在林业中的应用

1、GPS原理及应用课程论文GPS在林业领域中的应用邓 柳（2009121020）方 栗（2009121024）陈 超（2009121048）09级资源环境与城乡规划管理1班二一一年十一月目 录1.全球定位系统（GPS）的简介22.GPS在林业中的应用功能23.GPS在林业调查规划中的应用34.GPS在林业资源管理中的应用75. GPS在林业其他方面的应用96.总结10参考文献111.全球定位系统（GPS）的简介在森林、树丛和山系中考察时，如何辨别方向，如何返回，是林业工作者面临的实际问题。森林、树丛中没有定位、导向路标，如何返回出发地和标本采集地亦是难题。有许多人在科学考察中可能有过时间长短不一

2、的迷路经历。全球定位系统（GPS）的出现，是林业工作者在野外有了新的导向、定位工具。GPS利用分布于外层空间的多颗卫星为地球表面任意一点提供定位、导航和测绘服务。除了军事用途外，GPS也广泛用于民用。GPS定位导航仪利用接到的卫星播放的信号，经过几何计算来确定位置。全球定位系统播放卫星星历和卫星位置推算信号，前者给出系统中每一颗卫星的位置和状况，后者给出播放信号之卫星的定位信息。GPS定位导航仪接到信号后，根据接收信号的时间与发射初始时间之差计算出定位导航仪与卫星之间的距离。当算出与至少三颗定位卫星之间的距离后，GPS定位导航仪就能确定其在地球表面的空间位置。现在，全球定位系统接收仪的体积越来

3、越小，象袖珍计算器的大小，重量不足400克的手持式全球定位系统定位导航仪的面世，给野外的定位、导向和测速带来了极大的便利。使用全球定位系统能在两分钟内确定工作人员所在位置的经纬度和海拔高度。其天线亦可以分离安装在汽车的挡风玻璃上。民用型GPS定位仪的单机精度一般为15米，实际使用时定位精度可能更高些。目前，人们提出了几种校正GPS定位导航仪精度的方法，如位置差分、伪距差分、载波相位差分等。对于林业工作者而言，尤其是长期在野外工作的人员，其活动范围常常达到数公里、数十公里，对于在野外的定向，即使误差15米目标物一般也已在肉眼可见范围内。然而，当进行高精度测量时，就必须利用上述方法进行校正。2.G

4、PS在林业中的应用功能2.1GPS定位功能在野外工作中确定位置是定向测距的第一步。GPS定位导航仪具有自动抽样定位功能。有些型号能每10分钟自动开机定位将数据记录于缓冲区，然后自动关机，有的能够连续25小时自动定位记录信息。利用GPS的定位功能，不但可以将标本或数据采集地点的精确位置记录下来，而且依靠其导向功能多少年后，即使地表景观和标志物改变了，亦能找到过去的标本采集地点，并不需要借助地图。这一优点在大海、大湖、沙漠和林业中显得更为重要。通过GPS可以将地理位置转化成GIS的数据格式并输入到GIS中，通过GIS来产生地图，如过火区边缘，交通道路，防火隔离带都可以用GPS将其采集到GIS中。G

5、PS可以把野外采集到的地理位置转化成点、线、或多边形数据。GPS与扑火队伍和运载配备GPS和相应的通讯设施后，就可以将队伍行进的位置和路线及时传输到指挥部的GIS系统之中，GIS就可以准确地定位到地图之中。从而就可以对行动的方向、位置、到达的目标地，及时的纠正和调整。2.2 GPS测距功能利用输入定位点数据，或某地点的经纬度和海拔高度，GPS定位导航仪能计算地球表面上任意两点间的距离。在野外工作中，可以将出发点或工作点储存为定位点。然后可随时测定距这地点的距离。亦可测定任意两个定位点间的距离。于是，解决了野外样线调查时样线长度的测定。样线的长度常达数千米或数万米，若用皮尺和记步器测定，或是无法

6、实现或是误差较大。当我们研究野生树种的生长区域或生长地点时，利用GPS定位导航仪将这些地点定位并储存后，可以研究某些树种在某些区域的分布，以及这些树种的生存条件如地理位置、地貌、气候、湿度，同时也可研究该林区的整个生态系统的不同组成的分布。当测定某树种的分布区域时，只要将分布区的最宽处两点定位，GPS定位导航仪均能在瞬间计算出分布区域的宽度，也可通过测得的数据算出其面积。同时把不同的树种的数据记录并描绘成图，就可以得到该区域内树种的分布图，并可根据最新发现随时更新旧图。2.3GPS测速与导向功能GPS具有测定速度和方向导航的功能。在人迹罕至、地形复杂、地物丰富和交通不便的偏远山区，尤其原始森林

