基于GNSS RTK 在紅河州草原綜合監(jiān)測樣地調查中的應用研究

蔣大勇，阮方佑

（云南省林業(yè)調查規(guī)劃院昆明分院，云南昆明 650200）

1 研究區(qū)概況

紅河州州政府所在地在蒙自市，地處云南省東南部，北與昆明市、曲靖市接壤，南與越南交界，邊境線長848km，河口和金水河兩個國家一類口岸就位于紅河州境內。是昆明通往越南河內經濟走廊的至關重要的通道。地理位置東經101°47′～104°16′，北緯22°26′～24°45′，轄區(qū)面積32931km2；東西最大距離為254.2km，南北兩邊最大距離為221km，紅河州最高海拔3074m，為金平縣的西隆山，最低海拔76.4m（云南省海拔最低點），在河口縣紅河與南溪河交匯處，平均海拔1200m，北回歸線由此穿過；紅河州山區(qū)占地面積為85%；轄4 市9 縣，紅河州降雨量為815.8mm，年平均氣溫在18.6℃，全年無霜期337d。

云南省草原綜合監(jiān)測在紅河哈尼族彝族自治州共布設70 個監(jiān)測樣地，分布在所轄的除河口瑤族自治縣以外的4 市8 縣。

2 GNSS RTK 技術的簡介及工作原理

2.1 GNSS RTK 技術簡介

GNSS 全稱為global navigation satellite system，泛指所有衛(wèi)星導航系統(tǒng)。RTK 實時動態(tài)差分法。GNSS RTK 是基于全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)的實時動態(tài)測量技術，主要由基準網站、流動站、數(shù)據(jù)處理中心和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成[1]。采用GNSS RTK 技術具有靈活、簡單的優(yōu)點，且觀測時間短，定位精度高，不受通視條件、氣候等因素影響。

2.2 工作原理

GNSS RTK 的工作原理是將基準站接收機置于已知、未知坐標參考點上，基準站接收到的可視GNSS 衛(wèi)星信號通過無線通信網實時發(fā)給用戶；用戶接收機將接收到的衛(wèi)星信號和收到基準站信號實時聯(lián)合解算[2-3]，得到流動站平面坐標x，y 和正常高H[1，4-5]，并且估算出精度。

3 草原生態(tài)綜合監(jiān)測

3.1 目的任務

準確掌握紅河州草地資源的類型、數(shù)量、分布、保護利用狀況及其消長動態(tài)、變化情況，以及工程項目實施的成效等方面的情況。

3.2 監(jiān)測方法

采用方法包含圖斑監(jiān)測、樣地調查、數(shù)據(jù)庫建設等方法開展綜合監(jiān)測工作，圖斑監(jiān)測時，對違法圖斑只要對圖斑的拐點進行坐標測量，就可獲得違法圖斑形狀和面積，方法簡單在此不贅述。本篇只涉及利用GNSS RTK 技術應用到樣地調查中，利用GNSS 導航技術，按照預先設定好的樣地位置對樣地進行定位。當采用差分定位技術確保定位精度達到1m 以內時，可以直接進行樣地定位。如果達不到精度要求，則需現(xiàn)地尋找明顯地物點作為引點，采用引線定位方式定位。

3.3 草原監(jiān)測樣地調查

草地樣地調查包括草地樣地設置、樣地地形、土壤等，以及草原類、草原型、植被結構等各項因子的調查、樣地所在圖斑信息驗證等工作，并對草地的種類、生物量、質量、結構及其變化進行數(shù)據(jù)獲取。利用GNSS RTK技術主要用于樣地預設定位、樣線終點端定位、高大草灌木樣方放樣、定位等工作。

（1）樣地定位。利用GNSS 導航技術，按照預先設定好的樣地位置當精度達到1m 以內時可進行樣地定位。否則采用傳統(tǒng)引線定位的方式進行定位。樣地定位如圖1 所示。

圖1 樣地定位

（2）樣地中心點坐標獲取。當樣地中心點確定后，在中心點位置架設RTK 設備，當定位精度達到1m 以內時，獲取中心點位置固定解坐標值，并做好記錄。

（3）樣地及標志設置。以樣地中心點為圓心，設置一個半徑40m，0.5hm2的圓形樣地。若遇特殊情況，例如，落入細碎圖斑的特殊樣地，設置一個半徑20m，0.125hm2的圓形樣地。在樣地中心點和3 條樣線端點坐標位置處埋設鋼管或PVC 管等固定標志。

（4）樣方設置。樣方設置包括觀測小樣方、測產小樣方、高大草灌木大樣方。①測小樣方設置數(shù)量、位置及規(guī)格。數(shù)量：3 個，位置：3 條樣線端點坐標位置處，樣方對角線與樣線重合。規(guī)格：2m×2m。觀測小樣方設置如圖2 所示。②測產小樣方設置數(shù)量、位置及規(guī)格。數(shù)量：3 個，位置：觀察小樣方周圍5m 范圍內，但不能與樣線和觀測小樣方重疊規(guī)格：1m×1m。測產小樣方設置如圖3 所示。③高大草灌木大樣方數(shù)量、位置及規(guī)格。數(shù)量：1 個，位置：以樣地中心點的正西方向1m 作為東南角點設置正方形大樣方規(guī)格：10m×10m。高大草灌木大樣方如圖4 所示。

