GPS在林业中的应用研究与探讨

摘要：本文首先对卫星定位系统进行了简介，并把GPS系统与GNSS系统之间的区别与联系进行了分析。文中详细阐述了卫星定位系统的手持机所能达到的精度及其在林业行业中一些重要工作领域及工作内容中的作用，同时对卫星定位系统在其它行业的应用也略作了介绍。

关键词：GPS；卫星定位；研究

早在10多年前，我国基层林业单位就已经开始将GPS定位技术应用在林业工作中。许多之前用罗盘仪来完成的工作项目都用GPS来代替了。它能够快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精密坐标,完成森林调查与管理中各种境界线的勘测与放样落界,成为森林资源调查与动态监测的有力工具。十多年前，在GPS测量技术方面，更多强调的是它的单点定位精度在20m左右。到如今，由于美国GPS卫星定位系统一支独秀的形势不断发生改变。人们可以利用双星系统进行了定位，可以利用日本星进行差分。如果是利用我国基层常用的北京54坐标系，并将当地详细准确的七参数输入手持机中，在信号不受影响地区，精度可以在1～3m左右。这样的精度，在林业上生产上是高精度。正是因为这个技术的进步，使得GPS要林业系统的应用更加深入和广泛了。

GPS在林业中的应用不止是进行传统的林业行业内的生产。它在林业应用中的不断深入和扩展反而改变林业现状，促进林业现代化的发展趋势，使林业步入现代化的行例，为社会和经济的发展提供有力的保障[1]。

1 GNSS功能简介

正如上文所述，由于当今的卫星定位系统不仅仅是美国的GPS一家，还有俄罗斯的GLONASS卫星定位系统，中国的北斗定位系统，欧洲还在研发GALILEO卫星定位系统，还有日本卫星定位，现在把卫星定位叫做GPS，即全球卫星定位系统已经不是特别合适了，因为这个名称已经有局限性。所以几年前，行业内已经把卫星定位叫做GNSS，全称是GLOBAL NAVIGATION SATELLITES SYSTEMS，中文名称是全球导航卫星定位系统。与之前的GPS定位系统相比，性能有所增强，功能有所增加。

1.1 测量点位

在林业、勘探、地质等行业的外业工作中，确定位置是非常基础而又重要的。现在的GPS手持机，绝大多数型号都有自动航迹功能，可以定时记录航点，比如默认值为每隔5秒记录一个航点；或者定距记录航点，比如每隔2m记录一个航点。只要开机，自动航迹功能就会运行。不但可以将标本或数据采集地点的精确位置记录下来，而且依靠其导向功能多少年后，即使地表景观和标志物改变了，亦能找到过去的标本采集地点，并不需要借助地图。这一优点在大海、大湖、沙漠和林业中显得更为重要。

可以利用购买手持机时所配相关数据传送及简单处理软件，将手持机中的数据通过数据线传到计算机上之后，利用这些软件进行简单的处理，某些软件另存的格式，可以得用GOOGLE EARTH软件在线打开，这样，就可以在GOOGLE EARTH的卫星地图看见自己所储存的点位或者航迹，其与真实地形相结合，不但更直观、生动，还可以了解到所储存点位的精度质量。笔者经过多次实践发现，普通的导航型GPS测量精度在5m左右，如果遇到高大建筑物或者电线，强反射性物体，误差会成倍增加。还可以将地理位置转化成GIS的数据格式并输入到GIS这样专业的软件中去，通过GIS来产生地图，如过火区边缘，交通道路，防火隔离带都可以用GPS将其采集到GIS中 [2]。

1.2 测量距离

在解析几何中，已经三维立体空间中，两个点的三维坐标就可以利用公式计算出这两点间的直线距离。手持机的芯片也可以做到这一点。无论采用的是什么坐标，都可以根据平面点位的平面坐标与高程数据算出两点间的距离。在一定范围内，可以把这种计算出来的距离近视看作地面两点间的路程。在外业工作中，可以将出发点或工作点储存为定位点。然后可随时测定距这地点的距离。亦可测定任意两个定位点间的距离。于是，解决了野外样线调查时样线长度的测定。样线的长度常达数千米或数万米。若用皮尺和记步器测定，或是无法实现或是误差较大。当我们研究野生树种的生长区域或生长地点时，利用GPS定位导航仪将这些地点定位并储存后，可以研究某些树种在某些区域的分布，以及这些树种的生存条件如地理位置、地貌、气候、湿度，同时也可研究该林区的整个生态系统的不同组成的分布。当测定某树种的分布区域时，只要将分布区的最宽处两点定位。GPS定位导航仪均能在瞬间计算出分布区域的宽度，也可通过测得的数据算出其面积。

1.3 定向与速度测定

卫星定位的速度测定与导航功能市场化，如今已经做得非常好，汽车、轮船及飞机导航，技术日臻完善。汽车导航仪的超速提醒功能就是利用了卫星定位技术的速度测定功能。在林业及相关行业的野外工程中，在人迹罕至,地形复杂,地物丰富和交通不便的偏远山区,尤其原始森林,天然林中大树遮天,面积广阔,难辨方向,常常造成工作人员迷失方向，GPS的导航功能可以使人们顺利的找到出发的起始地点。

2森林资源调查中的卫星定位

森林资源一类清查（即国家森林资源连续清查）是以掌握宏观森林资源现状与动态为目的，以省（直辖市、自治区）为单位，利用固定样地为主进行定期复查的森林资源调查方法，是全国森林资源与生态状况综合监测体系的重要组成部分；其成果是反映全国和各省森林资源与生态状况，制定和调整林业方针政策、规划、计划，监督检查各地森林资源消长任期目标责任制的重要依据。在森林资源一类调查中,利用GPS的导航功能,输入固定样地的坐标,有GPS接收机引导调查人员到达样地,不仅定位速度快,精度高,而且可以将原有的明标改成暗标。

