GPS在林业中的应用

科技纵横－４－摘要：关键词：一、ＧＰＳ的组成与定位原理本文论述了ＧＰＳ的组成与定位原理，结合ＧＰＳ的应用，探讨了ＧＰＳ在林业方面的应用，对其ＧＰＳ的下一步发展进行了展望。

全球定位系统工程测量精细林业随着空间定位技术、计算机技术、网络技术的发展，ＧＰＳ作为一种全球共享的信息源，以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，在各个领域中达到了广泛的应用，特别是在林业进入跨越式发展中应用起到了非常重要的作用。

１、ＧＰＳ的组成：ＧＰＳ由地面站、空间站和用户三部分组成。

地面站由１个主控站和５个监控站组成，用于对空间站卫星的监测、跟踪和控制；空间站由美国发射的２４颗专用卫星组成，均匀分布于地球上空６个轨道平面内，平面高度为２０２００ｋｍ，向用户连续不断地发送导航定位信号；用户设备由ＧＰＳ接收机、数据处理软件及其终端设备等组成，ＧＰＳ接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信号进行处理，输出接收机中心的三维坐标。

２、ＧＰＳ定位原理ＧＰＳ定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的。

在待测点设置ＧＰＳ接收机，在某一时刻接收３颗（或３颗以上）卫星所发出的信号，通过数据处理计算，可求得该时刻接收机中心（测站点）至卫星的距离。

与已知的卫星星历的三维坐标比较，从而由下式算出测站点的三维坐标。

Ｐ＝（ｘ－ｘ）＋（ｙ－ｙ）＋（ｚ－ｚ）测站点坐标＝Ｐ＝（ｘ－ｘ）＋（ｙ－ｙ）＋（ｚ－ｚ）Ｐ＝（ｘ－ｘ）＋（ｙ－ｙ）＋（ｚ－ｚ）其中：ｐ，ｐ，ｐ接收机至卫星的距离．（已知）Ｘ，ｙ，ｚ，ｉ＝１，２，３，三颗卫星的三维坐标．（已知）Ｘ，ｙ，ｚ，测站点三维坐标．（求知）随着科技的发展，ＧＰＳ在各个领域得到了广泛的应用，其构造越来越复杂，功能越来越齐全，操作趋于简单化，产品型号繁多，各有各的特点，构造与功能各有区别，本文以ＧＰＳ３２０（３１５）为例加以说明。

１、整体构造与功能（１）天线：接收空间站卫星信号。

（２）显示器：显示各种导航信息和定位信息。

（３）键盘：输入、操作和控制导航仪工作。

（４）电池：提供能源。

（５）数据传输接口：输入或输出数据，与外设进行数据交换。

（６）硬件：组成导航仪的元件。

１１１１２２２２３３３３１２３ｉｉｉ２２２２２２２２２２２２二、ＧＰＳ接收机的构造与功能榆林市榆阳区林业工作站　潘鹏冯继梅ＧＰＳ在林业中的应用科技纵横－５－（７）软件：支持导航仪正常工作的程序。

２、键盘构造与功能（１）ＱＵＩＴ：取消退出键，取消当前操作或向后退出一步，逆向翻转画面。

（２）ＥＮＴＥＲ：确认键，确认当前操作，保存现在的设置或进入下一菜单。

（３）ＮＡＶ：翻页键，可循环顺时翻动画面。

（４）ＧＯＴＯ：导航键，可以通过它选择一个目标点并向目标点导航。

（５）ＭＡＲＫ：保存航点键，在定位后，该键可存入当时位置的有关信息。

（６）ＭＥＮＵ：菜单键，可显示当前画面所具备的功能。

（７）背景灯开关：用于夜间使用照明。

（８）ＰＷＲ：电源开关键，开启和关闭电源。

（９）方向盘：方向移动键，上下左右移动光标，在命名或输入信息时可以选择０－９和Ａ－Ｚ字母。

１、系统初始化开机后出现卫星状况画面，按菜单键，选择设置，进入设置画面，选择初始化设置，进入区域画面，选择ＡＳＩＡＥＡＳＴ（东亚），确定后进入地区画面，选择所在地区（如ＣＨＩＮＡＮＥ中国东北），退出后，选择坐标系，一般用经纬度坐标和公里坐标退出后，选择基准地图，进入后选择ＷＧＳ８４（世界通用基准地图），系统初始化设置完成。

