GPS在林業(yè)中的應(yīng)用方案/定位/測距

將GPS這一*的測量技術(shù)應(yīng)用在林業(yè)工作中，能夠快速、高效、準(zhǔn)確地提供點、線、面要素的精密坐標(biāo)，完成森林調(diào)查與管理中各種境界線的勘測與放樣落界，成為森林資源調(diào)查與動態(tài)監(jiān)測的有力工具。GPS技術(shù)在確定林區(qū)面積、估算木材量、計算可采伐木材面積、確定原始森林道路位置、對森林火災(zāi)周邊測量和測定地區(qū)界線等方面可以發(fā)揮其的重要的作用。在森林中進(jìn)行常規(guī)測量相當(dāng)困難，而GPS*的定位、導(dǎo)航技術(shù)可以發(fā)揮它的*性，**測定森林位置和面積，繪制**的森林分布圖。GPS在林業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)不再局限于以上這些功能，它在林業(yè)應(yīng)用中的不斷深入和擴(kuò)展必將改變林業(yè)現(xiàn)狀，使林業(yè)步入現(xiàn)代化的行例，為社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供有力的保障。

1    定位系統(tǒng)（GPS）簡介

在森林、樹叢和山系中考察時，如何辨別方向，如何返回，是林業(yè)工作者面臨的實際問題。森林、樹叢中沒有定位、導(dǎo)向路標(biāo)，如何返回出發(fā)地和標(biāo)本采集地亦是難題。有許多人在科學(xué)考察中可能有過時間長短不一的迷路經(jīng)歷。定位系統(tǒng)（GPS）的出現(xiàn)，是林業(yè)工作者在野外有了新的導(dǎo)向、定位工具。GPS利用分布于外層空間的多顆衛(wèi)星為地球表面任意一點提供定位、導(dǎo)航和測繪服務(wù)。除了軍事用途外，GPS也廣泛用于民用。儀利用接到的衛(wèi)星播放的信號，經(jīng)過幾何計算來確定位置。定位系統(tǒng)播放衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星位置推算信號，前者給出系統(tǒng)中每一顆衛(wèi)星的位置和狀況，后者給出播放信號之衛(wèi)星的定位信息。儀接到信號后，根據(jù)接收信號的時間與發(fā)射初始時間之差計算出定位導(dǎo)航儀與衛(wèi)星之間的距離。當(dāng)算出與至少三顆定位衛(wèi)星之間的距離后，儀就能確定其在地球表面的空間位置。現(xiàn)在，定位系統(tǒng)接收儀的體積越來越小，象袖珍計算器的大小，重量不足400克的手持式定位系統(tǒng)定位導(dǎo)航儀的面世，給野外的定位、導(dǎo)向和測速帶來了極大的便利。使用定位系統(tǒng)能在兩分鐘內(nèi)確定工作人員所在位置的經(jīng)緯度和海拔高度。其天線亦可以分離安裝在汽車的擋風(fēng)玻璃上。民用型GPS定位儀的單機(jī)精度一般為15米，實際使用時定位精度可能更高些。目前，人們提出了幾種校正儀精度的方法，如位置差分、偽距差分、載波相位差分等。對于林業(yè)工作者而言，尤其是長期在野外工作的人員，其活動范圍常常達(dá)到數(shù)公里、數(shù)十公里，對于在野外的定向，即使誤差15米目標(biāo)物一般也已在肉眼可見范圍內(nèi)。然而，當(dāng)進(jìn)行高精度測量時，就必須利用上述方法進(jìn)行校正。

