GPS在森林资源连续清查中的应用

胡卫东

（广西生态工程职业技术学院，广西 柳州 545004）

GPS在森林资源连续清查中的应用

胡卫东

（广西生态工程职业技术学院，广西 柳州 545004）

文章从森林资源连续清查样地定位复位入手，分析传统的样地定位复位方法与不足，阐述GPS技术在样地定位复位中的应用方法，论述GPS在样地定位复位中的先进性、实用性。

GPS；森林资源连续清查；系统抽样；样地定位；样地复位

森林资源连续清查采用系统抽样方法估计总体蓄积，需要布设固定样地，埋设样地中心桩和角桩，定期对固定样地时行复位调查。固定样地复位与增设，传统的方法是通过罗盘仪引线定位或目视判图定位，由于仪器误差或技术人员地形图判图能力不同，一些样地难以复位，影响调查质量。而采用GPS定位导航技术，在样地中心桩埋设后，用GPS手持机测定其坐标，复位调查时将每个样地中心桩的坐标存入GPS接收机内，并为其建立导航，就可根据 GPS接收机提供的方位和距离寻找复位中心桩，不需引点引线，大大提高工作效率，节省时间与精力。

(一)森林资源连续清查采用的调查方法

森林资源连续清查是林业生产的基本工作，其目的任务是查清、查准森林质量和数量的特点及其变化规律，以便合理地组织林业生产、实行全面规划。它采用系统抽样方法估计总体蓄积，其工作内容包括确定总体面积、计算样地数量，样地地形图上布点，样地实地定位，样地设置与调查，内业计算等。系统抽样调查具有组织样本简单易行，定位方便，样本单元分布均匀等特点。半个多世纪以来，被世界许多国家所采用，挪威、瑞典、芬兰等国家的全国森林资源清查多采用系统抽样调查。我国1977年开始建立的全国森林资源连续清查体系采用了以公里网交叉点做为样点的系统抽样方法。广西各县（市、区）、国有林场建立的局级森林资源监测体系采用了以公里网交叉点和公里网加密点做为样点的系统抽样方法。

（二）森林资源连续清查传统样地定位、复位方法

1.传统样地定位方法

我国全国森林资源连续清查体系以及广西各县（市、区）、国有林场局级森林资源监测体系采用公里网交叉点或公里网加密方法布设样地，在样地实地定位时，传统方法是采用罗盘仪引线定位，具体做法是：（1）在1∶1万地形图上样地周围（最好在100m的范围内）寻找一个在图上和实地都能准确定位的明显地物点，如交叉路口、山峰最高处、三叉河沟、桥梁两端等，此明显地物点称为引点，在地图上量测该明显地物点到样地中心的方位角和水平直线距离；（2）在实地准确找到该引点，将罗盘仪架设在引点上，按图上量测出的磁方位角和水平直线距离换算成地面的实际距离引线定位样地中心，要求定位误差小于±10米。

罗盘仪引线定位确定样地实地位置要达到定位精度±10米，需要较高的地形图识图能力，能够在实地准确找到引点位置。能熟练操作罗盘仪，准确瞄准引点到样地中心的方位角，准确量测引点到样地中心的实地水平直线距离。在实际样地定位工作中，由于技术人员地形图判图能力不同，造成引点位置判错，由于罗盘仪操作熟练程度不同，仪器误差以及引线所过之处地形陡峭或植被茂密，造成方位角测错或引线距离难以准确量测的现象时有发生。由于上述原因，广西各县（市、区）、国有林场局级森林资源监测体系少数样地定位误差超过10米，甚至有引点判错，出现样地定位误差高达几百米的现象。

2.传统样地复位方法

确定样地实地位置，埋设样地中心桩和角桩，建立森林资源连续清查体系后，需要定期对固定样地时行复位调查。森林资源连续清查每隔 5年复查一次，复查时要求先找样地中心桩和样木，此项工作称为样地复位。寻找样地中心桩，传统的方法主要有：（1）利用标记有样地位置的地形图结合历次复查记录为依据目视判图寻找。（2）用罗盘仪按初查或复查记录的引点、方位、距离引线定位寻找。采用上述方法寻找复位样地，前者需要较高的地形图识图能力，后者在引线所过之处地形陡峭或植被茂密时，罗盘仪导向与测绳量距误差大，费时费力，工作量很大。一些样地要反复搜寻才能找到，少数样地经过反复搜寻数日仍无法找到。由此可见，传统的样地复位方法工作时间长，难度大，效率低。

（三）PS在森林资源连续清查中的应用

GPS是英文“Global Positioning System”的缩写词，其意为“全球卫星定位系统”，它由空间站、地面站、GPS信号接收机三部分组成，主要用于定位、导航、测时、测速。在森林资源连续清查工作中，可利用 GPS的定位、导航功能对固定样地进行定位、复位。

1.GPS在样地复位中的应用

（1）利用GPS导航功能寻找样地中心桩

利用GPS导航功能寻找样地中心桩，其操作方法如下：

1)在地形图上计算样地中心桩的北京54高斯平面直角横纵坐标值及海拔高度。由于全国森林资源连续清查体系以及广西各县（市）、国有林场局级森林资源监测体系采用北京54坐标系地形图的公里网交叉点或公里网加密方法布设样地，而地形图上每条横纵公里网线都标有其横坐标和纵坐标，因此样地坐标可以从地形图上很容易查定和计算。

