浅谈GPS在森林资源连续清查中的应用

孙冬婵，张鹏飞

(黑龙江省林业监测规划院，黑龙江 哈尔滨150080)

目前，森林资源监测中存在的问题是估计系统有偏，其中监测样地设置偏离正确位置，复查时样地丢失成为主要原因。因此，提高手持式GPS定位精度，使之能够满足森林资源连续清查监测样地的设置要求，从而消除由于监测样地设置不准、复查困难等原因引起的监测系统有偏估计。

1 GPS的工作原理

GPS工作过程可分为5个逻辑步骤：(1)利用GPS卫星做后方交会测量；(2)GPS接收机用无线电信号的传输时间来测量距离；(3)测量时间，精确地定时；(4)利用GPS高轨运行，获得卫星在太空中的确切位置；(5)改正信号在经过大气层时造成的延迟。

2 GPS的应用

美国GPS系统是以世界大地坐标系(WGS—84)为基准坐标建立的，而在我国54坐标系下，如不进行订正，误差可达50～60m，甚至可达100m。因此，GPS参数确定及验证是GPS应用的关键。

黑龙江省森林资源监测总体东西横跨21、22、23三个6°坐标带，南北纵跨44～51八个纬度线，由于使用地域范围较大，在保证GPS使用精度的前提下，需对全省进行统一求取平均参数，使得GPS的使用更为便利。

2.1 参考椭球长轴差da及扁率差df的求算

在世界大地坐标(WGS—84)中，地球椭球长半轴是6378137m，扁率是1／298.257223563。

在克拉索夫斯基椭球坐标(北京54)中，地球椭球长半轴是6378245m，扁率是1／298.3。

因此长轴差等于-108m(即世界大地坐标系地球椭球长半轴减去克拉索夫斯基椭球坐标系地球椭球长半轴)，扁率差约等于0.0000005(即世界大地坐标系扁率减去克拉索夫斯基椭球坐标系扁率)。

2.2 dx、Dy、dz的求算

在黑龙江省49个B级坐控制点中，选取能够控制森林资源监测总体的3个坐标点，从而获得(x，y，h)的坐标值，本次选取的是FT3、FT7、FT10。

2.2.1 将GPS在 WGS—84坐标系设置下，分别在3个选取点上测得(x，y，h)84坐标值，通过高斯投影反算公式和大坐标空间直角坐标转换公式，分别求得3个点的(b，l，h)84和(x，y，z)84的值：

2.2.2 同理，在已知3个点(x，y，z)54坐标值情况下，分别求得3个点的(b，l，h)54和(x，y，z)54的值。

2.2.3 求算每个点(x，y，x)坐标的差值，即为每个点的在世界大地坐标系和克拉索夫斯基椭球坐标系下横坐标，纵坐标，竖坐标差值。

2.2.4 求取平均差值。即将横坐标，纵坐标，竖坐标差值取平均值。

最终通过计算求得黑龙江省林区54坐标系平均参数：dx54为21，dy54为-155，dz54为-78，da54为-108，df54约为0.0000005。

2.3 参数的验证

主要方法有2种：

2.3.1 从B级控制网点中获取其他控制点的坐标值，利用GPS仪器到控制点位上测取(x，y，h)坐标值进行对比。例如杨马架差值为-4.46m、3.05 m、5.7m，前进砖场-3.28m、-9m、6.5m，枝子山4.62m、4.54m、5.7m。

2.3.2 在54坐标系地形图上选择明显地物进行量算坐标值，再利用GPS到现地测取坐标值进行比对。例如新岭差值为-8m、4m、-7m，三岔河4 m、-5m、9m，邹家堡-4m、-8m、-7.7m。

通过两种验证比较手持式GPS-12cl仪器测量的x、y平均绝对差值小于4～6m，可以满足森林资源连续清查监测样地定位工作的需要。

3 结论

通过研究分析发现，影响工作效率的主要原因有2个方面：一是调查样地客观环境条件，如：道路网密度、居民点密度，相对海拔高度地形地物的明显程度，引点至样地引线距离；二是调查员素质高低。

经过对全省54坐标系及80坐标统一进行坐标转换求取参数，使手持式GPS定位误差由原来60多m，降低到5～7m。消除了森林资源连续清查中因监测总体中部分样本单元空间位置失控而产生有偏估计的问题，使样地复位率达100%；解决了判读样地与监测样地的空间配准问题，提高了各地类属性的正判率；提高工作效率30%～35%，降低劳动强度20%左右，并为“3S”技术的推广奠定了基础。

[1]马建维.森林调查学[M].哈尔滨：东北林业大学出版社，1995

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