摘要

社會經濟的高速發展，森林資源的開發和保護需要緊緊跟上經濟發展的步伐，及時掌握資源動態變化，正確作出決策就顯得尤為重要。

GPS技術這一全新的現代定位方法已經全面取代光學和電子儀器，它與現代通迅和計算機技術相結合，使用測定三維坐標的方法，將測量定位技術擴展到海洋和外層空間，同時從定點擴展到區域，從表態擴展到動態，精度達到毫米級，從而大大拓寬應用范圍，在地球物理學、氣象、海洋、交通等領域獲得廣泛應用。

GPS系統是一個高精度，全天候和全球性的無線電導航、定位和定時的多功能系統。隨著它應用的不斷深入，它已經發展成為多領域、多模式、多用途、多機型的國際性的高新技術產業。

GPS技術的普遍應用必將促進林業工作向著精確、高效、現代化的方向發展。是今后林業部門作業中必不可少的工具，如廣泛使用一定會取得巨大的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：GPS定位導航測算快速高效準確

前言

將GPS這一先進的測量技術應用在林業工作中,能夠快速、高效、準確地提供點、線、面要素的精密坐標,完成森林調查與管理中各種境界線的勘測與放樣落界,成為森林資源調查與動態監測的有力工具.GPS技術在確定林區面積,估算木材量,計算可采伐木材面積,確定原始森林,道路位置,對森林火災周邊測量和測定地區界線等方面可以發揮其獨特的重要的作用。在森林中進行常規測量相當困難,而GPS優越的定位、導航技術可以發揮它的優越性,精確測定森林位置和面積,繪制精確的森林分布圖。

GPS在林業中的應用已經不再局限于以上這些功能，它在林業應用中的不斷深入和擴展必將改變林業現狀，使林業步入現代化的行例，為社會和經濟的發展提供有力的保障。

1.全球定位系統(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，是林業工作者面臨的實際問題。森林、樹叢中沒有定位、導向路標，如何返回出發地和標本采集地亦是難題。有許多人在科學考察中可能有過時間長短不一的迷路經歷。全球定位系統(GPS)的出現，是林業工作者在野外有了新的導向、定位工具。

GPS利用分布于外層空間的多顆衛星為地球表面任意一點提供定位、導航和測繪服務。除了軍事用途外，GPS也廣泛用于民用。GPS定位導航儀利用接到的衛星播放的信號，經過幾何計算來確定位置。全球定位系統播放衛星星歷和衛星位置推算信號，前者給出系統中每一顆衛星的位置和狀況，后者給出播放信號之衛星的定位信息。GPS定位導航儀接到信號后，根據接收信號的時間與發射初始時間之差計算出定位導航儀與衛星之間的距離。當算出與至少三顆定位衛星之間的距離后，GPS定位導航儀就能確定其在地球表面的空間位置。

現在，全球定位系統接收儀的體積越來越小，象袖珍計算器的大小，重量不足400克的手持式全球定位系統定位導航儀的面世，給野外的定位、導向和測速帶來了極大的便利。使用全球定位系統能在兩分鐘內確定工作人員所在位置的經緯度和海拔高度。其天線亦可以分離安裝在汽車的擋風玻璃上。

民用型GPS定位儀的單機精度一般為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GPS定位導航儀精度的方法，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，其活動范圍常常達到數公里、數十公里，對于在野外的定向，即使誤差15米目標物一般也已在肉眼可見范圍內。然而，當進行高精度測量時，就必須利用上述方法進行校正。

1.1應用功能

林業工作者在野外工作中手持GPS定位導航儀有定位、測距、測速和導向等

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第一步。GPS定位導航儀具有自動抽樣定位功能。有些型號能每10分鐘自動開機定位將數據記錄于緩沖區，然后自動關機，有的能夠連續25小時自動定位記錄信息。利用GPS的定位功能，不但可以將標本或數據采集地點的精確位置記錄下來，而且依靠其導向功能多少年后，即使地表景觀和標志物改變了，亦能找到過去的標本采集地點，并不需要借助地圖。這一優點在大海、大湖、沙漠和林業中顯得更為重要。

通過GPS可以將地理位置轉化成GIS的數據格式并輸入到GIS中，通過GIS來產生地圖，如過火區邊緣，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化成點，線，或多邊形數據。GPS與撲火隊伍和運載配備GPS和相應的通訊設施后，就可以將隊伍行進的位置和路線及時傳輸到指揮部的GIS系統之中，GIS就可以準確地定位到地圖之中。從而就可以對行動的方向，位置，到達的目標地，及時的糾正和調整。

1.1.2 GPS測距功能

利用輸入定位點數據，或某地點的經緯度和海拔高度，GPS定位導航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，解決了野外樣線調查時樣線長度的測定。樣線的長度常達數千米或數萬米。若用皮尺和記步器測定，或是無法實現或是誤差較大。當我們研究野生樹種的生長區域或生長地點時，利用GPS定位導航儀將這些地點定位并儲存后，可以研究某些樹種在某些區域的分布，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的整個生態系統的不同組成的分布。當測定某樹種的分布區域時，只要將分布區的最寬處兩點定位。GPS定位導航儀均能在瞬間計算出分布區域的寬度，也可通過測得的數據算出其面積。同時把不同的樹種的數據記錄并描繪成圖，就可以得到該區域內樹種的分布圖，并可根據最新發現隨時更新舊圖。

