網絡RTK在森林資源監測中的應用探討

巨正平，馬國強，王浩波，李志平，劉曉晨，白 艷

(1.國家林業和草原局西南調查規劃院，650031，昆明； 2.航天宏圖信息技術股份有限公司，100195，北京；3.云南睿琦勘察設計有限公司，650231，昆明)

0 引言

森林資源監測是對森林資源的數量、質量、空間分布及其利用狀況進行定期定位的觀測分析和評價的工作[1]，是林業重要的一項基礎性工作，能及時掌握森林資源現狀和消長變化動態，預測森林資源發展趨勢，為合理管理森林資源，支撐林長制督查考核，實現碳達峰、碳中和戰略，編制森林資源發展規劃，制定國家宏觀決策，提供重要的決策依據[2-3]。

開展森林資源監測工作，查清全國和各省森林資源種類、數量、質量、結構、分布，需要在全國范圍內布設調查樣地，采用“圖斑+抽樣”方式，開展現地調查[1，4]。調查的內容主要包括樹種、胸徑、樹高等樣木因子和喬木林類型、起源、優勢樹種、郁閉度、每公頃株數、平均胸徑、平均樹高、平均年齡等樣地因子[3，5]。

現地調查的首要工作是確定樣地的位置和周界，再對樣地內的調查因子，進行定期、準確地調查、統計、分析和評價。

1 傳統定位手段

傳統定位手段，首先是通過航空像片和地形圖確定引點和樣地位置，接著確定樣地角樁，在確切的角樁基礎上，進行周界測定。選用的儀器主要有羅盤儀、皮尺、花桿和手持GPS等，測量的手段主要是通過測角、量距，運用導線測量方式進行定位測量。為保證各監測周期樣地位置一致、周界一致、面積一致，就需要埋設角樁、制作定位物和邊界修邊。

圖1 羅盤儀符合西南角樁

傳統的定位手段，不僅工作強度大，效率低，而且精度差，存在誤差積累，其主要的局限性有：1)羅盤儀極易收到周圍磁場環境影響，定位精度不高；2)支導線會隨著測站或距離的增加，誤差累計加大；3)羅盤儀導線測量法，對地形地貌、通視條件依賴極強；4)羅盤儀受限自身設計，無法進行精平和精確設站；5)皮尺測距精度較低；6)作業強度大。

圖2 羅盤儀、花桿、皮尺確定樣地周界

2 網絡RTK概述

網絡RTK，指在一定區域內建立多個基準站，對該地區構成網絡覆蓋，并進行連續跟蹤觀測，通過這些站點組成衛星定位觀測值的網絡解算，獲取覆蓋該地區和某時間段的RTK改正參數，用于該區域內RTK用戶進行實時RTK改正的定位方式[6]。其核心就是利用多個基準站組成的基準站網絡對流動站定位區域形成覆蓋，基準站整周模糊度固定后，可以從觀測值中分離大氣延遲，通過建模或內插手段，計算出流動站與基準站間的延遲誤差，通過移動通訊手段，將基準站觀測值與誤差改正數播發給流動站，流動站即可采用常規RTK算法實現實時高精度定位。

圖3 網絡RTK基本原理

網絡RTK，是在常規RTK和差分GNSS基礎上發展起來的一種新的、高效率、高精度的GNSS定位技術[7]，該技術相對于常規RTK而言，覆蓋面更廣，定位精度更高且誤差均勻，更可靠且費用更低，可持續、實時提供高精度定位。

當前，主流的網絡RTK作業方法，有單參考站網模式、基于虛擬參考站系統的VRS技術、基于整體解算模型的FKP技術和基于綜合誤差內插的CBI技術等，由此而組成的網絡RTK技術構建主要有單基站網絡RTK技術、移動參考站網絡RTK技術和多參考站網絡RTK技術。國內較為成熟的網絡RTK系統，主要有各省自建的綜合衛星定位服務系統(CORS) 和千尋位置網絡有限公司組網構建的千尋位置服務系統，均可提供CGCS2000、WGS84和ITRF2008坐標及厘米級的定位精度。