7、、天然林中大树遮天，面积广阔，难辨方向，常常造成工作人员迷失方向，GPS的导航功能可以使人们顺利的找到出发的起始地点。3.GPS在林业调查规划中的应用手持GPS接收机是林业系统目前主要的面积测量工具之一。在林业规划设计、检查验收以及中广泛应用。现将GPS 72在林业调查规划中的应用介绍如下。 3.1开机关机 按住红灯泡键2 s后即开机,在开机状态按住红灯泡键2 s后即关机。 3.2界面设置 开机后连续按翻页键3次,即可迅速进入第一界面捕捉卫星界面,该界面可观察搜寻卫星状况。建议将该界面左上角和右上角显示内容分别设置为高度和精度。再按翻页键进入第二界面地图导航界面,建议用以上方法将本界面左上角和

8、右上角显示内容分别设置为方位和当前距离。再按翻页键进入第三界面罗盘导航界面,建议用以上方法将本界面左上角和右上角显示内容分别设置为转向角和当前距离。再按翻页键进入第四界面公路导航界面,建议用以上方法将本界面左上角和右上角显示内容分别设置为速度和里程表。再按翻页键进入第五界面当前航线界面。建议用方向键左右动其显示内容设置为段距离。 3.3参数设置 “时间”格式设置 在任何界面,连续按菜单键2次弹出主菜单,用方向键将光标移到设置按输入键,显示屏最上一行显示综合、时间、单位、坐标等项目,用方向键将光标移到时间,再将光标移至时间格式下面方框,按输入键弹出小菜单,用方向键将光标移到24 h按输入键,时间

9、格式下面方框显示24 h;用方向键再将光标移至夏时制下面方框,按输入键弹出小菜单,用方向键将光标移到否按输入键,夏时制下面方框显示否;用方向键再将光标移至时区下面方框,按输入键弹出小菜单,用方向键将光标移到北京按输入键,时区下面方框显示北京;当前日期、当前时间、阴历日期属卫星自动调整项目,人工不能调整。 “单位”格式设置 用方向键将光标移到单位,用同上时间格式设置方法将高度下面方框设置为米,深度下面方框设置为米,距离和速度下面方框设置为公制,温度下面方框设置为摄氏度,方向显示下面方框设置为度,速度过滤下面方框设置为自动。 “坐标”格式设置 (1)用方向键将光标移到坐标,再用方向键将光标移到坐标

10、格式下面方框,按输入键弹出小菜单,再用方向键将光标移到User UTM Grid按输入键弹出自定义坐标格式,将光标移至中央经线下面方框按输入键,光标打在第1个字母上,用方向键上下按动将字母改为E。用方向键将光标向右一位位移动,用方向键上下按动,将数字一位位设置为105°00000按输入键,中央经线下面方格显示105°00000;该数依所用图幅比例、所在纬度带而定(15万地形图,相连两带中央经线相差6°,如互助县17°带范围选择99°00000,18°带范围选择105°00000;11万地形图,相连两带中央经线相差3°

11、;,如:37°带范围选择111°00000,38°带范围选择114°00000)。用方向键将光标移到投影比例下面方格,用同样的办法将投影比例设置为+1.0000000,将东西偏移设置为+500000.0 m,南北偏移设置为+0.0 m。将光标移至存储按输入键,坐标格式下面方格中显示User UTM Grid。 (2)用方向键将光标移到坐标系统下面方格,用同样的办法将坐标系统中DX、DY、DZ、DA、DF 5个参数分别设置为+9、-138、-69、-108、+0.000 000 5(不同的地域范围5个参数也不尽相同,这5个参数适合青海省互助县范围内使用)。

12、特别注意,在前4个参数输入时,要首先用方向键将光标移到最右边,直到听到连续2声嘟嘟响,然后开始输入参数的小数点后的一位数,然后将光标向左移一位,这时再输入小数点前一位数的个位数,小数点不用输入,再向左移一位光标,输入十位数,再向左移一位光标,输入百位数。5个参数输入完成后,将光标移到存储按输入键,光标打在坐标系统下面方格中User上。用方向键将光标移到北基准下面方格中,按输入键弹出小菜单,再用方向键将光标移到网格北按输入键,北基准下面方格显示网格北。(3)磁偏角属于自动显示,人工不能调整。 3.4存储坐标点 输入已知坐标点名称或代号 在任何界面(共有5个主界面),按输入键2 s后,出现标记航点

