基于GNSS RTK 在红河州草原综合监测样地调查中的应用研究

蒋大勇，阮方佑

（云南省林业调查规划院昆明分院，云南昆明 650200）

1 研究区概况

红河州州政府所在地在蒙自市，地处云南省东南部，北与昆明市、曲靖市接壤，南与越南交界，边境线长848km，河口和金水河两个国家一类口岸就位于红河州境内。是昆明通往越南河内经济走廊的至关重要的通道。地理位置东经101°47′～104°16′，北纬22°26′～24°45′，辖区面积32931km2；东西最大距离为254.2km，南北两边最大距离为221km，红河州最高海拔3074m，为金平县的西隆山，最低海拔76.4m（云南省海拔最低点），在河口县红河与南溪河交汇处，平均海拔1200m，北回归线由此穿过；红河州山区占地面积为85%；辖4 市9 县，红河州降雨量为815.8mm，年平均气温在18.6℃，全年无霜期337d。

云南省草原综合监测在红河哈尼族彝族自治州共布设70 个监测样地，分布在所辖的除河口瑶族自治县以外的4 市8 县。

2 GNSS RTK 技术的简介及工作原理

2.1 GNSS RTK 技术简介

GNSS 全称为global navigation satellite system，泛指所有卫星导航系统。RTK 实时动态差分法。GNSS RTK 是基于全球导航卫星系统的实时动态测量技术，主要由基准网站、流动站、数据处理中心和数据通信系统组成[1]。采用GNSS RTK 技术具有灵活、简单的优点，且观测时间短，定位精度高，不受通视条件、气候等因素影响。

2.2 工作原理

GNSS RTK 的工作原理是将基准站接收机置于已知、未知坐标参考点上，基准站接收到的可视GNSS 卫星信号通过无线通信网实时发给用户；用户接收机将接收到的卫星信号和收到基准站信号实时联合解算[2-3]，得到流动站平面坐标x，y 和正常高H[1，4-5]，并且估算出精度。

3 草原生态综合监测

3.1 目的任务

准确掌握红河州草地资源的类型、数量、分布、保护利用状况及其消长动态、变化情况，以及工程项目实施的成效等方面的情况。

3.2 监测方法

采用方法包含图斑监测、样地调查、数据库建设等方法开展综合监测工作，图斑监测时，对违法图斑只要对图斑的拐点进行坐标测量，就可获得违法图斑形状和面积，方法简单在此不赘述。本篇只涉及利用GNSS RTK 技术应用到样地调查中，利用GNSS 导航技术，按照预先设定好的样地位置对样地进行定位。当采用差分定位技术确保定位精度达到1m 以内时，可以直接进行样地定位。如果达不到精度要求，则需现地寻找明显地物点作为引点，采用引线定位方式定位。

3.3 草原监测样地调查

草地样地调查包括草地样地设置、样地地形、土壤等，以及草原类、草原型、植被结构等各项因子的调查、样地所在图斑信息验证等工作，并对草地的种类、生物量、质量、结构及其变化进行数据获取。利用GNSS RTK技术主要用于样地预设定位、样线终点端定位、高大草灌木样方放样、定位等工作。

（1）样地定位。利用GNSS 导航技术，按照预先设定好的样地位置当精度达到1m 以内时可进行样地定位。否则采用传统引线定位的方式进行定位。样地定位如图1 所示。

图1 样地定位

（2）样地中心点坐标获取。当样地中心点确定后，在中心点位置架设RTK 设备，当定位精度达到1m 以内时，获取中心点位置固定解坐标值，并做好记录。

（3）样地及标志设置。以样地中心点为圆心，设置一个半径40m，0.5hm2的圆形样地。若遇特殊情况，例如，落入细碎图斑的特殊样地，设置一个半径20m，0.125hm2的圆形样地。在样地中心点和3 条样线端点坐标位置处埋设钢管或PVC 管等固定标志。

（4）样方设置。样方设置包括观测小样方、测产小样方、高大草灌木大样方。①测小样方设置数量、位置及规格。数量：3 个，位置：3 条样线端点坐标位置处，样方对角线与样线重合。规格：2m×2m。观测小样方设置如图2 所示。②测产小样方设置数量、位置及规格。数量：3 个，位置：观察小样方周围5m 范围内，但不能与样线和观测小样方重叠规格：1m×1m。测产小样方设置如图3 所示。③高大草灌木大样方数量、位置及规格。数量：1 个，位置：以样地中心点的正西方向1m 作为东南角点设置正方形大样方规格：10m×10m。高大草灌木大样方如图4 所示。