1.1 應(yīng)用功能

林業(yè)工作者在野外工作中手持儀有定位、測距、測速和導(dǎo)向等功能。

1.1.1 GPS定位功能     

在野外工作中確定位置是定向測距的**步。儀具有自動抽樣定位功能。有些型號能每10分鐘自動開機(jī)定位將數(shù)據(jù)記錄于緩沖區(qū)，然后自動關(guān)機(jī)，有的能夠連續(xù)25小時自動定位記錄信息。利用GPS的定位功能，不但可以將標(biāo)本或數(shù)據(jù)采集地點的**位置記錄下來，而且依靠其導(dǎo)向功能多少年后，即使地表景觀和標(biāo)志物改變了，亦能找到過去的標(biāo)本采集地點，并不需要借助地圖。這一優(yōu)點在大海、大湖、沙漠和林業(yè)中顯得更為重要。通過GPS可以將地理位置轉(zhuǎn)化成GIS的數(shù)據(jù)格式并輸入到GIS中，通過GIS來產(chǎn)生地圖，如過火區(qū)邊緣，交通道路，防火隔離帶都可以用GPS將其采集到GIS中。GPS可以把野外采集到的地理位置轉(zhuǎn)化成點、線、或多邊形數(shù)據(jù)。GPS與撲火隊伍和運(yùn)載配備GPS和相應(yīng)的通訊設(shè)施后，就可以將隊伍行進(jìn)的位置和路線及時傳輸?shù)街笓]部的GIS系統(tǒng)之中，GIS就可以準(zhǔn)確地定位到地圖之中。從而就可以對行動的方向、位置、到達(dá)的目標(biāo)地，及時的糾正和調(diào)整。

1.1.2 GPS測距功能     

利用輸入定位點數(shù)據(jù)，或某地點的經(jīng)緯度和海拔高度，儀能計算地球表面上任意兩點間的距離。在野外工作中，可以將出發(fā)點或工作點儲存為定位點。然后可隨時測定距這地點的距離。亦可測定任意兩個定位點間的距離。于是，解決了野外樣線調(diào)查時樣線長度的測定。樣線的長度常達(dá)數(shù)千米或數(shù)萬米，若用皮尺和記步器測定，或是無法實現(xiàn)或是誤差較大。當(dāng)我們研究野生樹種的生長區(qū)域或生長地點時，利用儀將這些地點定位并儲存后，可以研究某些樹種在某些區(qū)域的分布，以及這些樹種的生存條件如地理位置、地貌、氣候、濕度，同時也可研究該林區(qū)的整個生態(tài)系統(tǒng)的不同組成的分布。當(dāng)測定某樹種的分布區(qū)域時，只要將分布區(qū)的*寬處兩點定位，儀均能在瞬間計算出分布區(qū)域的寬度，也可通過測得的數(shù)據(jù)算出其面積。同時把不同的樹種的數(shù)據(jù)記錄并描繪成圖，就可以得到該區(qū)域內(nèi)樹種的分布圖，并可根據(jù)*新發(fā)現(xiàn)隨時更新舊圖。

1.1.3 GPS測速與導(dǎo)向     

GPS具有測定速度和方向?qū)Ш降墓δ堋Ｔ谌僳E罕至、地形復(fù)雜、地物豐富和交通不便的偏遠(yuǎn)山區(qū)，尤其原始森林、天然林中大樹遮天，面積廣闊，難辨方向，常常造成工作人員迷失方向，GPS的導(dǎo)航功能可以使人們順利的找到出發(fā)的起始地點。

2    GPS在森林調(diào)查中的應(yīng)用

在森林資源一類調(diào)查中，利用GPS的導(dǎo)航功能，輸入固定樣地的坐標(biāo)，由GPS接收機(jī)引導(dǎo)調(diào)查人員到達(dá)樣地，不僅定位速度快、精度高，而且可以將原有的明標(biāo)改成暗標(biāo)。在森林資源二類調(diào)查中，利用GPS進(jìn)行測量定位，可以快速、高效、方便地把調(diào)查的樣本單元落實到地面上進(jìn)行測量和調(diào)查。同時，儲存在GPS 接收機(jī)中的樣地坐標(biāo)及調(diào)查數(shù)據(jù)還可通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化直接形成數(shù)據(jù)庫，從而有利于數(shù)據(jù)的匯總統(tǒng)計。

