楊英自

摘 要：簡(jiǎn)述全球定位系統(tǒng)（GPS）的概念和定位原理，介紹GPS技術(shù)及與其他技術(shù)相結(jié)合在延平林業(yè)工作中的應(yīng)用情況，分析GPS的限制與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)后的新契機(jī)，旨在促進(jìn)林業(yè)工作朝數(shù)字化、信息化、現(xiàn)代化的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；林業(yè)工作；應(yīng)用；延平區(qū)

中圖分類號(hào) F326.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2013）05-93-03

1 GPS概念和定位原理

全球定位系統(tǒng)（Geographic Positioning System），通常以縮寫GPS來代替，GPS是以人造衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，可為航空、航天、海洋、陸地等用戶提供高精度、實(shí)時(shí)、全天候、全球性三維坐標(biāo)的導(dǎo)航、定位、定時(shí)服務(wù)[1]。GPS定位導(dǎo)航儀利用接到的衛(wèi)星播放的信號(hào)，經(jīng)過幾何計(jì)算確定位置。全球定位系統(tǒng)播放衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星位置推算信號(hào)，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(hào)之衛(wèi)星的定位信息。GPS定位導(dǎo)航儀接到信號(hào)后，根據(jù)接收信號(hào)的時(shí)間與發(fā)射初始時(shí)間之差計(jì)算出定位導(dǎo)航儀與衛(wèi)星之間的距離。當(dāng)算出與至少3顆定位衛(wèi)星之間的距離后，GPS定位導(dǎo)航儀就能確定其在地球表面的空間位置。

2 GPS技術(shù)在延平區(qū)林業(yè)工作中的應(yīng)用

GPS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(diǎn)、線、面要素的精密坐標(biāo)。延平區(qū)林業(yè)部門及相關(guān)所屬單位近年來均配置GPS設(shè)備，2000年以來應(yīng)用GPS技術(shù)先后完成了全區(qū)的固定樣地定位、伐區(qū)邊界定位、野生動(dòng)植物資源調(diào)查等，調(diào)查結(jié)果經(jīng)省、市質(zhì)量檢查組驗(yàn)收均達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量要求[2]。同時(shí)還將GPS技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于森林資源管理、“三防”一體化信息建設(shè)、林業(yè)司法鑒定等多個(gè)方面。

2.1 GPS在森林資源監(jiān)測(cè)樣地定位中的應(yīng)用 森林資源監(jiān)測(cè)常采取樣地調(diào)查的方法，樣地定位是一項(xiàng)重要工作，而在我國(guó)森林資源調(diào)查中，固定樣地的定位與復(fù)位測(cè)量是采用地形圖引線定位和直接搜尋樣地的方法，此法費(fèi)工費(fèi)時(shí)而且精度較低。GPS技術(shù)的快速動(dòng)態(tài)定位特性為上述工作提供了有力的技術(shù)支持[3]。在2012年度延平區(qū)森林增長(zhǎng)指標(biāo)年度考核調(diào)查中，“集思寶MG711”GPS在樣地定位中得到廣泛應(yīng)用。其具體應(yīng)用方法是：調(diào)查人員以下車步行點(diǎn)作為導(dǎo)航起始點(diǎn)，輸入樣地西南角點(diǎn)坐標(biāo)開始導(dǎo)航，通過導(dǎo)航界面按方向?qū)Ш?，也可通過地圖方位來輔助導(dǎo)航。從導(dǎo)航開始同時(shí)記錄航跡線，選擇界面“GIS采集”，選擇“采集線”，把采集界面“名稱”修改為真實(shí)測(cè)量的地物名稱，按“開始”鍵，記錄軌跡后，便按“返回鍵”進(jìn)行導(dǎo)航找樣地點(diǎn)的操作，找到樣地西南角點(diǎn)后，重新進(jìn)入“采集線”這個(gè)界面，按“保存”鍵，把此段航跡保存。導(dǎo)航至樣地西南角點(diǎn)時(shí)，用GPS重新定位，并記錄GPS經(jīng)緯度和橫縱坐標(biāo)。應(yīng)用GPS相機(jī)對(duì)樣地進(jìn)行拍照，GPS自動(dòng)記錄拍照地點(diǎn)的坐標(biāo)，為樣地提供豐富的圖像資料。下次調(diào)查時(shí)利用GPS采集的航跡和圖像能輕松實(shí)現(xiàn)樣地復(fù)位。

