马 敏

（山西省大同市林业调查规划院， 山西 大同 037044）

我国从20世纪50年代起开始组建森林资源调查队伍，于1978年在全国范围内建立了25万个固定样点的森林资源连续清查体系（以下简称“连清”）。它改变了以往调查结果的独立性，增强了前后期调查结果的连续性和可比性，能够准确获得森林资源现状及消长变化的动态信息，为宏观监测全国森林资源变化规律起到了保证作用。近年来，随着以电子计算机为中心的“3S（即地理信息系统、集成现代遥感系统和全球卫星定位系统）”技术及网络技术的迅速发展，其技术手段在“连清”领域得到了不断引进和推广应用，尤其是GPS全球定位技术率先得到国家认可。它利用地球通讯卫星发射的信息进行空对空或空对地的导航定位，以全天候、高精度、自动化、高效益的显著特点，迅速、准确地提供地面或者空中目标的位置坐标，有助于实现外业样点快速、精确的辅助定位。

1 “连清”工作的重要意义

森林资源连续清查是以省（区、市）为总体，按系统抽样原则，在地面设置固定样地，每隔5年对各类森林资源分布情况和森林质量等因子进行调查和核查，及时掌握森林资源状况，了解其消长变化动态，

预测其能产生的生态效益。其目的在于为国家、地区及森林经营单位制定林业方针政策，为编制林业区划、规划、计划和指导林业生产提供基础资源数据，

为实现森林资源合理经营、永续利用及可持续发展提供科学依据，为充分发挥森林生态效益、经济效益和社会效益进行服务。其主要任务是，用先进的科学方法和技术手段，查清森林资源数量、质量及其消长变化状况、变化规律，客观反映森林生长的自然、经济、社会条件，从而进行综合分析和评价，全面准确地提供所需森林资源清查成果资料。截止目前，我国已连续进行清查7次，实践证明，该项工作是实现森林经营管理现代化的重要措施。

2 在“连清”工作中应用GPS的目的

2.1 关于GPS系统

GPS是卫星全球定位与导航系统的英文简称，它主要由三大部分组成：空间星座部分、地面监控部分和用户设备。其工作原理及特点，主要是通过分布在过地心的六个极地轨道面上的24颗通讯卫星提供全天候的、连续的、实时的地理信息。用户接收机根据接收到的卫星信息，实时计算出所处的三维位置，从而达到精确定位和导航的目的。

2.2 应用GPS的目的

大同市地形地貌复杂多样，而且荒漠化、沙化程度较为严重且面积分布广。一方面，由于在荒漠沙区地带及平原人工林地区中经常受到自然和人为活动的影响，地貌变化无常，缺少明显地物标，加之所使用的地形图陈旧等原因，野外固定样地定位难度非常大。另一方面，由于在地形复杂、人烟稀少的中低山区，图上永久性的明显地物标少，选择引点困难，即使找到了明显地物标，引线距离往往是好几百米，测量工作量大且非常困难。若采用GPS辅助定位，可在样地附近选择图上没有而现地有的永久性明显地物标作引点，用公式计算引线方位和距离，有利于提高样地定位精确度。再者，利用坐标回采得到的样地西南角或其他角的坐标值，用GPS导航寻找复位样地，有利于提高样地复位率。

3 GPS在“连清”工作中的应用

3.1 GPS坐标系的转换设置

GPS卫星星历是以WGS-84坐标系（世界大地坐标系）为根据而建立的，我国目前“连清”使用的是BJ-54坐标系（参心坐标系）的1∶5万地形图。由于不同坐标系之间存在着纵横坐标差值即为其纵横方向上的平移量（WGS-84坐标系与BJ-54坐标系之间的误差约为8 m～120 m），因此外业调查应用GPS进行绝对定位必须进行坐标转换，经转换后的GPS绝对定位精度可提高到5 m～10 m。多年来，经过山西省林业调查规划院技术人员反复测量、精确计算、实地验证，山西省WGS-84坐标系转换为BJ-54坐标系，采用统一的坐标转换参数值。

（1）GPS手持机坐标格式设定为“UserGrid”（用户自定义公里网形式）：

DF（椭球扁差率）：0.00000050

（2）坐标系统设置为“User”（用户自定义坐标系统）：LONGITUDE ORIGIN（当地所在的六度带中央子午线经度）：东经 E111°00.000′

3.2 GPS应用的主要内容

3.2.1 地面固定样地的辅助定位

在“连清”外业调查中， 如果发现地形图上难以找到明显地物点时，可以在疑似地面固定样地位置附近找明显的、较为永久的地物点作为引点，用GPS测出其纵横坐标值。再根据引点和样地西南角的坐标计算出引线的方位和距离，然后确定样地的位置。计算办法为：

设：样地纵坐标为x，横坐标为y；

引点GPS纵坐标为X，横坐标为Y；

则：a=│X-x│ b=│Y-y│

引点到样地的距离：1=√a2·b2

并设：α =Arctg（b/a）

则引点到样地的坐标方位角（以样地为原点）：

第Ⅰ象限为180+α；第Ⅱ象限为360-α；

第Ⅲ象限为α；第Ⅳ象限为180-α。

3.2.2 协助查找复位地面固定样地

改变以往传统打引线找样地的方法，利用GPS导航功能协助查找样地。首先将地面固定样地的理论坐标输入GPS手持机，然后按其导航的路线，快速准确地到达固定样地位置及位置附近。由于地面固定样地理论坐标的单位是公里，而GPS手持机要求的单位是m，因此在输入坐标值时后面要再增加3个“0”进行转换；还有一点要记住，就是在输入横坐标时不能输入前2位数。