图2 观测小样方设置

图3 测产小样方设置

图4 高大草灌木大样方设置

4 GNSS RTK 在草原监测样地中的应用

4.1 监测样地中心点定位、放样

草原监测样地使用GNSS RTK 实时定位精度可达厘米级。且有无须通视，操作简单等优点。具体操作时可先将预设定的样地位置中心坐标输入平板或手机等数据采集设备和RTK 工作手簿中，先用平板等数据采集设备采用GNSS 导航，按提示操作即可快速的找到样地中心点的位置，然后当样地中心点确定后，架设RTK设备，按RTK 提示及指引进行移动，当定位精度达到1m 以内时，在固定解的情况下获取中心点位置坐标值，并做好记录即可。

4.2 监测样地设置

设置一个以样地中心点为圆心，半径为40m，面积约0.5hm2的圆形样地。

具体样地设置可采用罗盘仪测角、皮尺量距等方法，但用此传统方法容易受地形条件、通视条件、仪器状况等多方面因素影响，造成工作任务量大，工作用时长，测量精度不容易达到要求，严重影响工作效率。

采用RTK 技术进行样地设置的具体方法：当RTK设备定位精度达到17cm 以内时，可直接利用RTK 设备，以样地中心点为基点，分别确定0°、120°、240°方位角，结合皮尺量距分别对3 条40m 长样线的端点进行确定。并分别在确定好的3 条样线端点位置架设RTK设备，采取端点固定解坐标值，并做好记录。

特殊情况处理：①当0°样线难以布设时，可以调整角度，但应保持样线夹角120°。②现地图斑很破碎的样地，样线长度调整为20m，设置一个半径20m，0.125hm2的圆形样地。草原样地设置如图5 所示。

图5 草原样地

4.3 监测样方设置

利用GNSS RTK 技术主要应用在10m×10m 高大草灌木大样方的测设上，具体操作方法如下。

（1）将从RTK 直接获取的草原样地中心点坐标录入RTK 手簿。

（2）利用编制好的excel 表求算出高大草灌木大样方的4 个角端点理论坐标。

（3）将带有4 个角端点理论坐标的excel 表转换为csv 格式文件，通过文件导入加载到RTK 手簿程序中。

（4）在点放样选取放样库找到4 个角端点坐标，点放样后，根据提示移动RTK 设备找到每个角的端点坐标位置，当精度在17cm 以内时就可以点击测量保存端点坐标值。

（5）在4 个端点处插入花杆，用皮尺围好后即完成10m×10m 高大草灌木大样方的测设。

4.4 应用实例

本文以红河州建水县17 号样地举例：①用RTK 找到样地中心点后进行回采后获得回采中心点坐标，录入RTK 手簿表中。样地中心点回采坐标如表1 所示。②用编制好excel 表求算出3 条样线终点端点坐标和高大草灌大样方四个角端点坐标。样地各端点及高大草灌大样方端点回采坐标如表2 所示。③将计算好坐标的excel 表转换为csv 格式文件，通过文件加载方式导入RTK 手簿程序。④依次选择需放样的各个端点，点取放样后按提示移动到点坐标处，达到定位精度进行回采坐标即可。RTK 手簿各端点放样点如图6 所示。

表1 样地中心点回采坐标

表2 样地各端点及高大草灌大样方端点回采坐标

图6 各端点放样点

5 应用效果

5.1 提高定位精度

如果采用传统的罗盘仪测角、皮尺量距的方法进行测量的话，容易受视线、地形、坡度等因素的影响，造成样地定位精度不准，样方周界测量角度偏移、测量精度不高的问题，而采用GNSS RTK 技术则较好发挥了定位准、测量速快的优点，而且厘米级的精度远远高于调查要求[5]，极大提高了草原样地每个端点的定位精度。

5.2 提高工作效率

如果采用传统方法进行样点放样，样地定位，容易受通视程度、引线清碍等客观条件影响，导致工作时间长，工作效率不高。采用GNSS RTK 技术则不受这些因素影响，大大缩短采点定位时间，工作效率提高，劳动强度降低。

6 结语

GNSS RTK 技术在这次红河州林业和草原监测方面的应用尚处于起步阶段，还需经过大量实践，但通过这次红河州草原综合监测样地调查工作可以看出与传统调查对比，GNSS RTK 技术的优点是定位精度高，使用时间少，节约了工作成本，提高了工作效率，实现林业和草原工作的精准化，值得推广应用。