ＧＰＳ接收器是以ＷＧＳ８４坐标系（经纬度坐标系）为根据而建立的。

我国目前应用的１：５万、１：２．５万、１：１万的地形图属于１９５４年北京坐标系（ＢＪ５４），通常叫公里网坐标，ＧＰＳ接收器已经预设了ＷＧＳ８４和公里网坐标的转换公式，如果选择公里网坐标系必须进行参数设置，修改当地的中央经纬线，进入坐标系选择后，按３次确认键，修改向东偏移量（５０００００米）后，再按２次确认键返回设置画面。

２、ＧＰＳ的误差校正用ＧＰＳ去测量已知坐标点得到坐标ＮＧＰＳ和三、基本操作方法ＥＧＰＳ，计算两者的差值：ΔＮ＝ＮＧＰＳ－Ｎ和ΔＥ＝ＥＧＰＳ－Ｅ，一般情况下从地形图上直接仔细量取多个易于确定的特殊点的坐标，与ＧＰＳ测定坐标进行比较，取平均差值，将ＧＰＳ坐标系参数中的ＦＡＬＳＥ′Ｅ′（东西偏差）和ＦＡＬＳＥ′Ｎ′（南北偏差）进行更改，可取得当地的基准坐标。

或在计算中将偏差值减去。

３、当地中央经线经度设置选择公里网坐标要计算出当地的中央经线。

１：２．５万和１：５万地形图采用６度分带投影，即经度为６度，从零度子午线开始，自西向东每个经度６度为一个投影带，全球共分６０个带，用１、２、３┈６０表示，即东经０－６为第一带，其中中央线的经度为东经３度，东经６－１２度为第二带，其中中央经线为９度。

计算当地所处带数，用当地东经整度数除以６，取商的整倍数加１．如某地位于东经１１０度，中央经线为１１０÷６≈１８．３，１８＋９＝１９，即位于１９带。

１：１万的地形图采用了３度分带，从东经１．５度的经线开始，每隔３度为一带，全球共分１２０个投影带，即东经１．５－４．５度第一带，其中中央经线的经度为３度，计算方法同上。

６度带中央经线经度计算：当地中央经线经度＝６°×当地带号－３°，如地形图上的横坐标为１９３０５，其中１９为带号，３０５为横坐标值。

６度带的中央经线经度为：６°×１９－３＝１１１度。

（适用于１：２．５万和１：１万地形图）３度中央经线经度计算：３°×当地带号。

（适用于１：１万地形图）ＧＰＳ技术在林业工程规划设计、确定林区面积、测定林班界线、道路位置、造林施工放样、林地复位等方面可以发挥其独特的重要作用。

在林地中进行常规测量相当困难，而ＧＰＳ定位技术可以发挥它的优越性，精确测定森林位置和面积、绘制精确的森林分布图等。

可大大节省人的体力，特别是在测量工作中，可以减少测量时烦琐工序和繁重仪器的运输，提高工作效率。

１、测量主要内容四、ＧＰＳ在林业中的具体应用科技纵横－６－１．１、面积测量ＧＰＳ３２０（３１５）有两种方法测量面积，一种是直接绕测，该方法操作简单。

开机定位后，用翻页键进入“轨迹”画面，按菜单键（ＭＥＮＵ），进入菜单画面，选择开始计算面积，按确认键，面积归零，开始绕待测地外缘行走，完成一个闭合轨迹后（这期间不能离开“轨迹”画面）。

再按菜单键，选择计算面积结束，确认后系统返回“轨迹”画面，面积后面的数字即为此闭合轨迹的面积。

该方法测量的误差相对较大，同时在绕测时，不能同时进行单点定位操作。

另一种方法是将小班各拐点依次存入航线求面积。

具体操作如下：定位后，选择小班一个拐点作为起点，按保存航点键（ＭＡＲＫ）将光标移动到“保存到航线”，确认后出现航线菜单，选择其中的一个空航线，按确认键。

重复操作，将各拐点依次保存到同一航线中（在此同时，航线名称中会显示起始航点和终结航点）。

ＧＰＳ３２０（３１５）可连续储存２０条航线，每条航线最多可储存３０个航点，选择航线，在航线菜单中，选择已存航线，按菜单键（不要按确认键），选择“查看地图”，按确认键，出现航迹画面，上部数据一个为小班周长，另一个为小班面积。