2.1 GPS在森林調(diào)查及資源管理中的應(yīng)用

2.1.1 測定森林分布區(qū)域  

美國根據(jù)林區(qū)的面積和區(qū)內(nèi)樹木的密度來銷售木材，對木材面積的測量閉合差必須小于1%。在一塊用經(jīng)緯儀測量過面積的林區(qū)，采用GPS沿林區(qū)周邊及拐角處進(jìn)行了GPS定位測量并進(jìn)行偏差糾正，得到的結(jié)果與已測面積誤差為0.03%，這一實驗證明了測量人員只要利用GPS技術(shù)和相應(yīng)的軟件沿林區(qū)周邊使用直升飛機(jī)就可以對林區(qū)的面積進(jìn)行測量。過去測定所出售木材的面積要求用測定面積的各拐角和沿周邊測量兩種方法計算面積，使用GPS進(jìn)行測量時，沿周邊每點上都進(jìn)行了測量，而且測量的精度很高。

2.1.2 進(jìn)行樣地初設(shè)與復(fù)位

利用手持GPS進(jìn)行省固、局固監(jiān)測樣地初設(shè)與復(fù)位，只需輸入坐標(biāo)，不需引點引線，且位置準(zhǔn)確、效率高，復(fù)位率達(dá)99%。在我國去年黑龍江等省的國家一類清查中，采用手持GPS 進(jìn)行復(fù)位測定，取得了良好的效果，工作效率提高5～8倍，定位誤差不超過7米，其成果受到國家資源司的充分肯定。

2.1.3 利用手持GPS導(dǎo)航伐開境界線

利用手持GPS導(dǎo)航伐開境界線，如平坦地林班線的伐開和確立標(biāo)樁。以往該類工作采用角規(guī)、拉線等方法，工作強(qiáng)度大、誤差高、準(zhǔn)確度低，進(jìn)場需要反工，浪費嚴(yán)重。采用GPS后，利用其航跡紀(jì)錄和測角、測距功能，不但降低了勞動強(qiáng)度，而且準(zhǔn)確度高，落圖簡便，極大的提高了效率。

2.1.4 利用差分或測量型GPS對林區(qū)各種境界線實施**勘測、制圖和面積求算

如：各種道路網(wǎng)、局界、場界地類位置和繪制圖形并求算面積，轉(zhuǎn)繪于林業(yè)基本用圖上，達(dá)到對各種森林地類變化的動態(tài)監(jiān)測的目的，測量精度達(dá)到分米級。利用差分或測量型GPS進(jìn)行圖面區(qū)劃界線的**現(xiàn)地落界，如兩荒界、行政區(qū)界等，解決現(xiàn)地界線不清和標(biāo)志位置不準(zhǔn)的普遍存在的問題。

2.2 GPS在野生動植物資源調(diào)查中的作用

2.2.1 在動物資源調(diào)查中的作用

在野生動物資源調(diào)查中，利用GPS接收機(jī)尋找樣帶的起點，并根據(jù)輸入的樣帶終點坐標(biāo)引導(dǎo)調(diào)查人員在規(guī)定的樣帶線內(nèi)調(diào)查。由于接收機(jī)還有存儲運(yùn)動軌跡的功能，因此可以在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化時顯示調(diào)查的速度、軌跡的數(shù)據(jù)，從而對調(diào)查質(zhì)量進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督和管理。另外GPS還可用于野生動物棲息地的定位，根據(jù)棲息地的森林景觀類型權(quán)數(shù)推算總體種群數(shù)量。

2.2.2 在植物資源調(diào)查中的作用

在野生植物資源調(diào)查中利用GPS進(jìn)行生物密度分析，初設(shè)及復(fù)位樣地對植物的多度和頻度進(jìn)行調(diào)查。GPS定位可以對古樹名木及稀*植物進(jìn)行研究和保護(hù)。

3    GPS 在林業(yè)作業(yè)中的應(yīng)用

3.1 GPS在林業(yè)生產(chǎn)和規(guī)劃中的應(yīng)用

3.1.1 在工程測量中的應(yīng)用

GPS可以克服山高林密、交通和透視條件差或常規(guī)測量困難及精度不高等林業(yè)工程測量的不足，可以快速、高效地實現(xiàn)森林資源勘察、地形測量、林區(qū)公路勘測等。

3.1.2 GPS在伐區(qū)調(diào)查設(shè)計中的應(yīng)用

采伐林地一般是地形陡峭、樹高郁閉、灌木叢生，常規(guī)伐區(qū)調(diào)查難度大或精度不高，采用GPS 接收機(jī)進(jìn)行伐區(qū)調(diào)查設(shè)計，可以克服因植被阻擋和坡度造成的通視困難，隨調(diào)查人員的運(yùn)動實時記錄下伐區(qū)邊界坐標(biāo)及運(yùn)動軌跡，與計算機(jī)接口后方便地進(jìn)行標(biāo)圖并求出伐區(qū)面積。

