陳佳斌

(廣東省嶺南院勘察設(shè)計(jì)有限公司,廣州 510663)

隨著我國(guó)林業(yè)工程的不斷發(fā)展，以及航天衛(wèi)星技術(shù)取得的成就，我國(guó)早在20世紀(jì)末就將GPS全球定位技術(shù)應(yīng)用到林業(yè)工程的調(diào)查研究中，其中包括對(duì)當(dāng)?shù)貧夂驐l件、地勢(shì)地形以及資源等方面的調(diào)查，以獲得更多的數(shù)據(jù)。林業(yè)工作人員根據(jù)調(diào)查研究所得出的數(shù)據(jù)，進(jìn)而采取針對(duì)性的解決措施，從而使我國(guó)林業(yè)工業(yè)能夠獲得更高質(zhì)量的發(fā)展，從而促進(jìn)對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

1 GPS全球定位系統(tǒng)的分析研究

1.1 GPS全球定位系統(tǒng)概述

作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的定位系統(tǒng)，GPS被應(yīng)用于各種領(lǐng)域中，與傳統(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)相比，GPS能夠發(fā)揮出更好的優(yōu)勢(shì)，使一些規(guī)模較大的測(cè)量工程能夠得到很好的利用。比如在廣東省河源市國(guó)有坪山林場(chǎng)森林資源調(diào)查報(bào)告中，在技術(shù)資料準(zhǔn)備這一階段，對(duì)圖紙或者影像資料有著特殊要求，需要收集分辨率更高的遙感影響資料。在物資儀器工具準(zhǔn)備中也特別明示了要準(zhǔn)備GPS全球定位系統(tǒng)。由此可以看出GPS對(duì)于林業(yè)調(diào)查研究具有非凡的意義，它不僅被應(yīng)用于軍事領(lǐng)域角度，對(duì)于一些民生行業(yè)以及自然資源發(fā)展也有著廣泛的用途。

GPS是在1993年所布置完成的，GPS全球定位系統(tǒng)主要是由24顆平面軌道定位衛(wèi)星所組成，其中每3個(gè)衛(wèi)星組成1個(gè)軌道平面，對(duì)地球上的任何一個(gè)地點(diǎn)都能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，從而達(dá)到良好的數(shù)據(jù)收集效果。

1.2 GPS全球定位系統(tǒng)的工作原理

GPS基本上由3個(gè)部分組成，其中包括空間部分、控制部分以及用戶部分，空間部分指的是太空中的衛(wèi)星組成；控制部分指的是對(duì)太空系統(tǒng)的控制；用戶部分指的是GPS所應(yīng)用到的客戶。具體的工作原理如圖1所示。

從圖1可以看出，GPS以多個(gè)數(shù)量的衛(wèi)星為基礎(chǔ)，通過(guò)發(fā)射信號(hào)的方式，將所觀測(cè)到的信號(hào)發(fā)送到GPS接收機(jī)中，并且將收集到的信號(hào)進(jìn)行處理，應(yīng)用到各行各業(yè)中。如果GPS系統(tǒng)統(tǒng)一采用原子鐘系統(tǒng)，衛(wèi)星數(shù)量代表為t1，GPS接收機(jī)的信號(hào)代表t2，那么兩者之間存在的距離公式為：Δt1=t1-t,Δt2=t2-t。假如某一個(gè)信號(hào)量表示為t3，那么該信號(hào)量和GPS接收機(jī)之間的距離為：p=c(t2-t1)，其中c

圖1 GPS全球定位系統(tǒng)工作原理圖

代表的是光速，p代表兩者之間的距離。在實(shí)際應(yīng)用GPS全球定位系統(tǒng)的過(guò)程中，有時(shí)獲得的信號(hào)有效，同時(shí)和GPS接收機(jī)之間有著明顯的差距，那么根據(jù)(1-2)的公式原理，要想計(jì)算出兩者之間的實(shí)際距離，具體公式表示為：P=P+CΔt1,其中P代表實(shí)際觀測(cè)的數(shù)量。如果是對(duì)四顆衛(wèi)星進(jìn)行應(yīng)用的話，那么需要對(duì)原有的(1-3)公式原理進(jìn)行調(diào)整，最終得出GPS衛(wèi)生接收機(jī)以及鐘差之間的距離，那么具體表示的公式為：