2.2 GPS在伐區(qū)調(diào)查設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 延平區(qū)自2007年開展林木采伐管理制度改革試點(diǎn)以來，人工用材林實(shí)行按小班面積控制采伐，皆伐山場(chǎng)以伐區(qū)調(diào)查設(shè)計(jì)中核定的四至為驗(yàn)收依據(jù)。因此做好伐區(qū)四至邊界木標(biāo)記成為伐區(qū)調(diào)查設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。設(shè)計(jì)人員對(duì)伐區(qū)周邊的邊界木采用統(tǒng)一的標(biāo)識(shí)，并對(duì)定位樹實(shí)行編號(hào)管理，詳細(xì)記錄邊界木的樹種、胸徑等主要因子，進(jìn)一步明確伐區(qū)范圍，對(duì)無明顯地物地貌的伐區(qū)邊界用“集思寶MG711”GPS記錄航跡線，并用GPS的相機(jī)對(duì)定位樹近距離拍照。GPS采集的數(shù)據(jù)包括航跡記錄和照片，照片含有定位樹坐標(biāo)。采集的數(shù)據(jù)可作為伐區(qū)驗(yàn)收及發(fā)生越界采伐時(shí)案件處理依據(jù)。GPS還可用來測(cè)量伐區(qū)面積。遇到地形復(fù)雜的伐區(qū)，利用GPS導(dǎo)航功能，在野外能快速找到需調(diào)查設(shè)計(jì)的小班位置。

2.3 GPS在野生動(dòng)植物資源調(diào)查中的應(yīng)用

2.3.1 在動(dòng)物資源調(diào)查中的應(yīng)用 在野生動(dòng)物資源調(diào)查中，利用GPS接收機(jī)尋找樣帶的起點(diǎn)，并根據(jù)輸入的樣帶終點(diǎn)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(chǔ)運(yùn)動(dòng)軌跡的功能，因此可以在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化時(shí)顯示調(diào)查的速度、軌跡的數(shù)據(jù)，從而對(duì)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(dòng)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。如2011年在延平區(qū)洋后鎮(zhèn)后坪村、坑門村、大演村發(fā)現(xiàn)野生獼猴活動(dòng)蹤跡，林業(yè)站工作人員采用GPS定位其棲息地，據(jù)專家推算，估計(jì)種群數(shù)量約為200只。

2.3.2 在植物資源調(diào)查中的應(yīng)用 在野生植物資源調(diào)查中應(yīng)用GPS可進(jìn)行生物密度分析，初設(shè)及復(fù)位樣地對(duì)植物的多度和頻度進(jìn)行調(diào)查?？蓪?duì)古樹名木及稀特有植物進(jìn)行研究和保護(hù)。延平區(qū)在2007年就開展了古樹名木普查工作，調(diào)查中逐株逐群進(jìn)行GPS衛(wèi)星定位，依據(jù)GPS采集的數(shù)據(jù)就可以永久地精確定位每株古樹名木，便于保護(hù)管理，為林業(yè)發(fā)展規(guī)劃提供翔實(shí)的資料。2012年5月，延平區(qū)林業(yè)局組織專業(yè)技術(shù)人員對(duì)全區(qū)及茫蕩自然保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的極小種群植物進(jìn)行調(diào)查。調(diào)查人員對(duì)小種群植物的位置及尋找的線路應(yīng)用GPS采集其對(duì)應(yīng)的航點(diǎn)及航跡數(shù)據(jù)，便于保護(hù)工作的開展。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將來還有可能給古樹植入芯片，若是有人移動(dòng)古樹名木，工作人員就可在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)。