3.1.3 在林業(yè)專題圖制作中的應(yīng)用

GPS可用于在森林調(diào)查樣點和生長預(yù)估，觀測樣點的導(dǎo)航定位，可用于林區(qū)公路、涵洞和各種物標(biāo)的測量，可用于種群分布、數(shù)量和野生動物遷移區(qū)的確定。GPS在測量學(xué)上帶來的變革，改變了傳統(tǒng)林業(yè)專題圖在制作上的手工繪制成圖慢、精度低、投入高的缺點。GPS配合地理信息系統(tǒng)可以滿足多種專題圖制作的要求，并實現(xiàn)出圖的準(zhǔn)確、高效和自動化。

3.2 GPS在造林中的應(yīng)用

3.2.1 GPS在飛播造成林中的應(yīng)用     

在沒有采用GPS之前，飛行員很難對已播和未播林地進(jìn)行判斷，經(jīng)常會出現(xiàn)重播和漏播的情況，飛播效率很低。采用GPS后，利用其航跡記錄功能，飛行員可以輕松了解上次播種的路線，從而有效避免了漏播和重播。此外，利用航線設(shè)定功能，飛行員可以在地面對飛行距離和航線進(jìn)行設(shè)定，在飛行中按照預(yù)先設(shè)定好的航線工作，極大降的降低了作業(yè)難度。                   

3.2.2 GPS在造林分類、清查中的應(yīng)用

利用GPS 的航跡記錄和求面積功能，林業(yè)工作人員很容易對物種林的分布和大小進(jìn)行紀(jì)錄整理，同時了解采伐和更新的比例，對各林業(yè)類型進(jìn)行標(biāo)注，方便了林業(yè)的管理。在我國黑龍江和吉林、內(nèi)蒙等省區(qū)的分類經(jīng)營、造林普查、資源調(diào)查中，已經(jīng)開始大量采用GPS技術(shù)，取得了很好的效果，不但節(jié)省了大量的人力、物力和資金，而且極大的提高了工作效率。實踐證明，采用GPS可以取代傳統(tǒng)的角規(guī)加皮尺的落后測量手段，并取得極大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 GPS在森林資源評估中應(yīng)用

在進(jìn)行森林資產(chǎn)評估時，可以用GPS接收機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)**地測定各林種、各不同年齡林分的面積，水資源、農(nóng)田、荒山、宜林地等面積，從而避免評估中的主觀隨意性，提高森林資產(chǎn)評估的準(zhǔn)確性、公正性和科學(xué)性。

4    GPS在森林保護(hù)中的作用

4.1 GPS在森林防火中的應(yīng)用                                        

4.1.1 GPS在林火信息管理中的應(yīng)用

GPS和地理信息系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感技術(shù)相結(jié)合，可以建立高效、實時、實用的林火信息管理系統(tǒng)，一旦發(fā)生森林火災(zāi)，只需輸入利用遙感技術(shù)獲得的火點坐標(biāo)，系統(tǒng)即可自動選定*佳的行進(jìn)線路，利用GPS接收機(jī)對撲火隊進(jìn)行實時的導(dǎo)向和定位，從而及時、準(zhǔn)確到達(dá)火場，組織撲救工作。另外，GPS還可以簡單**地測定受災(zāi)林地面積，估計森林火災(zāi)的損失，并輸出森林火災(zāi)受害圖、火險等級圖等，對森林防火有重要的意義。

