摘 要 RTK技術(shù)厘米級(jí)的定位精度能夠避免傳統(tǒng)森林資源監(jiān)測(cè)方法工作效率低、精度不高等問題。介紹了RTK技術(shù)的工作原理、優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用領(lǐng)域等，并就森林樣地的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行了梳理，即測(cè)量?jī)x的選擇、RTK在樣地中的應(yīng)用、基于GNSS RTK的樣地調(diào)查方法和應(yīng)用成效等。

關(guān)鍵詞 RTK技術(shù)；森林資源；樣地調(diào)查

中圖分類號(hào)：S757 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.23.047

森林資源監(jiān)測(cè)在林業(yè)生產(chǎn)生活中占據(jù)著重要的作用，其主要目的是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)森林資源的定期定位研究，以期了解和掌握森林資源的數(shù)量、質(zhì)量和空間分布等[1]。通過森林資源監(jiān)測(cè)可以實(shí)時(shí)和動(dòng)態(tài)掌握森林資源的相關(guān)信息，從而能夠?qū)ι仲Y源的發(fā)展趨勢(shì)做出科學(xué)的預(yù)測(cè)。

在森林資源監(jiān)測(cè)中，樣地定位研究的常規(guī)方法是采用羅盤儀、手持GPS等設(shè)備，利用測(cè)角、量距、運(yùn)用導(dǎo)線測(cè)量等方式進(jìn)行定位，同時(shí)結(jié)合埋設(shè)角樁的方法來保證監(jiān)測(cè)樣地位置的統(tǒng)一，在對(duì)邊界修邊處理時(shí)，多采用制作定位物的方式[2]。傳統(tǒng)調(diào)查研究中，羅盤儀的使用頻率很高，但由于羅盤儀制作技藝的差異很容易受到周邊磁場(chǎng)環(huán)境的影響，使得羅盤儀定位精度降低。在整個(gè)測(cè)量過程中，樣地地形地貌及視域條件的質(zhì)量同樣起著重要的作用[3]。近幾年來，越來越多的林業(yè)從業(yè)者使用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量RTK（Real - time Kinematic）技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱RTK技術(shù)）進(jìn)行森林資源監(jiān)測(cè)，避免了傳統(tǒng)調(diào)查中帶來的問題，提高了測(cè)量結(jié)果的精度。

1" RTK技術(shù)

1.1" 簡(jiǎn)介

RTK技術(shù)是一種定位精度極高的野外測(cè)量方法，可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位精度[1]。RTK是利用2個(gè)測(cè)量站載波相位觀測(cè)差分的定位技術(shù)，將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)給用戶接收機(jī)，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)[4]。

1.2" 工作原理

RTK技術(shù)是在坐標(biāo)參考點(diǎn)布設(shè)基準(zhǔn)站接收機(jī)，利用接收機(jī)實(shí)時(shí)接收GNSS衛(wèi)星信號(hào)，流動(dòng)站會(huì)依托無線數(shù)據(jù)鏈接收站點(diǎn)坐標(biāo)、載波相位觀測(cè)值、偽距觀測(cè)值、接收機(jī)工作狀態(tài)及衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)等信息[5]。流動(dòng)站在接收到數(shù)據(jù)后，將對(duì)采集到的GNSS衛(wèi)星載波相位數(shù)據(jù)完成同步的觀測(cè)和采集工作，利用系統(tǒng)內(nèi)差分處理的方式，完成對(duì)載波相位整周模糊度的求解，根據(jù)基準(zhǔn)站與流動(dòng)站兩者之間的相關(guān)性，得到流動(dòng)站平面坐標(biāo)X、Y和高程H[6]。

1.3" 優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)

1）定位精度高，RTK 平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級(jí)[1]。2）當(dāng)進(jìn)行了外業(yè)的一系列處理后，可以使用其自帶的配套相關(guān)軟件，完成對(duì)外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)的快速整理和預(yù)處理[7]。3）整個(gè)RTK設(shè)備操作起來十分便捷，用戶在使用過程中，僅僅只需要進(jìn)行基礎(chǔ)的設(shè)置和校正，就能夠直接上手使用。

