RTK技術在森林資源監測中的應用分析

摘 要 RTK技術厘米級的定位精度能夠避免傳統森林資源監測方法工作效率低、精度不高等問題。介紹了RTK技術的工作原理、優勢、應用領域等，并就森林樣地的實際應用情況進行了梳理，即測量儀的選擇、RTK在樣地中的應用、基于GNSS RTK的樣地調查方法和應用成效等。

關鍵詞 RTK技術；森林資源；樣地調查

中圖分類號：S757 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.23.047

森林資源監測在林業生產生活中占據著重要的作用，其主要目的是能夠實現對森林資源的定期定位研究，以期了解和掌握森林資源的數量、質量和空間分布等[1]。通過森林資源監測可以實時和動態掌握森林資源的相關信息，從而能夠對森林資源的發展趨勢做出科學的預測。

在森林資源監測中，樣地定位研究的常規方法是采用羅盤儀、手持GPS等設備，利用測角、量距、運用導線測量等方式進行定位，同時結合埋設角樁的方法來保證監測樣地位置的統一，在對邊界修邊處理時，多采用制作定位物的方式[2]。傳統調查研究中，羅盤儀的使用頻率很高，但由于羅盤儀制作技藝的差異很容易受到周邊磁場環境的影響，使得羅盤儀定位精度降低。在整個測量過程中，樣地地形地貌及視域條件的質量同樣起著重要的作用[3]。近幾年來，越來越多的林業從業者使用實時動態測量RTK（Real - time Kinematic）技術（以下簡稱RTK技術）進行森林資源監測，避免了傳統調查中帶來的問題，提高了測量結果的精度。

1" RTK技術

1.1" 簡介

RTK技術是一種定位精度極高的野外測量方法，可以實現厘米級定位精度[1]。RTK是利用2個測量站載波相位觀測差分的定位技術，將基準站采集的載波相位發給用戶接收機，進行求差解算坐標[4]。

1.2" 工作原理

RTK技術是在坐標參考點布設基準站接收機，利用接收機實時接收GNSS衛星信號，流動站會依托無線數據鏈接收站點坐標、載波相位觀測值、偽距觀測值、接收機工作狀態及衛星跟蹤狀態等信息[5]。流動站在接收到數據后，將對采集到的GNSS衛星載波相位數據完成同步的觀測和采集工作，利用系統內差分處理的方式，完成對載波相位整周模糊度的求解，根據基準站與流動站兩者之間的相關性，得到流動站平面坐標X、Y和高程H[6]。

1.3" 優勢和特點

1）定位精度高，RTK 平面精度和高程精度都能達到厘米級[1]。2）當進行了外業的一系列處理后，可以使用其自帶的配套相關軟件，完成對外業調查數據的快速整理和預處理[7]。3）整個RTK設備操作起來十分便捷，用戶在使用過程中，僅僅只需要進行基礎的設置和校正，就能夠直接上手使用。

1.4" 應用領域

1）農業、林業方面：在實際農業、林業生產中，可以利用RTK技術實現對農林產品的前期規劃到后期管理，提高了工作效率。2）土地測繪方面：RTK技術可以直接使用到土地測繪中，在對測繪過程中涉及到的邊界測量、面積計算等，能夠提供高效便捷的技術支撐。3）航空航天方面：RTK技術還可以應用到航空航天領域，結合地面測量技術，實現空天地的一體化測量技術，為在空中攝影測量相關項目中提供測量支持。

1.5" 注意事項

1）需要多次對參數進行設置，以確保測量的準確性。RTK技術雖然操作便捷簡單，但是測量過程中極易受到影響，造成數據測量的誤差，所以在進行實際測量工作時，要實時檢查，注重對相關測量參數的關注，以確保測量的精度[8]。2）增加控制點，提升有效數據數量。在實際工作中，RTK技術容易受到天氣、數據傳輸、周圍環境的影響，為了提高數據的有效性，可以在測量過程中有意識地增加布控點，以防止出現控制點受到影響產生誤差不能使用，從而沒有足夠多的有效數據。3）注重對操作人員的管理和操作技能的培訓。測量結果的準確性與操作人員的操作有至關重要的聯系，在測量環節中，如果出現操作人員不熟悉設備、參數設置錯誤等問題，就會對測量數據造成較大的影響，甚至造成設備的損壞，所以在進行RTK測量工作中，要注重對操作人員的管理和操作技能的培訓，從而提高測量的準確性，也能夠在一定程度上保護設備，提高設備的使用壽命[9]。