3 網絡RTK在森林資源監測中的應用

森林資源監測工作，是一項長期、在確定區域進行現地調查的任務，其重點在于沿用前期的樣地位置和周界[2，8]。由于技術原因，前期固定樣地調查，受限于設備自身精度和作業模式的誤差累計，樣地形狀一般不規則，為遵循同一樣地同一位置、同一周界、面積一致的原則，需要盡可能地復位樣地和周界，網絡RTK也是基于此原則輔助進行現地調查和定位[9-10]。

3.1 樣地角樁坐標采集

樣地角樁，是確定固定樣地的一個核心要件，角樁確定后，即可基本確定樣地的周界。前期樣地角樁，多采用手持GPS進行了坐標采集，定位精度較差，誤差域在幾米甚至幾十米的區間，故需要通過定位物來確認角樁的具體位置。

網絡RTK，在鎖定衛星信號并達到“固定解”狀態后，能得到厘米級的定位精度，在此狀態下進行角樁坐標數據采集，可以保證往后若干期固定樣地調查時，角點位置統一，而且在定位物遭到損壞后，或是角樁被破壞后，通過點坐標放樣方法，能準確還原樣地角樁。同時，高精度角樁坐標的采集，可以后期監測時的導航定位，提供準確數據基礎(如圖4)。

圖4 樣地導航

圖5 角樁坐標放樣

3.2 新設樣地確認

新設樣地，確定樣地角樁坐標后，可運用網絡RTK通過坐標精確放樣的方法，快速、準確、高效地定位樣地，同時省去繁瑣的引點工作，且定位精度高，誤差不會累積。

周界確定方法，是在角樁(西南角樁)放樣的基礎上，依據樣地設計長、寬距離，計算剩余角點坐標，再將各角樁坐標依次輸入坐標點庫，點點連線構造成封閉區間，即為樣地區域，通過數據采集軟件中的直線放樣功能，可以快速、準確地確定調查樣地區域、邊界以及樣木和周界的關系(如圖6、圖7所示)，為樣地現地調查提供基礎。

圖6 樣地周界復位示意圖

圖7 樣木位置關系圖

3.3 復測樣地復位

復測樣地，需要準確復位前期樣地周界和各個角樁，在誤差允許的前提下，開展監測工作。因此，在復位周界之前，需要首先進行角樁復位。

角樁復位，需要用到前期的定位物，通過定位物和前期的測量記錄，運用邊角后方交會法，或者距離交會法等手段，確定角樁位置，在角樁確定的基礎上，再運用網絡RTK進行角樁坐標采集和構造線放樣復位周界。

網絡RTK進行復測樣地復位的優點：1)角樁一經復位，后期監測時，便可通過高精度坐標放樣的手段，準確還原各個角樁；2)線放樣，采用點點依次相鄰，構造虛擬連接線方式，無需兩兩通視，即可準確復位邊界；3)運用網絡RTK復位的周界，精度高，也不存在誤差積累；4)通過構造線放樣方法，后期既是樣地角樁定位物被破壞，樣地也能高度還原復位。

3.4 樣木復位

網絡RTK，是通過采集高精度坐標，復位坐標的形式，進行森林資源監測的，樣地內的樣木，亦可通過采集各個樣木坐標的方式，獲得具體樣木的高精度坐標，既能提高繪制樣木位置圖的精度，也能配合樣木銘牌，快速、準確復位前期調查樣木。

4 結論與展望

網絡RTK定位精度，與接收機鎖定衛星的個數、高度角、衛星幾何構型和周圍作業環境等，都有一定的關系，但隨著我國自主研發的北斗衛星組網成功，可用實時授時定位的星座系統逐步增多(目前主要有GPS/BDS/GLONASS/GALILEO等系統)，加之GNSS接收機軟、硬件的更新迭代，單位時間多星座多頻信號高精度實時收斂已成為可能，林區作業信號鎖定越來越快，定位精度逐步提高，運用網絡RTK進行森林資源調查、監測已成為一種高效、可靠的手段。

在森林資源監測工作中，網絡RTK不僅能克服傳統樣地定位、復位手段的局限性，還能通過采集坐標，復位坐標形式，高效、快速、準確地定位樣地，復位周界及確定樣木位置關系，更能在定位物遭到破壞后，快速、準確復位樣地。

運用網絡RTK進行森林資源現地調查，不僅提高了樣地定位、復位精度，而且降低了工作強度，提高了工作效率，對運用網絡RTK開展其他資源類調查，有一定的借鑒意義。