1.4" 應(yīng)用領(lǐng)域

1）農(nóng)業(yè)、林業(yè)方面：在實(shí)際農(nóng)業(yè)、林業(yè)生產(chǎn)中，可以利用RTK技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)林產(chǎn)品的前期規(guī)劃到后期管理，提高了工作效率。2）土地測(cè)繪方面：RTK技術(shù)可以直接使用到土地測(cè)繪中，在對(duì)測(cè)繪過程中涉及到的邊界測(cè)量、面積計(jì)算等，能夠提供高效便捷的技術(shù)支撐。3）航空航天方面：RTK技術(shù)還可以應(yīng)用到航空航天領(lǐng)域，結(jié)合地面測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空天地的一體化測(cè)量技術(shù)，為在空中攝影測(cè)量相關(guān)項(xiàng)目中提供測(cè)量支持。

1.5" 注意事項(xiàng)

1）需要多次對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。RTK技術(shù)雖然操作便捷簡(jiǎn)單，但是測(cè)量過程中極易受到影響，造成數(shù)據(jù)測(cè)量的誤差，所以在進(jìn)行實(shí)際測(cè)量工作時(shí)，要實(shí)時(shí)檢查，注重對(duì)相關(guān)測(cè)量參數(shù)的關(guān)注，以確保測(cè)量的精度[8]。2）增加控制點(diǎn)，提升有效數(shù)據(jù)數(shù)量。在實(shí)際工作中，RTK技術(shù)容易受到天氣、數(shù)據(jù)傳輸、周圍環(huán)境的影響，為了提高數(shù)據(jù)的有效性，可以在測(cè)量過程中有意識(shí)地增加布控點(diǎn)，以防止出現(xiàn)控制點(diǎn)受到影響產(chǎn)生誤差不能使用，從而沒有足夠多的有效數(shù)據(jù)。3）注重對(duì)操作人員的管理和操作技能的培訓(xùn)。測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性與操作人員的操作有至關(guān)重要的聯(lián)系，在測(cè)量環(huán)節(jié)中，如果出現(xiàn)操作人員不熟悉設(shè)備、參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤等問題，就會(huì)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)造成較大的影響，甚至造成設(shè)備的損壞，所以在進(jìn)行RTK測(cè)量工作中，要注重對(duì)操作人員的管理和操作技能的培訓(xùn)，從而提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，也能夠在一定程度上保護(hù)設(shè)備，提高設(shè)備的使用壽命[9]。

2" 森林樣地調(diào)查

2.1" 測(cè)量?jī)x選擇

樣地的位置、地形、樹冠冠層高度等，在測(cè)量過程中起著重要的指示作用，使用RTK技術(shù)時(shí)，也經(jīng)常受到這些因素的影響，極易發(fā)生信號(hào)受阻或被削弱的現(xiàn)象[10]。選擇一個(gè)適應(yīng)多星、抗多路徑效應(yīng)或有多種數(shù)據(jù)鏈形式的RTK設(shè)備，將在測(cè)量過程中起著事半功倍的作用[11]。

本研究使用的儀器是千尋星耀X Plus，設(shè)備可支持GPS、BDS、GLONASS、Galileo、QZSS無系統(tǒng)解算，支持無需架設(shè)基準(zhǔn)站的5星16頻服務(wù)，定位精度為厘米級(jí)。該設(shè)備具有一定的特色功能，包括：1）能夠支持單北斗定位；2）可以實(shí)現(xiàn)對(duì)中桿高度自動(dòng)計(jì)算、對(duì)中桿傾斜誤差校準(zhǔn)；3）具備星地通服務(wù)，智能啟用抗干擾模型，有網(wǎng)無網(wǎng)都能用，自動(dòng)切換地基/星基/網(wǎng)絡(luò)星基服務(wù)；4）對(duì)全國(guó)參數(shù)均可實(shí)現(xiàn)免校準(zhǔn)，可以直接輸出CGCS2000施工坐標(biāo)。針對(duì)林地內(nèi)信號(hào)受阻或被削弱等因素導(dǎo)致的使用問題，該設(shè)備在一定程度上可以避免。

2.2" RTK在樣地中的應(yīng)用

RTK的主要功能是實(shí)現(xiàn)定位測(cè)量，在樣地中涉及的定位測(cè)量主要應(yīng)用于3個(gè)方面：1）樣地復(fù)位；2）樣地周界測(cè)設(shè)；3）樣地內(nèi)樣木位置的測(cè)定。森林資源調(diào)查中樣地分為復(fù)位樣地（或固定樣地）和新設(shè)樣地[12]。

2.3" 基于GNSS RTK的樣地調(diào)查方法

基于GNSS RTK的樣地調(diào)查方法是一種先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)，它結(jié)合了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量（RTK）技術(shù)，用于進(jìn)行高精度的地理信息采集。在進(jìn)行樣地調(diào)查時(shí)，測(cè)量人員可以根據(jù)需要采集不同的地理信息[13]。