森林资源二类调查（即森林资源规划设计调查）是以国有林业局（场）、自然保护区、森林公园等森林经营单位或县级行政区域为调查单位，以满足森林经营方案、总体设计、林业区划与规划设计需要而进行的森林资源清查；其成果是建立或更新森林资源档案、制定森林采伐限额、进行林业工程规划设计和森林资源管理的基础，也是制定区域国民经济发展规划和林业发展规划，森林生态效益补偿和森林资源资产化管理，指导和规范森林科学经营的重要依据。在森林资源二类调查中,利用GPS进行测量定位,可以快速、高效、方便地把调查的样本单元落实到地面上进行测量和调查[3]。同时,储存在GPS接收机中的样地坐标及调查数据还可通过数据转化直接形成数据库,从而有利于数据的汇总统计。

2.1 森林调查中的应用

利用标准地调查或角规测树方法对样地进行细致测量后，可以得出样地内的森林调查因子，比如林龄、起源、林相、胸径、树高、断面积、蓄积量等。然后根据样地与其所在林分的总面积之比，就可以根据样地的特征数据计算出整个林分及林区的特征数据。那么，计算整个林分或林区的总面积，之前常用的方法是在大比例尺地形图上进行图上调绘，并结合实地调绘。图上调绘因为地形图的更新不及时而受到影响，利用罗盘仪及经纬仪进行实地调绘，数据较准确，但非常费时费力。如果利用手持机来进行面积的测算，则会节省大量的人力物力，很大程度上提高工作效率。

2.2 样地导航

国家森林资源清查中样本单元（样点）的分设大多数通过系统抽样完成，一般位于一定间距的公里网格上。样本单元的构成主要有单个样地和群团样地或复合样地2种。目前大多数国家采用群团或复合样地区2种。目前大多数国家采用群团样地或复合样地技术，即每个样本单元由若干个样子（子样地、样带和样线）组成。样地的大小和形状各异，但基本可以概括为四点群团样地和同心圆样地，其主要取决于费用和实际可操作性，样地大小要考虑抽样变动及足够的面积，满足整个监测期间的需要。在样地的操作过程中，布设完样地后，要对样地位置进行标记，以备复核。可以在地形图上相应位置作标记，并在现地留下记号。如果利用手持机在样地进行存点，并将数据导入计算机软件中，则管理及复位都非常方便。某些省份的国家一类清查中,采用手持GPS进行复位测定,取得了良好的效果,工作效率提高5～8倍,定位误差不超过7m,其成果受到国家林业局资源司的充分肯定。

2.3卫星定位在生产中的应用

传统的罗盘作业，光学经纬仪作业，甚至先进的电子经纬仪，全站仪乃至测量型机器人，都要求测站间的通视，然而林区往往树高林密，而且地势起伏较大，要想达到视线通视，难度较大。而卫星定位技术可以很好克服这个困难，只要在样地或者林分边缘找到一些开阔性较好的点，就可以存点。或者找到遮挡较少的路线，利用航迹法进行面积或路线测量。可以克服山高林密,交通和透视条件差或常规测量困难及精度不高等林业工程测量的不足,可以快速、高效地实现森林资源勘察,地形测量,林区公路勘测等。比如采伐林地一般是地形陡峭,树高郁闭,灌木丛生,常规伐区调查难度大或精度不高,采用接收机进行伐区调查设计可以克服因植被阻挡和坡度造成的通视困难,随调查人员的运动实时记录下伐区边界坐标及运动轨迹,与计算机接口后方便地进行标图并求出伐区面积。

3卫星定位在森保方面的应用

3.1 手持机在防火中的应用

地理信息系统（GIS , Geographic Information System）是在计算机硬、软件系统支持下，对现实世界（资源与环境）的研究和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统，它作为集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科而迅速地兴起和发展起来。遥感是指从远处探测、感知物体或事物的技术。即不直接接触物体本身，从远处通过各种传感器探测和接收来自目标物体的信息，经过信息的传输及其处理分析，来识别物体的属性及其分布等特征的综合技术[4]。GPS和地理信息系统,卫星遥感技术相结合,可以建立高效、实时、实用的林火信息管理系统,一旦发生森林火灾,只需输入利用遥感技术获得的火点坐标,系统即可自动选定最佳的行进线路,利用GPS接收机对扑火队进行实时的导向和定位,从而及时,准确到达火场,组织扑救工作。另外,GPS还可以简单精确地测定受灾林地面积,估计森林火灾的损失,.并输出森林火灾受害图,火险等级图等,对森林防火有重要的意义。

3.2在森林病虫害的监测与防治的应用

利用卫星定位技术的高精度及操作方便性，可以对森林病虫害易发病区进行存点定位，或通过航迹法将易发生区域进行圈定，以便于日常监测管理以及药物播洒。确保不重不漏。

4 总结

由于卫星定位技术的推广，卫星定位精度的提高以及相关接收机不断改进并降价，现在有越来越多的行业里面的越来越多的工作采用卫星定位技术。在林业生产中应用卫星定位，与传统工作模式相比，精度依然可以得到保证，并可以在很多幅度上省时、省力、省工。卫星定位技术在林业各领域的应用还在不断的推广及拓展过程中。

参考文献

1 徐绍铨.GPS测量原理及应用[M].武汉测绘科技大学出版社,1998

2 周忠谟.GPS卫星测量原理与应用[M].北京:测绘出版社,1997

3 洪大永.GPS全球定位系统技术及应用[M].厦门大学出版社,1998