2.4 GPS在山林權(quán)糾紛調(diào)處中的應(yīng)用 延平區(qū)實(shí)施集體林權(quán)制度改革后，林權(quán)主體多元化，部分林權(quán)宗地破碎，四至界線并無明顯地物地貌，由于林業(yè)經(jīng)營(yíng)周期長(zhǎng)，易發(fā)生山林糾紛，用傳統(tǒng)方法現(xiàn)場(chǎng)勘界存在極大困難。林權(quán)宗地圖矢量化后，林權(quán)管理實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、信息化，利用地理信息應(yīng)用軟件提供的坐標(biāo)通過GPS定位的方法能將林權(quán)證上的四至界線落到實(shí)地，為山林糾紛調(diào)處提供技術(shù)支持。從2012年起，延平區(qū)林業(yè)部門采用GPS定位的方法調(diào)處山林權(quán)糾紛13起，有效地維護(hù)了林區(qū)穩(wěn)定。

2.5 GPS在百合花產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用 2012年4月18日首屆海峽兩岸延平百合花節(jié)在福建南平市延平區(qū)王臺(tái)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)內(nèi)舉行。百合花是福建南平市的市花，如今百合花產(chǎn)業(yè)已成為延平區(qū)具有區(qū)域發(fā)展優(yōu)勢(shì)的特色產(chǎn)業(yè)之一。王臺(tái)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)規(guī)劃之初，便采用GPS對(duì)百合花圃地進(jìn)行測(cè)量，確定位置和面積，為園區(qū)建設(shè)提供了詳實(shí)的資料，并根據(jù)百合花種植戶的要求對(duì)圃地分戶繞測(cè)，為花農(nóng)順利拿到上級(jí)補(bǔ)助的扶持資金提供了依據(jù)。

2.6 GPS與RS、GIS相結(jié)合的3S技術(shù)在森林資源管理中的應(yīng)用 3S技術(shù)是地理信息系統(tǒng)GIS、遙感技術(shù)RS、全球定位系統(tǒng)GPS這三大技術(shù)的合稱。3S技術(shù)應(yīng)用于森林資源管理工作，可以建立綜合的監(jiān)測(cè)與管理體系，可以極大改進(jìn)數(shù)據(jù)處理的方式，可以快速獲取有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及圖表文件[4]。延平區(qū)在2011年應(yīng)用3S技術(shù)開展縣級(jí)林地保護(hù)利用規(guī)劃編制工作，應(yīng)用SPOT5衛(wèi)星影像，運(yùn)用地理信息系統(tǒng)、GPS技術(shù)解決林地落界、林地保護(hù)等級(jí)確定、林地質(zhì)量定級(jí)等林地保護(hù)規(guī)劃中的具體問題。林地落界中，運(yùn)用地理信息系統(tǒng)軟件，疊加二類調(diào)查小班數(shù)據(jù)到SPOT5影像中，結(jié)合小班檔案屬性數(shù)據(jù)，把林地逐塊落界，檢查林地小班界線與遙感數(shù)據(jù)特征是否相吻合。不吻合小班應(yīng)進(jìn)行技術(shù)處理，一是修改相應(yīng)小班的林地屬性；二是重新確定小班界，采用遙感影像的目視解譯、勾繪和用GPS現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)結(jié)合的方法來確定林地邊界。運(yùn)用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，能準(zhǔn)確地給各小班的林地保護(hù)等級(jí)、林地質(zhì)量等級(jí)進(jìn)行賦值。延平區(qū)已建立森林資源管理地理信息系統(tǒng)，而GPS和RS作為數(shù)據(jù)采集器，為GIS提供豐富的數(shù)據(jù)源。森林資源管理地理信息系統(tǒng)的主要功能有：一是實(shí)現(xiàn)小班調(diào)查數(shù)據(jù)信息化管理；二是實(shí)現(xiàn)林業(yè)專題圖的制作，通過GPS采集數(shù)據(jù)，用GIS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可制作林區(qū)公路分布圖、竹山機(jī)耕道分布圖、森林防火瞭望臺(tái)分布圖等；三是實(shí)現(xiàn)森林資源動(dòng)態(tài)化管理，如森林資源年度變化調(diào)查，野外使用GPS采集數(shù)據(jù)，再用GIS軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理，及時(shí)更新數(shù)據(jù)。