GNSS RTK樣地調(diào)查方法具有高精度、高效率、高自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，可以大大提高測(cè)量工作的效率和精度；這種方法還可以提供實(shí)時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)，為森林樣地調(diào)查提供重要的數(shù)據(jù)支持。圖1為基于GNSS RTK技術(shù)進(jìn)行的樣地調(diào)查示例。

2.3.1" 樣地復(fù)位

樣地復(fù)位是利用前期在樣地調(diào)查中已經(jīng)埋設(shè)好的標(biāo)樁（或定位物）等參考，得到樣地的實(shí)際位置。例如，森林資源連續(xù)清查（簡(jiǎn)稱一類清查）為掌握宏觀森林資源現(xiàn)狀與動(dòng)態(tài)的變化情況，需定期以固定樣地為主進(jìn)行森林資源的復(fù)查，重復(fù)對(duì)照測(cè)量全部調(diào)查因子，估計(jì)2次連續(xù)清查間隔期（5年）內(nèi)的森林資源動(dòng)態(tài)變化。在測(cè)量過程中，要求樣地、樣木必須固定，以此來保證所有調(diào)查因子的連續(xù)性和穩(wěn)定性[14]。

傳統(tǒng)的樣地復(fù)位時(shí)，通常是利用之前已經(jīng)埋設(shè)好的定位樹（或物），統(tǒng)計(jì)該定位樹（或物）的水平距離和方位角信息[15]，再在羅盤儀、皮尺等工具的支持下完成反測(cè)，基于此方法首先得到西南角點(diǎn)。在得到西南角點(diǎn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，完成對(duì)其他幾個(gè)角點(diǎn)信息的統(tǒng)計(jì)和記錄，并依次測(cè)設(shè)以完成樣地的復(fù)位工作。

利用RTK技術(shù)，可以將樣地前期獲得的RTK坐標(biāo)輸入至RTK手簿，再結(jié)合RTK的導(dǎo)航系統(tǒng)，就可以快速高效地完成對(duì)西南角點(diǎn)或定位樹（或物）的信息采集；與此同時(shí)，厘米級(jí)的測(cè)量精度也大大提高了樣地復(fù)位測(cè)量的精度和工作效率。

本研究利用RTK技術(shù)完成了曲靖市馬龍區(qū)、昆明市安寧市、玉溪市易門縣、普洱市鎮(zhèn)源縣共19塊樣地的實(shí)測(cè)，樣地選擇依據(jù)：地類均為喬木林地，郁閉度均在0.5以上，起源分人工和天然，樹種分針葉和闊葉，齡組分中齡林和近熟林。表1為昆明安寧市5889樣地實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

2.3.2" 樣地周界測(cè)設(shè)

樣地是一塊以樣點(diǎn)為西南角點(diǎn)的正方形樣地。在傳統(tǒng)測(cè)量中，大多采用的是閉合導(dǎo)線法，使用到的工具有羅盤儀、皮尺等，按西南—西北（0°）、西北—東北（90°）、東北—東南（180°）、東南—西南（270°）的順序進(jìn)行閉合導(dǎo)線測(cè)量，形成一個(gè)邊長(zhǎng)為28.28 ｍ，面積為 0.08 hm2 的正方形樣地（見圖 2）。當(dāng)坡度超過5° 時(shí)，則需要對(duì)樣地的邊長(zhǎng)進(jìn)行坡度改算。

1）復(fù)測(cè)樣地的周界測(cè)量

首先完成一個(gè)已知角樁坐標(biāo)信息的采集，將該坐標(biāo)信息記錄在RTK手簿中，并以該信息為參考，生成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地，之后在標(biāo)準(zhǔn)樣地角點(diǎn)周邊尋找上期設(shè)立的其他角樁[16]，然后用RTK測(cè)定尋找到的角樁坐標(biāo)，并在手簿上進(jìn)行4點(diǎn)連線，最后直接求算樣地周界長(zhǎng)。若前期周界長(zhǎng)誤差大于1%，則須修正前期存在偏差的角樁并記錄修正值。

2）新設(shè)樣地的周界測(cè)量

在進(jìn)行新設(shè)樣地的周界測(cè)量中，可以直接輸入西南角坐標(biāo)值至RTK手簿，手簿會(huì)以樣地標(biāo)準(zhǔn)的要求，自動(dòng)生成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地，并標(biāo)注好其他3個(gè)角點(diǎn)的坐標(biāo)，通過點(diǎn)放樣就能快速確定其他3個(gè)角點(diǎn)，并能保證閉合差控制在5～10 cm。使用RTK技術(shù)后，精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于調(diào)查要求的精度。

