位置信息，接著利用導(dǎo)航定位系統(tǒng)導(dǎo)航，尤其是在能見度低的情況下飛行，快速準(zhǔn)確找到火場，或噴灑滅火劑，或運(yùn)送滅火隊(duì)伍，快速滅火，并且撲火隊(duì)員可依據(jù)指定路線進(jìn)場、離場，節(jié)省時(shí)間，減少體力消耗，保障安全。

3.4 應(yīng)用于其他工作

除了在以上主要領(lǐng)域的應(yīng)用，導(dǎo)航定位系統(tǒng)還被應(yīng)用于現(xiàn)代林業(yè)測(cè)繪的其他領(lǐng)域，主要包括：一是應(yīng)用于測(cè)定古樹名木的位置。在保護(hù)古樹名木的過程中應(yīng)用導(dǎo)航定位系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)庫，完善圖形與屬性等信息，由管理部門有效管護(hù)。在實(shí)踐中將導(dǎo)航定位系統(tǒng)天線貼近古樹名木，依據(jù)屬性實(shí)時(shí)記錄，形成數(shù)據(jù)文件，并將其輸入電腦，在應(yīng)用軟件的支持下形成定位物體數(shù)據(jù)庫。二是應(yīng)用于林業(yè)工程建設(shè)。不管是局、場址建設(shè)還是森林鐵路、公路等的選線與建設(shè)都要實(shí)施高精度測(cè)量，明確位置與距離，計(jì)算平整場地的土方量等，但林區(qū)地形復(fù)雜，尤其是自然保護(hù)區(qū)，不能隨意砍伐林木，但架高塔觀測(cè)的成本太高，應(yīng)用導(dǎo)航定位系統(tǒng)就能建立精度較高的導(dǎo)航定位系統(tǒng)控制網(wǎng)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)查林地面積的確認(rèn)與測(cè)算[3]；同時(shí)，在造林作業(yè)設(shè)計(jì)中，可實(shí)現(xiàn)造林范圍的區(qū)劃及造林工程監(jiān)理檢查。三是應(yīng)用于森林資源調(diào)查。在森林資源調(diào)查工作中，通過在調(diào)查范圍里機(jī)械布點(diǎn)，以樣點(diǎn)為起點(diǎn)布設(shè)調(diào)查樣帶，工作人員順著樣帶從起點(diǎn)開始調(diào)查，配備導(dǎo)航定位系統(tǒng)接收機(jī)，通過導(dǎo)航模式明確路線、路程，創(chuàng)建小班邊界及確認(rèn)調(diào)查點(diǎn)，并且可實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地動(dòng)態(tài)定位，修正普查路線，在降低勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)提高速度與精度，保證抽樣樣帶一致。

4 現(xiàn)代林業(yè)測(cè)繪中導(dǎo)航定位系統(tǒng)的應(yīng)用注意事項(xiàng)

在應(yīng)用導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行林業(yè)勘測(cè)調(diào)查設(shè)計(jì)時(shí)必須做好檢測(cè)工作，自動(dòng)在正常開機(jī)之后設(shè)置成出廠值，顯示其他值時(shí)要加以調(diào)整，變成出廠值才能使用；做好誤差實(shí)測(cè)工作，如果誤差大于10 m，就不宜使用；開機(jī)接收信號(hào)時(shí)要用衛(wèi)星狀態(tài)頁面，在信號(hào)穩(wěn)定以后通過功能菜單頁面的航點(diǎn)功能羅盤導(dǎo)航頁面，并在數(shù)據(jù)穩(wěn)定之后讀數(shù)，提高準(zhǔn)確性；預(yù)防在高壓電線、變電器以及障礙物附近使用信號(hào)接收機(jī)，這些都會(huì)影響接收衛(wèi)星信號(hào)，增大誤差，尤其是在測(cè)量距離較短的情況下必須注意，如果不得不在存在電磁干擾之處定點(diǎn)，要實(shí)施差位定點(diǎn)，將定點(diǎn)位置平移幾米，消除電磁干擾，并且要在草圖里注明，正式繪圖時(shí)應(yīng)復(fù)位，如果不得不在障礙物附近定點(diǎn)，要盡量在比較空曠之處使用導(dǎo)航定位系統(tǒng)，以準(zhǔn)確接收信號(hào)；由于在日常林業(yè)勘測(cè)調(diào)查設(shè)計(jì)工作中會(huì)因多種因素丟失數(shù)據(jù)，可基于編輯航點(diǎn)重新獲取數(shù)據(jù)，并且應(yīng)用手持導(dǎo)航定位系統(tǒng)時(shí)要沿著測(cè)量地走閉合軌跡，并保持勻速前進(jìn)，保證精度[4]。

總之，導(dǎo)航定位系統(tǒng)作為比較先進(jìn)的一項(xiàng)自動(dòng)化技術(shù)，在林業(yè)勘測(cè)調(diào)查設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可以發(fā)揮諸多重要作用，幫助林業(yè)勘測(cè)人員更好地開展航線預(yù)設(shè)、面積勘測(cè)、森林防火以及古樹名木位置測(cè)定等工作，在節(jié)省成本的同時(shí)大大提高效率與精準(zhǔn)度。并且隨著導(dǎo)航定位系統(tǒng)的日益完善和優(yōu)化，它在林業(yè)勘測(cè)調(diào)查設(shè)計(jì)中的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛，可提升林業(yè)物資勘探、森林旅游等工作的技術(shù)水平，促進(jìn)現(xiàn)代林業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。