查看各航线中的航点坐标，可在菜单“航点”中选择目标点，按确认键即可出现目标点的航点坐标。

该方法面积测量误差小，可同时完成小班拐点定位和面积测量。

测量面积经过多次对比试验，用ＧＰＳ和罗盘对多种面积地块分别测量，对此面积越大两者差距越小，面积越小两者的差距越大。

见表：综合对比，面积在１００００ｍ以上的地块，测量适宜用ＧＰＳ测量，面积在１００００ｍ以下的地块应用罗盘仪或测绳求积。

对不规则地块测量面积应用ＧＰＳ航迹测量的方法，对规则地块宜用航线测量。

测量面积时，两种方法结合使用，可充分发挥ＧＰＳ的功效。

１．２、单点定位。

开机定位后，按保存航点键（ＭＡＲＫ）进入标准画面，用方向键选择要编辑的项目（点号、图标和创建信息），确认后，开始编辑，用方向盘上的左右键移动光标，上下键选择字母和数字，确认后，完成编辑，用上下键选择保存航点，确认后，返回。

到上一个点的定位操作完成，在该点号中保存了点号、图标、坐标、海拔高度、时间、日期和创建信息。

１．３、距离测量在测量距离时，可用ＧＰＳ的导航功能，进入导航画面，导航画面中的“里程表”和“航程表”用菜单键可以清零。

沿待测边从一端行至另一端，可直接读出两地之间的距离。

此距离为行走轨迹的距离，不是两点间直线距离。

要测两点之间的直线距离，可将起始点和终结点分别单点定位后，利用ＧＰＳ的导航功能，选择一点对另一点导航，ＧＰＳ导航画面上出现两点间的直线距离。

１．４、地点复位对已知点或图纸上的点，在实地进行复位，可用ＧＰＳ导航功能，进入导航画面。

按导航键（ＧＯＴＯ），输入已知点或图纸上的点的坐标，确认后，按照ＧＰＳ的提示向目标点行进，接近已知点或图纸上的点的实地位置，ＧＰＳ自动提配，直到准确找到实地位置。

２、林业中实际应用２．１、森林分布区划２２１１３３３０３３３７７０．２２１０６０６０６６０６２４１８０．０３９５３３５３５２０．４１８１２８７０１２８８５１５０．１２７１６６６１６７０４０．２４６５３３３５３４５１２０．２２５８０００４０８００２００１６００．０２４４６６６９０４６６６８３０１４００．０３３３０００１５３００１０５９００．０３２１０５３３８１０５３７０３２０．０３１４６６９０４６７０４１４０．０３地块号面积（ｍ）２ＧＰＳ罗盘差距（ｍ）差率（％）２科技纵横－７－测定林区面积和位置。

林区一般地形复杂、通视困难，常规测绘很难实现；用ＧＰＳ测绘，不受地域限制，只要保证接收机的信号质量，测站点无须通视，操作简单，定位精度高，全天候作业，可节省大量测绘工时，大大提高工作效率，保证测绘结果的准确性。

同时利用单点定位信息可适时按比例展绘森林分布平面图和在地形图上标注具体的位置。

２．２、林业工程规划设计林业工程规划设计必须到实地进行测量和勾绘，进行大面积工程规划时，由于受地域、视力范围的限制，只能进行粗略规划。

应用ＧＰＳ导航仪，可轻松实现精细规划。

根据实地情况，灵活布点测量，创建各点的信息（包括土壤、地型、位置等），建立控制网，按照不同的地类或区域进行分割，实现林业工程规划可行性和合理性，做到精细规划。

在内业整理时，可应用ＧＰＳ测量的各控制网点的信息和记录，在地形图上展绘，按照规划要求分块设计。

使工程规划位置准确、图地统一，精确细致。

测量时，如果选择公里网坐标，可直接在地形图上找到对应坐标点，进行展绘。

如果选择经纬度坐标系，要进行经纬度与图纸距的数据转换，为展绘图形提供简便方法，换算公式为：纬度１秒（分）代表地形图上的距离＝地形图高度（ｃｍ）／地形图纬度跨度（秒或分）经度１秒（分）代表地形图上的距离＝地形图宽度（ｃｍ）／地形图经度跨度（秒或分）实测点在地形图上的垂直位置＝（实测点纬度－图纸左下角纬度）×纬度１秒（分）代表距离提要实测点在地形图上的水平位置＝（实测点经度－图纸左下角经度）×经度１秒（分）代表距离垂直距离与水平距离的交会点，即为实测点在图纸上的位置。