2.7 GPS與GIS、現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合在林業(yè)“三防”一體信息化建設(shè)中的應(yīng)用 延平區(qū)在福建省率先創(chuàng)建森林防火、防盜、防病蟲害“三防”一體信息化平臺(tái)，指揮中心建設(shè)DLP大屏，將“三防”系統(tǒng)通過全球眼采集的視頻實(shí)時(shí)輸出到指揮中心大屏上，把林業(yè)地理信息系統(tǒng)融合到“三防”軟件系統(tǒng)中，建立地理信息系統(tǒng)功能。依托電信現(xiàn)有基站新建5個(gè)防火特種攝像頭，在茫蕩自然保護(hù)區(qū)內(nèi)新建高清探頭4個(gè)，整合了18個(gè)原先設(shè)置的監(jiān)控點(diǎn)，為所屬各部門及護(hù)林巡查員配備73部具有GPS定位功能的手持終端天翼對(duì)講手機(jī)，指揮中心通過天翼手機(jī)進(jìn)行工作調(diào)度，實(shí)現(xiàn)延平區(qū)林業(yè)部門與下屬單位、企業(yè)機(jī)構(gòu)的互聯(lián)互通。通過給相關(guān)人員及車輛配置GPS全球定位設(shè)備，不僅有效拓展延平“三防”一體信息化系統(tǒng)管理視距，最大限度保護(hù)延平森林資源，還能加強(qiáng)對(duì)林業(yè)執(zhí)法車輛、執(zhí)法人員、護(hù)林員的有效管理和監(jiān)督，確保林政執(zhí)法隊(duì)伍的廉潔高效。

2.8 GPS與GIS相結(jié)合在林業(yè)司法鑒定中的應(yīng)用 亂砍濫伐、毀林開墾、蠶食林地、放牧毀壞造林地等的林業(yè)案件時(shí)有發(fā)生，使用GPS可快速、準(zhǔn)確地勘察被毀林地的位置、面積，并可用GPS采集的數(shù)據(jù)繪制出被毀林地的位置圖，為案件的處理提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)[5]。

近年來，延平區(qū)林業(yè)技術(shù)人員多次運(yùn)用GPS技術(shù)在林業(yè)案件中快速、準(zhǔn)確地測(cè)量鑒定對(duì)象位置、面積，為案件處理提供可靠證據(jù)。其具體應(yīng)用方法是：鑒定人深入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地踏勘，采用“集思寶MG711”GPS一臺(tái)，按下機(jī)器左下角的“開始鍵”，打開MobileGIS森林資源調(diào)查軟件，先站在開始測(cè)量面積的位置，選擇“GIS采集”，選擇“采集面”，把采集界面“名稱”修改為真實(shí)測(cè)量的地物名稱，先按綠色鍵，開始測(cè)量，按紅色鍵暫停，繞地物一周回到起始點(diǎn)，按“保存鍵”即可結(jié)束測(cè)量，保存好數(shù)據(jù)。鑒定人接著完成林木調(diào)查等其他事項(xiàng)。鑒定人把測(cè)量的數(shù)據(jù)導(dǎo)出到GPS的內(nèi)存卡上，形成一個(gè)單獨(dú)的文件夾。先通過USB數(shù)據(jù)線，把GPS連接電腦，把GPS測(cè)量數(shù)據(jù)復(fù)制到電腦上。再用GIS Office軟件打開測(cè)量數(shù)據(jù)，在GIS Office中設(shè)置北京54坐標(biāo)系統(tǒng)，導(dǎo)出Shape files數(shù)據(jù)。最后用地理信息ViewGIS系統(tǒng)打開Shape files數(shù)據(jù)，使用地圖匹配中的坐標(biāo)平移使之與林業(yè)基本圖匹配，疊加林業(yè)基本圖和地形圖，根據(jù)需要制作、輸出復(fù)合圖。