2)在 GPS接收机中进行坐标转换参数的设置。一是坐标位置格式设置，要将位置格式设置为用户自定义格式，这样GPS才能显示高斯平面直角坐标。设置时要输入4个参数，包括中央经线、投影比例（=1）、东西偏移（=500000米），南北偏移（=0米），其中投影比例、东西偏移，南北偏移3个参数固定不变，而中央经线要根据调查区域所在的高斯投影带来计算，按6度划分投影带时，中央经线=投影带号×6－3，按3度划分投影带时，中央经线=投影带号×3。二是坐标系统设置，要将坐标系统设置为用户自定义坐标系统，这样 GPS才能显示北京54坐标。设置时要输入5个参数，包括DX、DY、DZ、DA（=-108 米）、DF（=0.0000005），其中 DA、DF 两个参数固定不变，它们分别是指WGS84坐标系与北京54坐标系所采用的地球参考椭球的长半径之差和扁率之差，而DX、DY、DZ是指WGS84坐标系与北京54坐标系所采用的地球参考椭球三维直角坐标之差，也称平移三参数。调查区域所处高斯投影带不同，其相应的平移三参数DX、DY、DZ也不一样，如南宁市的平移三参数DX=14米、DY=-88米、DZ=-49米，而北流市的平移三参数DX=-16米、DY=-110米、DZ=-48米。坐标位置格式和坐标系统按上述方法设置好后，GPS接收机才能显示北京54高斯平面直角坐标。

3)将从地形图上计算出的样地中心桩北京54高斯平面直角坐标及海拔高度存入GPS接收机内，建立航点。

4)建立导航，寻找样地。用目视判图法接近样地时，在GPS接收机导航页面为存入机内的样地航点建立导航，此时导航页面会提供当前点与目标点的方位角和距离，根据 GPS提供的方位角确定寻找方向，如果你行走方向正确，导航页面提供的当前点与目标点的距离会逐渐缩小，当两者距离接近0米时，仔细寻找即可轻松发现样地中心桩。

（2）实测样地中心桩北京 54高斯平面直角坐标横纵坐标值

通过罗盘仪引线、目视判图或 GPS导航找到样地中心桩后，要实测样地中心桩北京54高斯平面直角横纵坐标值及海拔高度，在GPS接收机中设置坐标格式为高斯平面直角坐标，坐标系统设置为北京54坐标系，方法见前述。设置完成后将GPS 接收机放至样地中心桩上，当接收机接收到 4颗或更多卫星信号并处于“三维位置”状态，接收机将计算并显示出当前位置的北京54高斯平面直角横纵坐标数值及海拔高度。

因为地形图上算出的样地中心桩坐标与实地埋设的样地中心桩坐标存在误差并不相同，所以需要实测样地中心桩北京54高斯平面直角坐标及海拔高度，目的是避免样地位移现象，为以后样地复位提供准确的样地中心桩坐标。实际工作中，利用GPS接收机导航技术寻找有GPS实测坐标的样地中心桩，只要中心桩不被人为或自然灾害破坏，复位率可达100%。

2.GPS在改设样地、增设样地中的应用

改设样地是指前期设置的样地，本期复查未能复位而重新设置的样地。增设样地是指前期样地被定为非林地，本期调查发现已变为有林地（如退耕还林地），需要定位埋设标桩的样地。它们都可以使用 GPS导航技术确定样地中心实地位置，利用GPS导航功能寻找样地中心桩，在用GPS导航确定样地中心时，导航页面提供的当前点与目标点的距离逐渐缩小接近0米时，即可认为GPS接收机当前所在位置就是样地中心位置。

（四）PS在样地定位复位中的先进性、实用性

GPS全球卫星定位导航技术是美国为解决人类在地球上的导航和定位问题而开发的高尖端技术，它具有全球、全天候作业、定位精度高、观测时间短、操作简便等特点。其导航型接收机单机单点定位精度优于15米，测地型接收机采用差分单点定位，精度可达厘米级和毫米级。随着美国开发第三代卫星和地面控制网，增加民用信号频率，提高信号发射功率，至2009年，普通导航型接收机单机单点定位精度优于10米，至2013年，普通导航型接收机单机单点定位精度将优于5米。GPS全球卫星定位导航技术应用于森林资源连续清查样地的定位、复位，完全可以满足样地定位精度≤±10米的要求。与传统的罗盘仪引线、目视判图定位、复位相比，其先进性不言而喻。

GPS民用卫星信号可以免费接收使用，随着GPS应用日益广泛，GPS接收机的价格越来越便宜，普通的单频12通道导航型接收机价格为每台2000元左右，就现在林业行业各部门各单位的财力而言，完全可以普及推广使用。近年来生产的GPS接收机技术工艺不断改进，菜单已完全中文化，操作非常简便，且接收机体积越来越小，重量越来越轻，极大减轻了野外样地定位、复位的工作紧张程度和劳动强度。价格适宜、精度高、易操作，使GPS定位导航的应用具有很强的实用性。

（五）结论

随着3S技术的普及，森林资源连续清查引入了GPS全球卫星定位导航技术，2003年广西区直各国有林场林资源规划设计调查以及2005年广西森林资源连续清查第七次复查均使用了 GPS定位导航功能对样地进行定位、复位，取得了良好的效果，与传统的罗盘仪引线和目视判图方法相比，它提高了定位精度和复位率，减少了工作时间和工作量，提高了工作效率。因此，在森林资源连续清查及局级森林资源监测体系中普及推广应用GPS技术十分必要、也很重要。

[1] 魏占才,王文斗,苏杰南.森林调查技术[M].北京:中国林业出版社,2006.

[2] 徐绍铨,等.GPS测量原理与应用[M].武汉:武汉大学出版社,2005.

P228.4

A

1008-1151(2011)05-0088-02

2011-01-11

胡卫东（1970-），男，广西生态工程职业技术学院讲师，工程师，研究方向为森林管理。