1.3 GPS全球定位系統(tǒng)的特點(diǎn)

GPS測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)于導(dǎo)航技術(shù)來(lái)講具有非常重要的意義。與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)相比，GPS全球定位系統(tǒng)自動(dòng)化程度較高，在接受衛(wèi)星所傳送的信號(hào)時(shí)，通常會(huì)在測(cè)量站的周圍安裝一根接收天線，然后將室內(nèi)的通訊網(wǎng)線和天線進(jìn)行連接，從而達(dá)到良好的接收效果。啟動(dòng)電源后，只需要打開接收機(jī)的按鈕即可，其余的操作便可通過(guò)人工智能所完成，充分體現(xiàn)了其自動(dòng)化程度較高的特點(diǎn)。在觀測(cè)速度上，以往測(cè)量方式雖然也能夠起到收集數(shù)據(jù)的效果，但是在測(cè)量速度上與GPS測(cè)量技術(shù)有著很大差距。傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)在進(jìn)行靜態(tài)定位時(shí)，通常需要30 min左右，而利用GPS測(cè)量技術(shù)只需要15 min左右即可，比傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)高出了1倍以上的效率，從而有效提高了測(cè)量工作的效率。在覆蓋面上，由于GPS全球定位系統(tǒng)是由24顆衛(wèi)星所組成，在進(jìn)行觀測(cè)的過(guò)程中，可以利用其中任何一個(gè)衛(wèi)星作為數(shù)據(jù)參考，不僅豐富了信息數(shù)據(jù)調(diào)查的內(nèi)容，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了對(duì)全球的全面覆蓋，使觀測(cè)的數(shù)據(jù)更加真實(shí)準(zhǔn)確[1]。

2 林業(yè)調(diào)查工作中應(yīng)用GPS定位系統(tǒng)的注意事項(xiàng)

林業(yè)調(diào)查工作從其自身的調(diào)查內(nèi)容來(lái)看，具有非常豐富的廣泛性，其中包括對(duì)森林面積的測(cè)量，對(duì)山川山脈走向的測(cè)量和對(duì)森林樹種選擇的測(cè)量等。這些林業(yè)調(diào)查內(nèi)容都在不同程度上影響著我國(guó)林業(yè)工程的發(fā)展，通過(guò)對(duì)GPS定位系統(tǒng)的有效應(yīng)用，使林業(yè)調(diào)查工作能夠不斷朝著精細(xì)化以及現(xiàn)代化的方向發(fā)展。但是需要注意對(duì)各種儀器的加強(qiáng)管理，防止因?yàn)閮x器的損壞，使林業(yè)測(cè)量工作無(wú)法順利進(jìn)行，或者收集到的信息數(shù)據(jù)存在誤差，以改無(wú)法作出正確的解決措施。首先在應(yīng)用GPS定位系統(tǒng)之前，工作人員需要仔細(xì)檢查各種儀器設(shè)備的運(yùn)行情況，在開啟GPS接收機(jī)時(shí)，如果上面的數(shù)值顯示為出廠數(shù)值，那么說(shuō)明該GPS接收機(jī)的運(yùn)行狀況良好，沒有出現(xiàn)較為明顯的波動(dòng)。如果顯示的不是出廠數(shù)值，那么需要對(duì)其進(jìn)行重新調(diào)整，防止在運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)偏差，測(cè)量位置的偏差大于10 m，說(shuō)明該接收機(jī)存在著嚴(yán)重的質(zhì)量問題，需要工作人員立即進(jìn)行更換[2]。

其次當(dāng)GPS測(cè)量定位系統(tǒng)運(yùn)行后，畫面系統(tǒng)中的屏幕就會(huì)顯示此時(shí)的衛(wèi)星狀態(tài)頁(yè)面，說(shuō)明整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)。這個(gè)時(shí)候就需要繼續(xù)使用功能菜單中的羅盤導(dǎo)航頁(yè)面，待數(shù)據(jù)信息足夠穩(wěn)定后再打開數(shù)據(jù)接收信號(hào)，保證整個(gè)數(shù)據(jù)讀取的過(guò)程中能夠平穩(wěn)運(yùn)行。另外在接受衛(wèi)星信號(hào)的過(guò)程中，受外部環(huán)境的影響，信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中可能會(huì)發(fā)生變化，從而影響了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。因此要想使接受的信號(hào)更加具有準(zhǔn)確性，需要等衛(wèi)星信號(hào)達(dá)到準(zhǔn)確地點(diǎn)后再進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確應(yīng)用，這對(duì)林業(yè)調(diào)查工作也有著諸多的好處。