1.1.3 GPS測速與導向

GPS具有測定速度和方向導航的功能。在人跡罕至,地形復雜,地物豐富和交通不便的偏遠山區,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的導航功能可以使人們順利的找到出發的起始地點。

2.GPS在森林調查中的應用

在森林資源清查中的應用。在森林資源一類調查中,利用GPS的導航功能,輸入固定樣地的坐標,有GPS接收機引導調查人員到達樣地,不僅定位速度快,精度高,而且可以將原有的明標改成暗標。在森林資源二類調查中,利用GPS進行測量定位,可以快速,高效,方便地把調查的樣本單元落實到地面上進行測量和調查。同時,儲存在GPS接收機中的樣地坐標及調查數據還可通過數據轉化直接形成數據庫,從而有利于數據的匯總統計。

2.1 GPS在森林調查及資源管理中的應用

2.1.1測定森林分布區域

測定森林分布區域.美國林業局是根據林區的面積和區內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%.在一塊用經緯儀測量過面積的林區,采用GPS沿林區周邊及拐角處進行了GPS定位測量并進行偏差糾正,得到的結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技術和相應的軟件沿林區周邊使用直升飛機就可以對林區的面積進行測量。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進行測量時,沿周邊每點上都進行了測量,而且測量的精度很高。

2.1.2進行樣地初設與復位

利用手持GPS進行省固,局固監測樣地初設與復位,只需輸入坐標,不需引點引線,且位置準確,效率高,復位率達100%。在我國去年黑龍江等省的國家一類清查中,采用手持GPS進行復位測定,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,其成果受到國家林業局資源司的充分肯定。

2.1.3利用手持GPS導航伐開境界線

利用手持GPS導航伐開境界線,如平坦地林班線的伐開和確立標樁。以往該類工作采用角規,拉線等方法,工作強度大,誤差高,準確度低,進場需要反工,浪費嚴重.采用GPS后,利用其航跡紀錄和測角,測距功能,不但降低了勞動強度,而且準確度高,落圖簡便,極大的提高了效率。

2.1.4利用差分或測量GPS對林區各種境界線實施精確勘測,制圖和面積求算。

利用差分或測量GPS對林區各種境界線實施精確勘測,制圖和面積求算。如：各種道路網,局界,場界地類位置和繪制圖形并求算面積,轉繪于林業基本用圖上,達到對各種森林地類變化的動態監測的目的,測量精度達到分米級。

利用差分或測量型GPS進行圖面區劃界線的精確現地落界,如兩荒界,行政區界等.解決現地界線不清和標志位置不準的普遍存在的問題。

2.2 GPS在野生動植物資源調查中的作用

2.2.1在動物資源調查中的作用

在野生動物資源調查中,利用GPS接收機尋找樣帶的起點,并根據輸入的樣帶終點坐標引導調查人員在規定的樣帶線內調查。

由于接收機還有存儲運動軌跡的功能,因此可以在數據轉化時顯示調查的速度,軌跡的數據,從而對調查質量進行質量監督和管理。另外GPS還可用于野生動物棲息地的定位,根據棲息地的森林景觀類型權數推算總體種群數量。

2.2.2在植物資源調查中的作用

在野生植物資源調查中利用GPS進行生物密度分析，初設及復位樣地對植物的多度和頻度進行調查。GPS定位可以對古樹名木及稀特有植物進行研究和保護。

3.GPS在林業作業中的應用

3.1 GPS在林業生產和規劃中的應用

3.1.1在工程測量中和應用

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

3.1.2 GPS在伐區調查設計中的應用.

采伐林地一般是地形陡峭,樹高郁閉,灌木叢生,常規伐區調查難度大或精度不高,采用GPS接收機進行伐區調查設計可以克服因植被阻擋和坡度造成的通視困難,隨調查人員的運動實時記錄下伐區邊界坐標及運動軌跡,與計算機接口后方便地進行標圖并求出伐區面積。

3.1.3在林業專題圖制作中的應用

GPS可用于在森林調查樣點和生長預估，觀測樣點的導航定位,可用于林區公路,涵洞和各種物標的測量,可用于種群分布,數量和野生動物遷移區的確定,GPS在測量學上帶來的變革,徹底改變了傳統林業專題圖在制作上的手工繪制,成圖慢,精度低,投入高的確點,GPS配合地理信息系統可以滿足多種專題圖制作的要求,并實現出圖的準確,高效和自動化。

