淺談GPS在森林資源連續(xù)清查中的應(yīng)用

孫冬嬋，張鵬飛

(黑龍江省林業(yè)監(jiān)測(cè)規(guī)劃院，黑龍江 哈爾濱150080)

目前，森林資源監(jiān)測(cè)中存在的問(wèn)題是估計(jì)系統(tǒng)有偏，其中監(jiān)測(cè)樣地設(shè)置偏離正確位置，復(fù)查時(shí)樣地丟失成為主要原因。因此，提高手持式GPS定位精度，使之能夠滿足森林資源連續(xù)清查監(jiān)測(cè)樣地的設(shè)置要求，從而消除由于監(jiān)測(cè)樣地設(shè)置不準(zhǔn)、復(fù)查困難等原因引起的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有偏估計(jì)。

1 GPS的工作原理

GPS工作過(guò)程可分為5個(gè)邏輯步驟：(1)利用GPS衛(wèi)星做后方交會(huì)測(cè)量；(2)GPS接收機(jī)用無(wú)線電信號(hào)的傳輸時(shí)間來(lái)測(cè)量距離；(3)測(cè)量時(shí)間，精確地定時(shí)；(4)利用GPS高軌運(yùn)行，獲得衛(wèi)星在太空中的確切位置；(5)改正信號(hào)在經(jīng)過(guò)大氣層時(shí)造成的延遲。

2 GPS的應(yīng)用

美國(guó)GPS系統(tǒng)是以世界大地坐標(biāo)系(WGS—84)為基準(zhǔn)坐標(biāo)建立的，而在我國(guó)54坐標(biāo)系下，如不進(jìn)行訂正，誤差可達(dá)50～60m，甚至可達(dá)100m。因此，GPS參數(shù)確定及驗(yàn)證是GPS應(yīng)用的關(guān)鍵。

黑龍江省森林資源監(jiān)測(cè)總體東西橫跨21、22、23三個(gè)6°坐標(biāo)帶，南北縱跨44～51八個(gè)緯度線，由于使用地域范圍較大，在保證GPS使用精度的前提下，需對(duì)全省進(jìn)行統(tǒng)一求取平均參數(shù)，使得GPS的使用更為便利。

2.1 參考橢球長(zhǎng)軸差da及扁率差df的求算

在世界大地坐標(biāo)(WGS—84)中，地球橢球長(zhǎng)半軸是6378137m，扁率是1／298.257223563。

在克拉索夫斯基橢球坐標(biāo)(北京54)中，地球橢球長(zhǎng)半軸是6378245m，扁率是1／298.3。

因此長(zhǎng)軸差等于-108m(即世界大地坐標(biāo)系地球橢球長(zhǎng)半軸減去克拉索夫斯基橢球坐標(biāo)系地球橢球長(zhǎng)半軸)，扁率差約等于0.0000005(即世界大地坐標(biāo)系扁率減去克拉索夫斯基橢球坐標(biāo)系扁率)。

2.2 dx、Dy、dz的求算

在黑龍江省49個(gè)B級(jí)坐控制點(diǎn)中，選取能夠控制森林資源監(jiān)測(cè)總體的3個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，從而獲得(x，y，h)的坐標(biāo)值，本次選取的是FT3、FT7、FT10。

2.2.1 將GPS在 WGS—84坐標(biāo)系設(shè)置下，分別在3個(gè)選取點(diǎn)上測(cè)得(x，y，h)84坐標(biāo)值，通過(guò)高斯投影反算公式和大坐標(biāo)空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式，分別求得3個(gè)點(diǎn)的(b，l，h)84和(x，y，z)84的值：

2.2.2 同理，在已知3個(gè)點(diǎn)(x，y，z)54坐標(biāo)值情況下，分別求得3個(gè)點(diǎn)的(b，l，h)54和(x，y，z)54的值。

2.2.3 求算每個(gè)點(diǎn)(x，y，x)坐標(biāo)的差值，即為每個(gè)點(diǎn)的在世界大地坐標(biāo)系和克拉索夫斯基橢球坐標(biāo)系下橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)，豎坐標(biāo)差值。

2.2.4 求取平均差值。即將橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)，豎坐標(biāo)差值取平均值。

最終通過(guò)計(jì)算求得黑龍江省林區(qū)54坐標(biāo)系平均參數(shù)：dx54為21，dy54為-155，dz54為-78，da54為-108，df54約為0.0000005。

2.3 參數(shù)的驗(yàn)證

主要方法有2種：

2.3.1 從B級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)中獲取其他控制點(diǎn)的坐標(biāo)值，利用GPS儀器到控制點(diǎn)位上測(cè)取(x，y，h)坐標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比。例如楊馬架差值為-4.46m、3.05 m、5.7m，前進(jìn)磚場(chǎng)-3.28m、-9m、6.5m，枝子山4.62m、4.54m、5.7m。

2.3.2 在54坐標(biāo)系地形圖上選擇明顯地物進(jìn)行量算坐標(biāo)值，再利用GPS到現(xiàn)地測(cè)取坐標(biāo)值進(jìn)行比對(duì)。例如新嶺差值為-8m、4m、-7m，三岔河4 m、-5m、9m，鄒家堡-4m、-8m、-7.7m。

通過(guò)兩種驗(yàn)證比較手持式GPS-12cl儀器測(cè)量的x、y平均絕對(duì)差值小于4～6m，可以滿足森林資源連續(xù)清查監(jiān)測(cè)樣地定位工作的需要。

3 結(jié)論

通過(guò)研究分析發(fā)現(xiàn)，影響工作效率的主要原因有2個(gè)方面：一是調(diào)查樣地客觀環(huán)境條件，如：道路網(wǎng)密度、居民點(diǎn)密度，相對(duì)海拔高度地形地物的明顯程度，引點(diǎn)至樣地引線距離；二是調(diào)查員素質(zhì)高低。

經(jīng)過(guò)對(duì)全省54坐標(biāo)系及80坐標(biāo)統(tǒng)一進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換求取參數(shù)，使手持式GPS定位誤差由原來(lái)60多m，降低到5～7m。消除了森林資源連續(xù)清查中因監(jiān)測(cè)總體中部分樣本單元空間位置失控而產(chǎn)生有偏估計(jì)的問(wèn)題，使樣地復(fù)位率達(dá)100%；解決了判讀樣地與監(jiān)測(cè)樣地的空間配準(zhǔn)問(wèn)題，提高了各地類(lèi)屬性的正判率；提高工作效率30%～35%，降低勞動(dòng)強(qiáng)度20%左右，并為“3S”技術(shù)的推廣奠定了基礎(chǔ)。

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