13、页面,用方向键移动光标到第1行(航点名称或代号处),按输入键,再按“+”或“-”号显示拼音及数字键盘,用方向键在数字小键盘中选中要输入的数字,按输入键确定(号码有几位就要输入几次),直到代号输入完整后,用方向键将光标移到“OK”处按输入键,光标打在坐标点代号上,即完成了已知坐标点代号的编辑。 输入已知坐标值(以米为单位) 在完成已知坐标点代号的编辑后,用方向键将光标向下移动到坐标下面方格内,按输入键后,光标打在横坐标的百万位上,用方向键上下按动,将百万位确定为0(代表坐标系带号),再用方向键将光标向右移动一位,用方向键上下按动确定十万位数字,用同样方法确定万位、千位、百位、十位、个位上的数字。

14、继续用同样方法确定纵坐标各位上的数字。当纵坐标个位上的数字确定后,按输入键,光标选中全部坐标值,这时应检查纵横坐标值是否正确,如正确,用方向键将光标向下移动到右下角的确定上,按输入键,即完成已知坐标点的存储。 注意:坐标值单位是米,如果已知坐标值不是米,必须先转换为米,带号用0表示;输入时上排为横坐标,输6位数,下排为纵坐标,输7位数。 3.5导航(以GPS单点导航为例,机内必须存有航点) 在任何界面按导航键,弹出导航菜单,移动光标选中航点2个字按输入键,出现航点按名称查找页面,光标打在最上方方格内航点代号的第1位数字上,按翻页键,光标选中中间方格内某一个航点代号,用方向键将光标移到目标航点代

15、号(存点多的时候可采用条件查找目标航点号),按输入键即开始导航。这时可通过按翻页键,从不同的界面看导航方式和导航指标。 3.6面积测算 面积测量有3种方法,该文以航迹测量为例具体如下。使用GPS 72“面积计算”功能(航迹测量),此方法是直接将单个地块边界自动记录并保存为一条航迹的方法。主要操作步骤:抵达待测地块边界的起点;进入GPS 72主菜单,选择“天文”选项,再选择“面积计算”选项,进入“面积计算”页面;在“面积计算”页面,按下“开始按钮”开始测量;沿地块边界行进,回至起点处;在“面积计算”页面,按下“停止按钮”停止测量。屏幕显示该地块边界(航迹)的图形及面积数字;按下“存储”按钮保存进

16、入该航迹页面,再按“确定”按钮保存该地块边界为一条航迹。采用这种方法,仪器自动记录、测量,对操作者的要求不高,但地块面积较小时,测量精度不高,误差较大。 4.GPS在林业资源管理中的应用4.1利用GPS技术进行森林资源样地定位在我国森林资源清查中，固定样地的定位与复位测量是采用地形图引线定位和直接搜寻样地的方法，此法费工费时而且精度较低。GPS技术的快速动态定位特性，为上述工作提供了有力的技术支持。差分定位是目前GPS最为广泛使用的方法，其基本思路是：借助一个已知精确位置的参考点（一般为国家级测量控制点）和一个数据通信链（无线电），使用GPS接收机和电台达到运动载体实时精确动态定位的目的。差分

17、方法有伪距差分、坐标差分、相位差分3种。利用差分GPS导航功能，只要输入固定样地的纵横坐标，按导航方向可直接到达样地中心。通过2003年连续清查使用GPS技术发现，较以前方法提高工作效率2倍以上，且精度极高。4.2GPS用于林地面积实时测量和地界划分传统的森林面积的量测是建立在模拟地图或数定地图的基础之上，如，方格网法、条带网法、图形称重法、机械求积仪法、电子求积仪法、解析法等。这些方法环节多，测定结果精度较低。因此，有关专家开始研究把DG-PS用于面积量算，来进行林界的划分、森林资源的管理等工作。这种方法所测边界8点坐标为直接测量，面积计算采用多边形法，林地量测面积精度较高。如：各种道路网、