3.2.3 测定地面固定样地西南角点的纵横坐标

利用GPS定位找到地面固定样地的西南角点，确认以后再将打开的GPS手持机静置于角点之上，经过5 min以后GPS稳定了再读取并记载其坐标值，再将该点坐标值存入GPS手持机。注意在纸质卡片记录其坐标值时，要将GPS手持机横坐标值第一位“0”改为“19”。

3.2.4 坐标回采，验证地面固定样地的位置

为了便于分析和下次复位需要，所有固定样地的引点位置、中心桩或西南桩位置均用GPS定位，并记录相应坐标值（即样地位置坐标回采）。与该样地的理论坐标进行比较，检验样地定位的准确性。若误差在技术规程规定的范围内，仍然用GPS实测样地中心位置或西南桩位置的实际坐标值并在栏卡片中备注说明，否则样地要重新引点和改设。

3.2.5 记录工作路线的航迹

GPS具有航迹显示、航点存储功能，可以把野外调查人员开展工作的活动路线，以及到达的航点都记录在GPS内，为下期样地复位提供有效途径。同时还可以检验野外调查人员是否真正到达样地，有助于检验样地复位的真实性，提高“连清”质量。由于目前使用的GPS手持机能够保存的航迹有限，大约只有10条，远远达不到工作的需要，因此必须配套使用MapSource（航迹导出）系统软件，及时进行航迹的导入导出，以便存储全部航迹。

3.2.6 遥感判读的实地验证

对于采用遥感技术进行判读样地时，可将实地验证判读样点的理论坐标输入GPS，再到现地找到遥感判读点进行实地调查。将调查结果再与遥感判读结果比较，从而计算出遥感判读的正判率，保证“连清”工作中采用遥感判读反映森林资源消长变化状况的真实性，避免误差过大。

4 GPS在未来“连清”工作中的发展趋势

利用GPS在“连清”工作中进行定位和导航，节省人力物力，效率高、速度快、精度高、误差小，既提高了野外工作效率，又利于样地复位。但随着科学技术的发展和林业调查内容的增加，需要从GPS适用性、精确度及多效益等方面开展更多的实验研究和理论性总结，使GPS在未来“连清”工作中得到更广泛和更深入的应用。

4.1 不断增强GPS系统的完好性

近年来，随着无线通信技术的发展，各国对实时差分定位（PTD）、实时动态定位（PTK）、广域差分GPS和星站差分等差分技术展开深入研究。并结合利用GPS测量技术和数据传输技术功能，致力于全面改善GPS全球定位系统的生命力、精确度、可用性和灵活性，实时地计算并显示用户三维坐标和精度，保证GPS辅助定位的精确性。

4.2 不断升级GPS用户端设备

目前从接收机的结构来看，随着VLSI（超大规模集成电路）和DSP技术的发展，单通道序贯式、时分多路复用式接收机早已被采用DSP模块的并行多通道接收机所代替，所能达到的通道数和等效相关器数不断增加，集成度更高的内嵌MPU/MCU的GPS基带处理器芯片成为主流，将射频和处理集成在一起的单芯片接收机产品也已经问世，可以解决GPS在中低山区沟谷、密林中信号较差、误差过大的困挠，能够较准确地定位。

4.3 利用PDA技术与GPS技术相结合，实现数据自动采集

当前，我国的一些省市已开始利用PDA结合GPS进行清查数据采集工作，其原理是在现代PDA上构建小型嵌入式地理信息系统（GIS）、集成现代遥感（RS）、全球卫星定位（GPS）和现代通信等高新技术，利用PDA拥有的良好的图形用户界面和编程接口。在“连清”实地调查中把所需调查数据快速准确地进行记录，实现了无纸化和“快速定位准确录入”一体化的外业调查作业流程。这样，就大大提高了外业调查精度，保证了“连清”工作质量。

4.4 单一化的系统向综合服务系统方向发展

随着卫星定位技术在诸多领域的推广应用，在一个城市、一个地区、一个国家建立由若干个基准站为基础组成的综合服务系统，已成为城市规划、建设、管理所必须的基础设施。如北京市已经建立的卫星定位综合服务系统共有21个地面站，为北京市规划局、地震局、气象局、测绘院、水利局、农业局、园林绿化局、交通局等十余个单位服务，实现了一网多用。这样，既可以节省投资，又能实现信息共享。目前，这种综合服务系统已在全国许多城市铺开，山西也在筹划之中。

[1]阎生义.森林资源连续清查中应用GPS辅助定位的探讨[J].西北华北林业调查规划.2002，1.

[2]王六如.森林资源普查工作中的卫星定位技术发展与展望[J].中国林业.2007，9A.

[3]姜 明.森林资源连续清查中应用GPS的探讨[J].重庆林业科技.2003，2.