3.2 GPS在造林中的應用

3.2.1 GPS在飛播造成林中的應用

在沒有采用GPS之前，飛行員很難對已播和未播林地進行判斷，經常會出現重播和漏播的情況，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，利用航線設定功能，飛行員可以在地面對飛行距離和航線進行設定，在飛行中按照預先設定好的航線工作，極大降的降低了作業難度。

3.2.2 GPS在造林分類，清查中的應用

利用GPS的航跡記錄和求面積功能,林業工作人員很容易對物種林的分布和大小進行紀錄整理,同時了解采伐和更新的比例,對各林業類型進行標注,方便了林業的管理.在我國黑龍江和吉林,內蒙等省份的分類經營,造林普查,資源調查中,已經開始大量采用GPS技術,取得了很好的效果,不但節省了大量的人力,物力和資金,而且極大的提高了工作效率。實踐證明,采用GPS完全可以取代傳統的角規加皮尺的落后測量手段,并取得極大的經濟效益。

3.3 GPS在森林資源評估中應用

在進行森林資產評估時,可以用GPS接收機和數據處理軟件系統精確地測定各林種,各不同年齡林分的面積,水資源,農田,荒山,宜林地等面積,從而避免評估中的主觀隨意性,提高森林資產評估的準確性,公正性和科學性。

4.GPS在森林保護中的作用

4.1 GPS在森林防火中的應用4.1.1 GPS在林火信息管理中的應用

GPS和地理信息系統,衛星遙感技術相結合,可以建立高效,實時,實用的林火信息管理系統,一旦發生森林火災,只需輸入利用遙感技術獲得的火點坐標,系統即可自動選定最佳的行進線路,利用GPS接收機對撲火隊進行實時的導向和定位,從而及時,準確到達火場,組織撲救工作。另外,GPS還可以簡單精確地測定受災林地面積,估計森林火災的損失,.并輸出森林火災受害圖,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的技術應用

利用實時差分GPS技術,美國林業局與加里弗尼亞的噴氣推進器實驗室共同制定了"FRIREFLY"計劃。它是在飛機的環動儀上安裝熱紅外系統和GPS接收機,使用這些機載設備來確定火災位置,并迅速向地面站報告。另一計劃是使用直升飛機,無人機或輕型固定翼飛機沿火災周邊飛行并記錄位置數據,在飛機降落后對數據進行處理并把火災的周邊繪成圖形,以便進一步采取消除森林火災的措施。

采用手持GPS進行火場定位,火場布兵,火場測面積,火災損失估算,精確度高,安全性強,能夠實時,快速,準確地測定火險位置和范圍,為防火指揮部門提供決策依據,已為國內外防火機構廣泛采用。

4.2 GPS在森林病蟲害的監測與防治的應用

4.2.1病蟲害的監測

利用GPS對蟲害和病害進行跟蹤調查，了解病蟲害的發生位置，發展程度及分布狀況從而正確作出判斷及時進行防治。

4.2.2病蟲害防治(農藥噴灑)

農藥噴灑中的應用.飛機屬于高速飛行的動態用戶,在飛機上加裝GPS,不僅可使其在全球范圍內獲得連續實時的導航能力,而且還能夠得到高精度的三維定位和速度信息,這對于飛機的升空,著陸,飛行方向及速度的確定,空中準確投擲及空中交通管制有重要的意義。

5.GPS在林業其他方面的應用

5.1 GPS在森林旅游及探險中的應用

森林旅游多在人跡罕至,地形復雜,地物豐富和交通不便的偏遠山區,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接收機已被徒步山林旅行,森林荒漠探險,森林草地狩獵的人們視為"護身符"。同時利用安裝在旅游車上的GPS,實時獲得汽車位置,運行速度和方向,加上"風景導航"系統,便可隨時計算出旅游車的位置,并向系統查詢景區信息,指示最近的景區特色,解說資料及行走方向,也可自由選擇想去的景區并由車上的GPS自動選擇最佳的行走路線。

5.2 GPS在林業科學研究中的應用

由于森林資源的具體特點,使林業科研需要借助于大量的資源數據才能進行動態預測和科學經營。GPS是森林資源信息和數據的重要捕捉手段,經過簡單的數據和信息轉化成為基礎的數據庫和圖形庫.在林業地理信息系統的開發研究中,GPS不僅是屬性數據和空間數據的重要來源,而且可以改善GPS數據的準確度和數據更新效率,加速地理信息系統在生產實際中的推廣應用。

總結：在森林資源調查工作中應用GPS技術，可直接按坐標確定樣地位置，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的問題。實踐證明，GPS定位精度高于羅盤儀引線定位。

GPS優越的導航、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時間和工作量，節省了時間，提高了工作效率，為林業工作的更深入開展提供了方便，使林業由傳統林業向現代林業和數字林業的轉變邁進了一步。因此，在林業工作中推廣應用GPS技術是非常重要的。

參考文獻：1.《測量學》中國林業出版社出版主編：李秀江

2.《森林資源動態監測與林業部調查實用技術手冊》

寧夏大地音像出版社2005年出版編號：11241 3.《GPS在林業中的應用》作者：賈建剛