2" 森林樣地調查

2.1" 測量儀選擇

樣地的位置、地形、樹冠冠層高度等，在測量過程中起著重要的指示作用，使用RTK技術時，也經常受到這些因素的影響，極易發生信號受阻或被削弱的現象[10]。選擇一個適應多星、抗多路徑效應或有多種數據鏈形式的RTK設備，將在測量過程中起著事半功倍的作用[11]。

本研究使用的儀器是千尋星耀X Plus，設備可支持GPS、BDS、GLONASS、Galileo、QZSS無系統解算，支持無需架設基準站的5星16頻服務，定位精度為厘米級。該設備具有一定的特色功能，包括：1）能夠支持單北斗定位；2）可以實現對中桿高度自動計算、對中桿傾斜誤差校準；3）具備星地通服務，智能啟用抗干擾模型，有網無網都能用，自動切換地基/星基/網絡星基服務；4）對全國參數均可實現免校準，可以直接輸出CGCS2000施工坐標。針對林地內信號受阻或被削弱等因素導致的使用問題，該設備在一定程度上可以避免。

2.2" RTK在樣地中的應用

RTK的主要功能是實現定位測量，在樣地中涉及的定位測量主要應用于3個方面：1）樣地復位；2）樣地周界測設；3）樣地內樣木位置的測定。森林資源調查中樣地分為復位樣地（或固定樣地）和新設樣地[12]。

2.3" 基于GNSS RTK的樣地調查方法

基于GNSS RTK的樣地調查方法是一種先進的測量技術，它結合了全球導航衛星系統（GNSS）和實時動態測量（RTK）技術，用于進行高精度的地理信息采集。在進行樣地調查時，測量人員可以根據需要采集不同的地理信息[13]。

GNSS RTK樣地調查方法具有高精度、高效率、高自動化等優點，可以大大提高測量工作的效率和精度；這種方法還可以提供實時的測量數據，為森林樣地調查提供重要的數據支持。圖1為基于GNSS RTK技術進行的樣地調查示例。

2.3.1" 樣地復位

樣地復位是利用前期在樣地調查中已經埋設好的標樁（或定位物）等參考，得到樣地的實際位置。例如，森林資源連續清查（簡稱一類清查）為掌握宏觀森林資源現狀與動態的變化情況，需定期以固定樣地為主進行森林資源的復查，重復對照測量全部調查因子，估計2次連續清查間隔期（5年）內的森林資源動態變化。在測量過程中，要求樣地、樣木必須固定，以此來保證所有調查因子的連續性和穩定性[14]。

傳統的樣地復位時，通常是利用之前已經埋設好的定位樹（或物），統計該定位樹（或物）的水平距離和方位角信息[15]，再在羅盤儀、皮尺等工具的支持下完成反測，基于此方法首先得到西南角點。在得到西南角點數據的基礎上，完成對其他幾個角點信息的統計和記錄，并依次測設以完成樣地的復位工作。

利用RTK技術，可以將樣地前期獲得的RTK坐標輸入至RTK手簿，再結合RTK的導航系統，就可以快速高效地完成對西南角點或定位樹（或物）的信息采集；與此同時，厘米級的測量精度也大大提高了樣地復位測量的精度和工作效率。

本研究利用RTK技術完成了曲靖市馬龍區、昆明市安寧市、玉溪市易門縣、普洱市鎮源縣共19塊樣地的實測，樣地選擇依據：地類均為喬木林地，郁閉度均在0.5以上，起源分人工和天然，樹種分針葉和闊葉，齡組分中齡林和近熟林。表1為昆明安寧市5889樣地實測數據。