最后需要注意下周圍的環(huán)境，盡量避免接收地區(qū)周圍存在大量的障礙物以及高壓電線，因?yàn)橹車系K物如果較多的話，會(huì)直接影響著衛(wèi)星信號(hào)傳輸?shù)男?，?dǎo)致林業(yè)調(diào)查工作整體的工作效率降低，準(zhǔn)確性受到很大影響，誤差性會(huì)持續(xù)擴(kuò)大。因此需要把控和周圍障礙物之間的距離，一般保持在15 m以上的距離即可。另外林業(yè)調(diào)查工作在應(yīng)用GPS定位系統(tǒng)過(guò)程中，需要做好相關(guān)的防范措施，主要用來(lái)防止數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象的發(fā)生。如果發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，需要對(duì)航點(diǎn)進(jìn)行重新規(guī)劃，然后在進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)收集工作[3]。

3 GPS定位系統(tǒng)在林業(yè)調(diào)查工作中的功能內(nèi)容

3.1 定位功能

定位功能是GPS定位系統(tǒng)最基本的功能，并且具有較高的靈活性的特點(diǎn)，對(duì)于不同的行業(yè)有著不一樣的功能作用[4]。在面對(duì)林業(yè)調(diào)查工作時(shí)，主要實(shí)施的是自動(dòng)抽樣定位功能，不但可以將所有的林業(yè)資源內(nèi)容記錄下來(lái)，同時(shí)還能夠?qū)?shù)據(jù)采集的地點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)記錄，即使在長(zhǎng)時(shí)間的影響下，當(dāng)?shù)厣值乇硗庥^發(fā)生了很大的變化，但是通過(guò)GPS定位系統(tǒng)中的自動(dòng)抽樣功能，一樣可以尋找之前的數(shù)據(jù)采集地點(diǎn)，從而節(jié)省更多的時(shí)間，也提高了工作效率[5]。

3.2 計(jì)算功能

計(jì)算功能是通過(guò)對(duì)定位點(diǎn)數(shù)據(jù)的輸入，以森林資源中的海拔為標(biāo)準(zhǔn)，利用上述所描述的公式，計(jì)算出任意位置之間的距離。通常林業(yè)工作人員在野外測(cè)量的過(guò)程中，將出發(fā)點(diǎn)以及工作的地點(diǎn)當(dāng)作定位點(diǎn)，然后利用距離公式測(cè)量出兩點(diǎn)之間的距離，從而有效解決了工作人員在戶外工作中線長(zhǎng)度不夠長(zhǎng)的問題[6]。

3.3 火災(zāi)蔓延速度測(cè)定功能

在森林防護(hù)工作中，最為重要的就是預(yù)防火災(zāi)工作，假如森林出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的火災(zāi)，那么利用GPS定位系統(tǒng)能夠及時(shí)測(cè)定火災(zāi)蔓延的速度，幫助工作人員掌握火災(zāi)的運(yùn)動(dòng)方向，從而采取相關(guān)對(duì)應(yīng)的解決措施，防止火災(zāi)進(jìn)一步的蔓延下去。另外GPS定位系統(tǒng)還具有較強(qiáng)的導(dǎo)向功能，能夠更加直觀的顯示目的地之間的距離和運(yùn)行速度，以及預(yù)計(jì)達(dá)到目的地所需要的時(shí)間等，從而有效提高了工作效率[7]。

3.4 導(dǎo)航功能

導(dǎo)航功能具體分為3個(gè)步驟，首先在測(cè)量工作的過(guò)程中，工作人員需要選取某一個(gè)點(diǎn)的位置當(dāng)作航路點(diǎn)，然后在選擇本次測(cè)量工作的目的地，使測(cè)量工作的目標(biāo)更加具體。其次計(jì)算出2個(gè)航路點(diǎn)之間的距離，通常2個(gè)航路點(diǎn)之間的距離被稱為航段，同時(shí)擁有多個(gè)測(cè)量的路線，每條路線都有著不同的航段[8]。路線是由起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的距離所組成，主要是用來(lái)觀測(cè)路線中所有存在的數(shù)據(jù)信息。其主要用途分為2種，第一種是利用GPS接收器進(jìn)行測(cè)量調(diào)查的過(guò)程中，需要測(cè)量人員隨時(shí)將途經(jīng)的地點(diǎn)記錄下來(lái)，其中包括各種樹木的分布，山川河流的分布等[9]。然后在調(diào)查的過(guò)程中，可以和其他參照物進(jìn)行對(duì)比，為航路點(diǎn)提供正確的測(cè)量數(shù)據(jù)。第二種當(dāng)測(cè)量人員進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)，需要提前將GPS接收機(jī)和計(jì)算機(jī)進(jìn)行有效的連接，并提前規(guī)劃好調(diào)查的路線，將調(diào)查路線以不同的方式輸入到接收器中，使尋找目的地的整個(gè)過(guò)程更加方便快捷。最后在GPS導(dǎo)航儀器上安裝其他功能鍵，主要目的是用來(lái)設(shè)定具體的目標(biāo)，然后在系統(tǒng)中的菜單列表選擇一個(gè)最佳的航路點(diǎn)，使目的性更加明確。在完成以上操作內(nèi)容后，測(cè)量工作就會(huì)隨著測(cè)量路線前進(jìn)[10]。