2.3.3" 樣木位置

樣木復(fù)位是保持樣木的連續(xù)性和穩(wěn)定性。常規(guī)樣木復(fù)位是根據(jù)樣木位置圖和鋁牌確定，圖3為昆明安寧市5889樣地使用RTK前樣木位置示意圖。運(yùn)用 RTK 技術(shù)后，初測(cè)時(shí)統(tǒng)一將RTK立于上坡方向并緊貼樹干對(duì)每株檢尺樣木進(jìn)行精準(zhǔn)定位，并根據(jù)樣木坐標(biāo)快速準(zhǔn)確地計(jì)算出樣木相對(duì)于中心點(diǎn)的方位角和水平距離，直觀地反映出樣木與樣地4個(gè)角點(diǎn)的空間位置，圖4為昆明安寧市5889樣地使用RTK后樣木位置示意圖。

復(fù)測(cè)上期樣木時(shí)，將樣木的 RTK坐標(biāo)輸入手簿，可以快速、準(zhǔn)確地確定樣木；或?qū)?shù)據(jù)采集端（平板）連接 RTK，手持RTK放置于樣木上側(cè)，即可確定樣木在位置圖上的所在位置。樣地樣木測(cè)量完后，一般會(huì)根據(jù)采集端推薦的樣木進(jìn)行樹高測(cè)量[17]，此時(shí)，RTK就能很好地輔助尋找需要測(cè)高的樣木，結(jié)果省時(shí)省力，提高了效率，且目標(biāo)準(zhǔn)確。

3" 應(yīng)用成效

基于 GNSS RTK 樣地調(diào)查系統(tǒng)的應(yīng)用，改變了利用手持 GPS、森林羅盤儀和卷尺作為主要工具的傳統(tǒng)林業(yè)測(cè)量調(diào)查方式，顯著地提高了調(diào)查精度和工作效率[7]。

3.1" 提高了調(diào)查精度和準(zhǔn)確性

在傳統(tǒng)的森林資源調(diào)查中，羅盤儀、花桿、測(cè)繩（或皮尺、鋼尺）等傳統(tǒng)設(shè)備的使用，會(huì)使測(cè)量的結(jié)果產(chǎn)生極大的誤差；同時(shí)在整個(gè)測(cè)量過程中，測(cè)量環(huán)境的變化也會(huì)對(duì)儀器設(shè)備提出更高的要求，測(cè)量人員對(duì)儀器設(shè)備的使用熟練程度也是影響測(cè)量結(jié)果的一大要素。

RTK技術(shù)在很大程度上避免此類誤差的產(chǎn)生，首先RTK技術(shù)不受時(shí)間、天氣的影響，厘米級(jí)的測(cè)量精度可以在很大程度上保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而能夠?yàn)楹罄m(xù)的森林資源調(diào)查提供精準(zhǔn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其次RTK技術(shù)時(shí)在樣地內(nèi)樣木位置測(cè)量上發(fā)揮了很大的作用。樣木位置誤差比較大的原因一般有2種：1）樣木間相對(duì)位置與真實(shí)相對(duì)位置的空間比例失調(diào)；2）樣木相對(duì)位置錯(cuò)亂，較大的誤差會(huì)嚴(yán)重影響調(diào)查結(jié)果的準(zhǔn)確性和精度。RTK厘米級(jí)的誤差精度，既保證了樣木相對(duì)位置不致失調(diào)，又確保了位置的相對(duì)固定，從而保證了整個(gè)樣地內(nèi)所有檢尺樣木的真實(shí)空間位置，確保了準(zhǔn)確性和精度，為今后的復(fù)位調(diào)查提供了一定的保障[17]。

3.2" 降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和節(jié)約成本

利用GNSS RTK技術(shù)進(jìn)行森林資源監(jiān)測(cè)，避免了物理砍邊，僅僅利用電子圍欄，在作業(yè)中就可以節(jié)約一半以上的時(shí)間。電子圍欄技術(shù)也極大地減小了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了作業(yè)成本。傳統(tǒng)的調(diào)查技術(shù)中，需要人為地進(jìn)行樣木坐標(biāo)的判定，一方面需要花費(fèi)大量的人力成本；另一方面在測(cè)量精度上也會(huì)因操作人員的熟練程度不同，使得效果可能會(huì)大打折扣。RTK技術(shù)中電子圍欄的使用，既可以減少人力的輸出，又可以極大限度地提高測(cè)量的精度，整體上做到了勞動(dòng)強(qiáng)度的降低和成本的節(jié)約。