18、局界、场界、林班界、两荒界、采伐迹地、火烧迹地、农田河流、水流、居民地街区等等，精度达分米级。和地界划分利用GPS导航伐开境界线，如平坦地林班线的伐开和确立标桩。4.3利用测量GPS的仪器建立林区GPS控制网点这些具有精密坐标的基准点，是林区今后各种工程测量作业必须参照的位置基准，如仪器坐标误差修正，道路、农田、迹地等的勘测。4.4用于森林资源管理森林资源管理是林业当前乃至今后重中之重的工作，如采用GPS进行管理可提高工作准确性和高效性。设计踏查使用GPS对准备采伐的伐区、小班进行踏查，初步确定小班及伐区的位置、面积、运材线路等，经过内业进一步筛选后，确定需采伐的小班；对占用的林地，使用GPS

19、进行初步定位、量测，以决定是否审批或初步计算各种补偿费用。采伐设计在采伐设计中，可使用GPS定位、求面积、割分采伐小班，将GPS采集的数据提供给资源管理GIS，能够绘制采伐设计图，还可用于运材林道的设计等等。林地管理林地资源是林业生存与发展的基础。对各种征占、侵占林地的行为，可用GPS准确定位、求面积，将GPS采集的外业数据提供给GIS，绘制出被征占、侵占林地的准确位置、面积及图形。验收检查在对采伐的小班进行验收时，使用GPS可快速、准确地定位所采伐的小班位置是否正确、面积是否准确、是否超边越界等。毁林案件勘察毁林案件勘察乱砍滥伐、毁林开垦、蚕食林地、放牧毁坏造林地等的林政案件时有发生，使用G

20、PS可快速、准确地勘察被毁林地的位置、面积，并可用GPS采集的数据，绘制出被毁林地的位置图，为案件的处理提供准确数据。4.5用于森林防火GPS技术在森林防火上可发挥重要作用。我省较早利用的如沾河林业局，利用差分GPS技术，在防火飞机的环动仪上安装热红外系统和GPS接收机。防火飞机巡飞时，如有火情热红外系统立刻发现并被GPS确定发生位置的精确坐标，配合地面防火塔，迅速向地面接收站报告。GPS和地形图配合使用，可以确定林火的进展情况。用GPS确定林火的位置，在地形图上绘帛火场示意图。这样就可以及时地掌握林火的发生范围、面积等。为采取相应的扑救措施提供了依据；依靠GPS的导航功能，可实施飞机直接灭火

21、措施。首先把火场的位置信息输入到GPS接收机，然后利用它进行导航，快速寻找火场，实施快速灭火（如，喷洒灭火剂、运送灭火队伍等到）。4.6利用GPS进行飞机播种造林利用GPS的导航功能，可以更有效地实施飞播造林工程。这种方法可以减少地面工作人员数量、降低劳动强度、节约飞播经费、加快了飞播进度，为实施大面积、大规模造林工程提供了技术保障。4.7利用GPS进行病虫害防治目前，国家正在实施天然林保护工程，建立全国天然林保护工程信息系统，这一系统的技术核心是计算机网格技术、“3S”技术和多媒体技术。病虫害防治是天然林保护工程中必须考虑的专业问题，研究利用GPS进行大面积病虫害防治方法具有现实意义。国内外

22、许多从事林业的专家已经在这方面进行了初步研究。应用GPS为林业飞防导航，可以摆脱庞大的地面指挥和信号系统，减少车辆、通讯设备和人员的使用，降低组织工作的难度，减少人力、物力和财力的浪费，降低防治成本；免除地面指挥人员和信号队员饱受日晒和药薰之苦，降低劳动强度，提高工作效率；对于山高林密的作业区，信号队员不易到达或不能及时到位，人工导航漏喷或重喷现象严重，GPS导航很好地解决了这一问题。应用GPS导航可以彻底摆脱地面信号标志和人工信号队导航。广西应用飞机喷撒白僵菌原粉防治马尾松毛虫有20 多年的历史，GPS导航技术的应用将使飞防工作迈上新的台阶。5. GPS在林业其他方面的应用5.1GPS在森林旅游及探险中的应用森林旅游多在人迹罕至、地形复杂、地物丰富和交通不便的偏远山区，尤其原始森林、天然林中大树遮天，面积广阔，难辨方向，常常造成游人的失踪和消亡。GPS 接收机已被徒步山林旅行、森林荒漠探险、森林草地狩猎的人们视为“护身符”。同时利用安装在旅游车上的GPS ，实时获得汽车位置、运行速度和方向，加上“