2.3.2" 樣地周界測設

樣地是一塊以樣點為西南角點的正方形樣地。在傳統測量中，大多采用的是閉合導線法，使用到的工具有羅盤儀、皮尺等，按西南—西北（0°）、西北—東北（90°）、東北—東南（180°）、東南—西南（270°）的順序進行閉合導線測量，形成一個邊長為28.28 ｍ，面積為 0.08 hm2 的正方形樣地（見圖 2）。當坡度超過5° 時，則需要對樣地的邊長進行坡度改算。

1）復測樣地的周界測量

首先完成一個已知角樁坐標信息的采集，將該坐標信息記錄在RTK手簿中，并以該信息為參考，生成一個標準樣地，之后在標準樣地角點周邊尋找上期設立的其他角樁[16]，然后用RTK測定尋找到的角樁坐標，并在手簿上進行4點連線，最后直接求算樣地周界長。若前期周界長誤差大于1%，則須修正前期存在偏差的角樁并記錄修正值。

2）新設樣地的周界測量

在進行新設樣地的周界測量中，可以直接輸入西南角坐標值至RTK手簿，手簿會以樣地標準的要求，自動生成一個標準樣地，并標注好其他3個角點的坐標，通過點放樣就能快速確定其他3個角點，并能保證閉合差控制在5～10 cm。使用RTK技術后，精度遠遠高于調查要求的精度。

2.3.3" 樣木位置

樣木復位是保持樣木的連續性和穩定性。常規樣木復位是根據樣木位置圖和鋁牌確定，圖3為昆明安寧市5889樣地使用RTK前樣木位置示意圖。運用 RTK 技術后，初測時統一將RTK立于上坡方向并緊貼樹干對每株檢尺樣木進行精準定位，并根據樣木坐標快速準確地計算出樣木相對于中心點的方位角和水平距離，直觀地反映出樣木與樣地4個角點的空間位置，圖4為昆明安寧市5889樣地使用RTK后樣木位置示意圖。

復測上期樣木時，將樣木的 RTK坐標輸入手簿，可以快速、準確地確定樣木；或將數據采集端（平板）連接 RTK，手持RTK放置于樣木上側，即可確定樣木在位置圖上的所在位置。樣地樣木測量完后，一般會根據采集端推薦的樣木進行樹高測量[17]，此時，RTK就能很好地輔助尋找需要測高的樣木，結果省時省力，提高了效率，且目標準確。

3" 應用成效

基于 GNSS RTK 樣地調查系統的應用，改變了利用手持 GPS、森林羅盤儀和卷尺作為主要工具的傳統林業測量調查方式，顯著地提高了調查精度和工作效率[7]。

3.1" 提高了調查精度和準確性

在傳統的森林資源調查中，羅盤儀、花桿、測繩（或皮尺、鋼尺）等傳統設備的使用，會使測量的結果產生極大的誤差；同時在整個測量過程中，測量環境的變化也會對儀器設備提出更高的要求，測量人員對儀器設備的使用熟練程度也是影響測量結果的一大要素。

RTK技術在很大程度上避免此類誤差的產生，首先RTK技術不受時間、天氣的影響，厘米級的測量精度可以在很大程度上保證測量結果的準確性，從而能夠為后續的森林資源調查提供精準的基礎數據。其次RTK技術時在樣地內樣木位置測量上發揮了很大的作用。樣木位置誤差比較大的原因一般有2種：1）樣木間相對位置與真實相對位置的空間比例失調；2）樣木相對位置錯亂，較大的誤差會嚴重影響調查結果的準確性和精度。RTK厘米級的誤差精度，既保證了樣木相對位置不致失調，又確保了位置的相對固定，從而保證了整個樣地內所有檢尺樣木的真實空間位置，確保了準確性和精度，為今后的復位調查提供了一定的保障[17]。