4.1.2 森林防火中GPS的技術(shù)應(yīng)用

利用實時差分GPS技術(shù)，美國與加里弗尼亞的噴氣推進(jìn)器實驗室共同制定了“FRIREFLY”計劃。它是在飛機(jī)的環(huán)動儀上安裝熱紅外系統(tǒng)和GPS接收機(jī)，使用這些機(jī)載設(shè)備來確定火災(zāi)位置，并迅速向地面站報告。另一計劃是使用直升飛機(jī)、無人機(jī)或輕型固定翼飛機(jī)沿火災(zāi)周邊飛行并記錄位置數(shù)據(jù)，在飛機(jī)降落后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并把火災(zāi)的周邊繪成圖形，以便進(jìn)一步采取消除森林火災(zāi)的措施。采用手持GPS進(jìn)行火場定位、火場布兵、火場測面積、火災(zāi)損失估算，**度高、安全性強(qiáng)，能夠?qū)崟r、快速、準(zhǔn)確地測定火險位置和范圍，為防火指揮部門提供決策依據(jù)，已為國內(nèi)外防火機(jī)構(gòu)廣泛采用。

4.2 GPS在森林病蟲害的監(jiān)測與防治中的應(yīng)用

4.2.1 病蟲害的監(jiān)測

利用GPS對蟲害和病害進(jìn)行跟蹤調(diào)查，了解病蟲害的發(fā)生位置，發(fā)展程度及分布狀況，從而正確作出判斷及時進(jìn)行防治。

4.2.2 在病蟲害防治和農(nóng)藥噴灑中的應(yīng)用

飛機(jī)屬于高速飛行的動態(tài)用戶，在飛機(jī)上加裝GPS，不僅可使其在范圍內(nèi)獲得連續(xù)實時的導(dǎo)航能力，而且還能夠得到高精度的三維定位和速度信息，這對于飛機(jī)的升空、著陸、飛行方向及速度的確定，空中準(zhǔn)確投擲及空中交通管制有重要的意義。

5    GPS在林業(yè)其他方面的應(yīng)用

5.1 GPS在森林旅游及探險中的應(yīng)用

森林旅游多在人跡罕至、地形復(fù)雜、地物豐富和交通不便的偏遠(yuǎn)山區(qū)，尤其原始森林、天然林中大樹遮天，面積廣闊，難辨方向，常常造成游人的失蹤和消亡。GPS 接收機(jī)已被徒步山林旅行、森林荒漠探險、森林草地的人們視為“**符”。同時利用安裝在旅游車上的GPS ，實時獲得汽車位置、運(yùn)行速度和方向，加上“風(fēng)景導(dǎo)航”系統(tǒng)，便可隨時計算出旅游車的位置，并向系統(tǒng)查詢景區(qū)信息，指示*近的景區(qū)特色，解說資料及行走方向，也可自由選擇想去的景區(qū)并由車上的GPS自動選擇*佳的行走路線。

5.2 GPS在林業(yè)科學(xué)研究中的應(yīng)用

由于森林資源的具體特點，使林業(yè)科研需要借助于大量的資源數(shù)據(jù)才能進(jìn)行動態(tài)預(yù)測和科學(xué)經(jīng)營。GPS是森林資源信息和數(shù)據(jù)的重要捕捉手段，經(jīng)過簡單的數(shù)據(jù)和信息轉(zhuǎn)化成為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫和圖形庫。在林業(yè)地理信息系統(tǒng)的開發(fā)研究中，GPS不僅是屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的重要來源，而且可以改善GPS數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和數(shù)據(jù)更新效率，加速地理信息系統(tǒng)在生產(chǎn)實際中的推廣應(yīng)用。

總結(jié)：在森林資源調(diào)查工作中應(yīng)用GPS技術(shù)，可直接按坐標(biāo)確定樣地位置，解決了小比例尺地形圖找明顯地形地物為引點的難題，克服了地形圖本身有誤差、傳統(tǒng)的羅盤儀引線測量引起誤差以及其它因素造成樣地定位不準(zhǔn)的問題。實踐證明，GPS定位精度高于羅盤儀引線定位。　　

GPS*的導(dǎo)航、定位功能不僅提高了地面樣地定位精度，而且大大減少了野外作業(yè)時間和工作量，節(jié)省了時間，提高了工作效率，為林業(yè)工作的更深入開展提供了方便，使林業(yè)由傳統(tǒng)林業(yè)向現(xiàn)代林業(yè)和數(shù)字林業(yè)的轉(zhuǎn)變邁進(jìn)了一步。因此，在林業(yè)工作中推廣應(yīng)用GPS技術(shù)是非常重要的。