4 GPS定位系統(tǒng)在林業(yè)調(diào)查工作中的具體應(yīng)用

對(duì)于林業(yè)資源的開發(fā)利用，需要結(jié)合當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，隨時(shí)了解森林資源的動(dòng)態(tài)變化，并作出相關(guān)的決策。以往的林業(yè)資源調(diào)查方式主要是對(duì)各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)的信息制定出具體的方案，所消耗的時(shí)間較多，并且在準(zhǔn)確性上存在較大的缺陷。因此需要GPS定位系統(tǒng)解決上述問題[11]。

4.1 資源管理

森林資源作為人類寶貴的財(cái)富，對(duì)人類社會(huì)有著非常重要的影響。通常情況下每一片森林所包含的資源相對(duì)豐富，要想調(diào)查所有的林業(yè)資源有著一定困難，因此需要利用GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋式的測(cè)量，準(zhǔn)確測(cè)定出森林的分布區(qū)域。比如在研究不同樹種生長(zhǎng)區(qū)域以及生長(zhǎng)特點(diǎn)時(shí)，可以利用GPS定位系統(tǒng)提前確定好樹木的生長(zhǎng)位置，并將其儲(chǔ)存下去。然后分析出當(dāng)?shù)氐臍夂驑用?，從而判斷出該樹種的生長(zhǎng)區(qū)域以及生長(zhǎng)特點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)，分析當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境系統(tǒng)。當(dāng)測(cè)定某樹種的分布區(qū)域時(shí)，需要將分布區(qū)最寬處的2點(diǎn)進(jìn)行定位，然后在利用GPS定位系統(tǒng)的計(jì)算功能，準(zhǔn)確計(jì)算出該分布區(qū)域的寬度，并將不同樹種的數(shù)據(jù)記錄繪制到一起，從而得到該區(qū)域的樹種分布詳細(xì)數(shù)據(jù)。如果樹種分布受地形的影響發(fā)生了變化，那么依然可以利用GPS定位系統(tǒng)準(zhǔn)確找到樹種的分布位置。在測(cè)量森林面積時(shí)，以往采用的是經(jīng)緯儀測(cè)量方式，這種測(cè)量方式雖然在效率上有所提高，但是準(zhǔn)確度卻不如GPS定位系統(tǒng)，因此可以采用GPS定位系統(tǒng)沿著周邊以及拐角處均勻的向前測(cè)量，然后再利用GPS定位系統(tǒng)的測(cè)量方式，估算出森林的覆蓋面積以及各個(gè)樹種的分布情況，同時(shí)也能夠保證準(zhǔn)確度更高。另外在森林防火工作中，依然可以采用GPS定位系統(tǒng)，將火災(zāi)位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，同時(shí)計(jì)算出火災(zāi)面積、火災(zāi)具體的損失量等。因此從以上內(nèi)容來(lái)看，在林業(yè)資源管理工作中，利用GPS定位系統(tǒng)對(duì)各種數(shù)據(jù)資源的調(diào)查，能夠保證調(diào)查的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度更高，安全性能更強(qiáng)，從而為當(dāng)?shù)亓謽I(yè)部門提供更加準(zhǔn)確的決策依據(jù)。