2.9 GPS與GIS、Google Earth相結(jié)合在福銀高速森林生態(tài)景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 Google Earth是一款全球衛(wèi)星地圖和地理信息演示軟件，它以高分辨率的衛(wèi)星影像為底圖，真實(shí)地反映出所要調(diào)查區(qū)域地形、海拔等相關(guān)地理信息。將GPS戶外采集的航點(diǎn)、航跡等資料直接顯示、錨定在Google Earth衛(wèi)星影像圖相應(yīng)位置上，使調(diào)查工作更加精準(zhǔn)和直觀。2012年12月延平區(qū)依托“三防”一體信息化平臺(tái)，對(duì)福銀高速延平段18km森林生態(tài)景觀示范段綠化任務(wù)進(jìn)行分解，組織專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行分塊規(guī)劃，落實(shí)到每個(gè)山頭地塊。技術(shù)人員利用“集思寶MG711”GPS測(cè)量數(shù)據(jù)，再用GIS Office軟件打開數(shù)據(jù)，直接疊加Google Earth影像圖，根據(jù)需要調(diào)整圖像比例，下載或截屏粘貼制作成工作圖形。

3 GPS的限制與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)后的新契機(jī)

雖然GPS已廣泛應(yīng)用，但也絕非完美無缺。例如，其規(guī)模太大、造價(jià)太高，其他國(guó)家很難效仿；GPS只能導(dǎo)航，無法通信，因而不能滿足日益增長(zhǎng)的用戶需求；如果僅依賴GPS，則容易受美國(guó)控制。鑒于此，我國(guó)積極發(fā)展自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，目前北斗已經(jīng)形成區(qū)域性服務(wù)能力。北斗應(yīng)用有五大優(yōu)勢(shì)：一是它同時(shí)具備定位與通訊功能，不需要其他通訊系統(tǒng)支持，而GPS只能定位；二是覆蓋范圍大，沒有通訊盲區(qū)，精度與GPS相當(dāng)，而在增強(qiáng)區(qū)域也就是亞太地區(qū)，甚至?xí)^GPS；三是特別適合于集團(tuán)用戶大范圍監(jiān)控管理和數(shù)據(jù)采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用；四是融合北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)和衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)兩大資源，因此也可利用GPS使之應(yīng)用更加豐富；五是自主系統(tǒng)，安全、可靠、穩(wěn)定，保密性強(qiáng)，適合關(guān)鍵部門應(yīng)用。國(guó)內(nèi)已有相關(guān)企業(yè)從事北斗應(yīng)用終端的研發(fā)以及北斗和GPS兼容終端的研發(fā)，意味著GPS終端用戶將可以單獨(dú)使用北斗，也可以使用北斗和GPS兼容終端，享受到更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)、更好的用戶體驗(yàn)。2011年12月31日，國(guó)家林業(yè)局組織編制的《林業(yè)生態(tài)建設(shè)與保護(hù)北斗示范應(yīng)用系統(tǒng)工程可行性研究報(bào)告》通過評(píng)審，該項(xiàng)目的實(shí)施將成為現(xiàn)代林業(yè)建立林業(yè)資源監(jiān)管、林業(yè)災(zāi)害監(jiān)管和野生動(dòng)植物保護(hù)管理的重要支撐系統(tǒng)。

4 總結(jié)與展望

GPS具有進(jìn)行定位、測(cè)距、測(cè)線、測(cè)面積和導(dǎo)向等功能。實(shí)踐證明，它在森林資源調(diào)查、造林規(guī)劃設(shè)計(jì)與檢查、各種境界線的勘測(cè)與放樣落界等方面發(fā)揮著獨(dú)特作用，它具有適用范圍廣、工作效率高、操作簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大等諸多優(yōu)點(diǎn)。隨著科技的進(jìn)步，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)將與其他技術(shù)互為融合，朝著多元化、智能化方向發(fā)展。GPS技術(shù)的普遍應(yīng)用必將促進(jìn)林業(yè)工作向著數(shù)字化、信息化、現(xiàn)代化的方向發(fā)展，為生態(tài)林業(yè)建設(shè)提供有力保障。

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