圖2 觀測小樣方設置

圖3 測產小樣方設置

圖4 高大草灌木大樣方設置

4 GNSS RTK 在草原監(jiān)測樣地中的應用

4.1 監(jiān)測樣地中心點定位、放樣

草原監(jiān)測樣地使用GNSS RTK 實時定位精度可達厘米級。且有無須通視，操作簡單等優(yōu)點。具體操作時可先將預設定的樣地位置中心坐標輸入平板或手機等數(shù)據(jù)采集設備和RTK 工作手簿中，先用平板等數(shù)據(jù)采集設備采用GNSS 導航，按提示操作即可快速的找到樣地中心點的位置，然后當樣地中心點確定后，架設RTK設備，按RTK 提示及指引進行移動，當定位精度達到1m 以內時，在固定解的情況下獲取中心點位置坐標值，并做好記錄即可。

4.2 監(jiān)測樣地設置

設置一個以樣地中心點為圓心，半徑為40m，面積約0.5hm2的圓形樣地。

具體樣地設置可采用羅盤儀測角、皮尺量距等方法，但用此傳統(tǒng)方法容易受地形條件、通視條件、儀器狀況等多方面因素影響，造成工作任務量大，工作用時長，測量精度不容易達到要求，嚴重影響工作效率。

采用RTK 技術進行樣地設置的具體方法：當RTK設備定位精度達到17cm 以內時，可直接利用RTK 設備，以樣地中心點為基點，分別確定0°、120°、240°方位角，結合皮尺量距分別對3 條40m 長樣線的端點進行確定。并分別在確定好的3 條樣線端點位置架設RTK設備，采取端點固定解坐標值，并做好記錄。

特殊情況處理：①當0°樣線難以布設時，可以調整角度，但應保持樣線夾角120°。②現(xiàn)地圖斑很破碎的樣地，樣線長度調整為20m，設置一個半徑20m，0.125hm2的圓形樣地。草原樣地設置如圖5 所示。

圖5 草原樣地

4.3 監(jiān)測樣方設置

利用GNSS RTK 技術主要應用在10m×10m 高大草灌木大樣方的測設上，具體操作方法如下。

（1）將從RTK 直接獲取的草原樣地中心點坐標錄入RTK 手簿。

（2）利用編制好的excel 表求算出高大草灌木大樣方的4 個角端點理論坐標。

（3）將帶有4 個角端點理論坐標的excel 表轉換為csv 格式文件，通過文件導入加載到RTK 手簿程序中。

（4）在點放樣選取放樣庫找到4 個角端點坐標，點放樣后，根據(jù)提示移動RTK 設備找到每個角的端點坐標位置，當精度在17cm 以內時就可以點擊測量保存端點坐標值。

（5）在4 個端點處插入花桿，用皮尺圍好后即完成10m×10m 高大草灌木大樣方的測設。

4.4 應用實例

本文以紅河州建水縣17 號樣地舉例：①用RTK 找到樣地中心點后進行回采后獲得回采中心點坐標，錄入RTK 手簿表中。樣地中心點回采坐標如表1 所示。②用編制好excel 表求算出3 條樣線終點端點坐標和高大草灌大樣方四個角端點坐標。樣地各端點及高大草灌大樣方端點回采坐標如表2 所示。③將計算好坐標的excel 表轉換為csv 格式文件，通過文件加載方式導入RTK 手簿程序。④依次選擇需放樣的各個端點，點取放樣后按提示移動到點坐標處，達到定位精度進行回采坐標即可。RTK 手簿各端點放樣點如圖6 所示。

表1 樣地中心點回采坐標

表2 樣地各端點及高大草灌大樣方端點回采坐標

圖6 各端點放樣點

5 應用效果

5.1 提高定位精度

如果采用傳統(tǒng)的羅盤儀測角、皮尺量距的方法進行測量的話，容易受視線、地形、坡度等因素的影響，造成樣地定位精度不準，樣方周界測量角度偏移、測量精度不高的問題，而采用GNSS RTK 技術則較好發(fā)揮了定位準、測量速快的優(yōu)點，而且厘米級的精度遠遠高于調查要求[5]，極大提高了草原樣地每個端點的定位精度。

5.2 提高工作效率

如果采用傳統(tǒng)方法進行樣點放樣，樣地定位，容易受通視程度、引線清礙等客觀條件影響，導致工作時間長，工作效率不高。采用GNSS RTK 技術則不受這些因素影響，大大縮短采點定位時間，工作效率提高，勞動強度降低。

6 結語

GNSS RTK 技術在這次紅河州林業(yè)和草原監(jiān)測方面的應用尚處于起步階段，還需經過大量實踐，但通過這次紅河州草原綜合監(jiān)測樣地調查工作可以看出與傳統(tǒng)調查對比，GNSS RTK 技術的優(yōu)點是定位精度高，使用時間少，節(jié)約了工作成本，提高了工作效率，實現(xiàn)林業(yè)和草原工作的精準化，值得推廣應用。