4.2 造林工作應(yīng)用

通過(guò)對(duì)GPS定位系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠有效提升林業(yè)播種的效率。在沒有應(yīng)用GPS定位系統(tǒng)之前，由于無(wú)法對(duì)播種位置進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)控，很難區(qū)分已播種林地和未播種林地，因此經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)重復(fù)播種以及缺少播種的現(xiàn)象，這使很多林業(yè)資源遭到不同程度的破壞。而在應(yīng)用GPS定位系統(tǒng)后，工作人員根據(jù)以往的播種記錄，能夠快速找到播種的地點(diǎn)，同時(shí)能夠查看是否存在未播以及重復(fù)播種的行為。另外通過(guò)對(duì)航線設(shè)定，工作人員可以出發(fā)點(diǎn)與目的地之間的距離進(jìn)行設(shè)定，這不僅使工作難度有效降低，而且也極大提高了工作效率，且可以節(jié)約大量的人力、物力和財(cái)力。

4.3 國(guó)家森林資源調(diào)查應(yīng)用

該調(diào)查應(yīng)用具體分為包括2個(gè)方面，一個(gè)方面在定位樣地詳?shù)氐倪^(guò)程中，需要根據(jù)GPS行為系統(tǒng)中導(dǎo)航功能進(jìn)行設(shè)置，可以充分降低調(diào)查工作的勞動(dòng)時(shí)間，提高調(diào)查工作的工作效率，同時(shí)也能夠保證定位的位置更加準(zhǔn)確合理。比如在廣東省河源市國(guó)有坪山林場(chǎng)資源調(diào)查報(bào)告中，在林班區(qū)劃的內(nèi)容中，基本上采用自然區(qū)域劃分以及綜合區(qū)域劃分的方式。在行政村的劃分范圍過(guò)程中，需要以山川河流等地形作為具體劃分，在地勢(shì)平坦地區(qū)，可以采用人工區(qū)域劃分的方式，通常鄰班面積為100～200 hm2，如果行政村的面積過(guò)大的話，可繼續(xù)放寬林班區(qū)劃面積。在定位面積的過(guò)程中，需要將定位精準(zhǔn)程度控制在10 m以內(nèi)，保證區(qū)域劃分的程度能夠更加精準(zhǔn)。首先將森林面積的西南角坐標(biāo)地點(diǎn)輸入到GPS系統(tǒng)，然后開啟GPS系統(tǒng)的定位導(dǎo)航功能，將對(duì)應(yīng)的東北點(diǎn)作為終點(diǎn)，使其完全進(jìn)入導(dǎo)航狀態(tài).當(dāng)導(dǎo)航畫面完全顯示兩者的距離時(shí)，那么根據(jù)該點(diǎn)的最終方向，按照所指示的方向前進(jìn)，保證實(shí)際距離和估算距離之間的誤差在10 m左右。第2個(gè)方面在固定地點(diǎn)復(fù)查的過(guò)程中，需要提前將復(fù)查地點(diǎn)進(jìn)行記錄，然后根據(jù)記錄的內(nèi)容找到復(fù)查地的準(zhǔn)確位置，摒棄傳統(tǒng)的引點(diǎn)定位功能，從而提高調(diào)查的準(zhǔn)確性。

4.4 森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)用

森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)具體包括2個(gè)方面，首先在樣地調(diào)查的過(guò)程中，需要提前設(shè)置好相關(guān)數(shù)量的樣地面積，展開實(shí)際的總量調(diào)查。其次在小班邊界關(guān)鍵點(diǎn)的確定中，需要利用GPS精準(zhǔn)定位系統(tǒng)，在幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的地理坐標(biāo)中劃分出不同的小班界線，然后再根據(jù)這些小班界線將其標(biāo)注在地形圖中，解決傳統(tǒng)對(duì)坡調(diào)繪方法對(duì)于一些邊界線無(wú)明顯地物的難題。比如在廣東省河源市國(guó)有坪山林場(chǎng)資源調(diào)查報(bào)告中，要求小班面積不能過(guò)大，商品林小班不能超過(guò)30 hm2，生態(tài)公益林小班不能超出35 hm2，自然保護(hù)區(qū)不能超出70 hm2等。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，GPS定位系統(tǒng)作為一種高新測(cè)量技術(shù)，不僅對(duì)林業(yè)工程有著很大影響，對(duì)各行各業(yè)都有著積極且重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷完善，GPS定位系統(tǒng)中的測(cè)量功能也更加完善，操作上也更加便捷，能夠有效提升林業(yè)調(diào)查工作的工作效率，加強(qiáng)對(duì)成本的節(jié)約，最終實(shí)現(xiàn)我國(guó)林業(yè)工程的快速發(fā)展，從而保證當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的良好態(tài)勢(shì)。