4" 結(jié)語

RTK技術(shù)以其高精度、高效率等優(yōu)點(diǎn)在森林資源調(diào)查中有著廣泛的應(yīng)用前景，能夠顯著提高森林資源調(diào)查的準(zhǔn)確性和效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約成本。RTK技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)快速準(zhǔn)確樣地周界測(cè)設(shè)、樣木位置測(cè)量等工作，提高了森林資源調(diào)查的精度和效率?，F(xiàn)如今，隨著林業(yè)信息化時(shí)代的到來，精細(xì)化的測(cè)量調(diào)查結(jié)果將是對(duì)今后林業(yè)工作者新的挑戰(zhàn)。對(duì) GNSS RTK 技術(shù)在林業(yè)調(diào)查中應(yīng)用的相關(guān)研究，將極大地推動(dòng)森林資源調(diào)查的發(fā)展，具有極大的研究?jī)r(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李吉鵬，張瑞娟. RTK在陜西省林草生態(tài)綜合樣地監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 南方農(nóng)業(yè)，2022，16（10）：223-225.

[2] 徐文兵，高飛，杜華強(qiáng). 幾種測(cè)量方法在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用與精度分析[J]. 浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，26（1）：132-136.

[3] 巨正平，馬國(guó)強(qiáng)，王浩波，等. 網(wǎng)絡(luò)RTK在森林資源監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用探討[J]. 江西科學(xué)，2022，40（5）：955-958.

[4] 詹前福，文榮樺，肖華，等. RTK在森林資源連續(xù)清查中的應(yīng)用[J]. 農(nóng)家致富顧問，2017（14）：55-56.

[5] BAKULA M，OSZCZAK S，PELC-MIECZKOWSKA R. Performance of RTK positioning in forest conditions：case study[J]. Journal of Surveying Engineering，2009，135（3）：125-130.

[6] 劉新科，黃寧輝，秦琳，等. 基于GNSS RTK的廣東林草生態(tài)綜合監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)研究[J]. 林業(yè)調(diào)查規(guī)劃，2022，47（2）：133-136.

[7] 孫運(yùn)文，徐軍，賈平秀，等. RTK技術(shù)在森林資源連續(xù)清查中的應(yīng)用[J]. 智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)刊，2021，1（21）：103-105.

[8] 李國(guó)釗. GPS-RTK定位技術(shù)在某公路工程中的應(yīng)用研究[J]. 山西建筑，2023，49（11）：181-184.

[9] 單繼國(guó). 移動(dòng)RTK在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J]. 價(jià)值工程，2024，43（8）：146-148.

[10] 何金全. RTK在林草生態(tài)綜合監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)廣東森林資源樣地外業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用分析[J]. 中國(guó)林業(yè)產(chǎn)業(yè)，2022（7）：88-90.

[11] 李永寧，高慧娟，霍艷玲，等. GNSS RTK在山區(qū)森林中定位的應(yīng)用研究——以樺樹次生林中的3種地形條件為例[J]. 林業(yè)資源管理，2013（5）：125-130.

[12] 應(yīng)啟圍，田野宏，胡衛(wèi)東，等. 淺談無人機(jī)精靈4 RTK在森林資源調(diào)查和規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2021，41（10）：83-86.

[13] 石君杰，陳忠震，孟令宇，等. GNSS RTK 技術(shù)在林木定位及微地形測(cè)量中的應(yīng)用[J]. 林業(yè)資源管理，2019（4）：117-123，131.

[14] 田野宏，魏鴻昌，滿毅，等. 淺析廣西林草生態(tài)綜合監(jiān)測(cè)森林樣地外業(yè)調(diào)查方法[J]. 農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2022，42（11）：74-78.

[15] 張艷亮，胡晨. 建筑工程測(cè)量中GPS測(cè)繪技術(shù)運(yùn)用研究[J]. 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2023（1）：13-16.

[16] 黃寧輝，秦琳，劉新科，等. 基于GNSS RTK的林草生態(tài)綜合監(jiān)測(cè)樣地調(diào)查系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 林業(yè)與環(huán)境科學(xué)，2022，38（S1）：6-9.

[17] 由超，王宏年，宋修明，等. RTK技術(shù)在森林資源連續(xù)清查中的應(yīng)用[J]. 山東林業(yè)科技，2012，42（4）：83-84.

（責(zé)任編輯：易" 婧）