3.2" 降低了勞動強度和節約成本

利用GNSS RTK技術進行森林資源監測，避免了物理砍邊，僅僅利用電子圍欄，在作業中就可以節約一半以上的時間。電子圍欄技術也極大地減小了勞動強度，節約了作業成本。傳統的調查技術中，需要人為地進行樣木坐標的判定，一方面需要花費大量的人力成本；另一方面在測量精度上也會因操作人員的熟練程度不同，使得效果可能會大打折扣。RTK技術中電子圍欄的使用，既可以減少人力的輸出，又可以極大限度地提高測量的精度，整體上做到了勞動強度的降低和成本的節約。

4" 結語

RTK技術以其高精度、高效率等優點在森林資源調查中有著廣泛的應用前景，能夠顯著提高森林資源調查的準確性和效率，降低勞動強度，節約成本。RTK技術能夠實現快速準確樣地周界測設、樣木位置測量等工作，提高了森林資源調查的精度和效率。現如今，隨著林業信息化時代的到來，精細化的測量調查結果將是對今后林業工作者新的挑戰。對 GNSS RTK 技術在林業調查中應用的相關研究，將極大地推動森林資源調查的發展，具有極大的研究價值。

參考文獻：

[1] 李吉鵬，張瑞娟. RTK在陜西省林草生態綜合樣地監測中的應用[J]. 南方農業，2022，16（10）：223-225.

[2] 徐文兵，高飛，杜華強. 幾種測量方法在森林資源調查中的應用與精度分析[J]. 浙江林學院學報，2009，26（1）：132-136.

[3] 巨正平，馬國強，王浩波，等. 網絡RTK在森林資源監測中的應用探討[J]. 江西科學，2022，40（5）：955-958.

[4] 詹前福，文榮樺，肖華，等. RTK在森林資源連續清查中的應用[J]. 農家致富顧問，2017（14）：55-56.

[5] BAKULA M，OSZCZAK S，PELC-MIECZKOWSKA R. Performance of RTK positioning in forest conditions：case study[J]. Journal of Surveying Engineering，2009，135（3）：125-130.

[6] 劉新科，黃寧輝，秦琳，等. 基于GNSS RTK的廣東林草生態綜合監測評價研究[J]. 林業調查規劃，2022，47（2）：133-136.

[7] 孫運文，徐軍，賈平秀，等. RTK技術在森林資源連續清查中的應用[J]. 智慧農業導刊，2021，1（21）：103-105.

[8] 李國釗. GPS-RTK定位技術在某公路工程中的應用研究[J]. 山西建筑，2023，49（11）：181-184.

[9] 單繼國. 移動RTK在工程測量中的應用[J]. 價值工程，2024，43（8）：146-148.

[10] 何金全. RTK在林草生態綜合監測評價廣東森林資源樣地外業調查中的應用分析[J]. 中國林業產業，2022（7）：88-90.

[11] 李永寧，高慧娟，霍艷玲，等. GNSS RTK在山區森林中定位的應用研究——以樺樹次生林中的3種地形條件為例[J]. 林業資源管理，2013（5）：125-130.

[12] 應啟圍，田野宏，胡衛東，等. 淺談無人機精靈4 RTK在森林資源調查和規劃設計中的應用[J]. 農業與技術，2021，41（10）：83-86.

[13] 石君杰，陳忠震，孟令宇，等. GNSS RTK 技術在林木定位及微地形測量中的應用[J]. 林業資源管理，2019（4）：117-123，131.

[14] 田野宏，魏鴻昌，滿毅，等. 淺析廣西林草生態綜合監測森林樣地外業調查方法[J]. 農業與技術，2022，42（11）：74-78.

[15] 張艷亮，胡晨. 建筑工程測量中GPS測繪技術運用研究[J]. 科學技術創新，2023（1）：13-16.

[16] 黃寧輝，秦琳，劉新科，等. 基于GNSS RTK的林草生態綜合監測樣地調查系統的設計與應用[J]. 林業與環境科學，2022，38（S1）：6-9.

[17] 由超，王宏年，宋修明，等. RTK技術在森林資源連續清查中的應用[J]. 山東林業科技，2012，42（4）：83-84.

（責任編輯：易" 婧）