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【摘 要】GPS技术在森林资源连续清查中应用的研究，是以提高GPS定位精度为研究重点，解决森林资源监测体系中因总体样本单元空间定位有误而产生有偏估计的问题；GPS定位精度的提高，使先进的遥感（RS）技术与现有的资源监测体系通过数学手段联系起来这一构想成为可能，从而提高了监测总体的估计精度。其意义在于将GPS这一先进定位仪器引入到森林资源调查工作中，提高定位精度，使监测对象准确无误，使森林资源调查中的导航、定位工作具有时代的先进性；通过数学双重比估计手段将森林资源连续清查工作与现代遥感技术（RS）相结合，使各地类面积估计精度达到专题要求的精度，使传统的监测体系得到充实和发展；将通过地理信息系统应用的研究，使森林资源连续清查信息管理更加可视化、动态化，结束长期以来森林资源连续清查工作只有数据没有专题图的历史。为此，项目的研究将对森林资源连续清查工作产生深远影响。
【关键词】森林资源;定位精度;GPS
0.引言
黑龙江省森林资源连续清查体系于1976年建立，截止2005年共计进行了七次连续清查（六次复查），为及时掌握我省的森林资源消长变化和林业发展决策提供了科学的依据，为全国森林资源监测提供了详实数据。在多年的森林资源监测工作中遥感技术得到广泛的研究及应用,积累了丰富的经验。但是遥感技术与传统监测体系相结合，遥感图像与固定监测样地的空间配准等问题，有待进一步研究。全球卫星定位系统简称GPS技术的全面应用研究对解决上述问题提供了基础。
目前,对于森林资源监测的重点问题是估计系统有偏，其中监测样地现地设置偏离理论正确位置，是造成森林资源有偏估计的原因之一，复查时样地因丢失而改设是现有监测体系有偏估计的又一重要因素。因此，研究提高手持式GPS的定位精度，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。研究重点是提高手持式GPS的定位精度，使固定样地设置、复查精准化。
1.研究对象、技术标准及使用资料
1.1研究对象
本次研究以黑龙江省74个市（县、区）林业局，380多处国有林场，955个乡（镇），108个国营农场，煤炭系统及其它行业的各地类土地面积为研究总体，面积2843.96万公顷，占全省总面积的60.8%。
1.2项目研究的技术标准
《黑龙江省森林资源连续清查细则》，《黑龙江省森林资源二类调查细则》，《黑龙江省森林资源连续清查判读细则》。
1.3使用资料
2000年黑龙江省市（县）林区森林资源连续清查成果资料，1990年版1∶5万比例尺54坐标系地形图1089幅 ，黑龙江省49个B级控制网点中FT3、FT7、FT10三个点做为GPS校正参数计算依据。计算机相关软件：方正智绘制图软件，参数计算软件，arcview及Guass-kruger坐标转换系统。
2.研究方法与内容
2.1研究方法
以森林资源连续清查体系为理论框架，对GPS技术运用于森林资源连续清查工作进行的研究。GPS的应用旨在通过计算确定GPS的校正参数，提高定位精度，确定连续清查监测样地空间位置，解决判读样地与固定样地的一致性，提高监测的工作效率。
2.2研究内容
GPS参数确定，黑龙江省市（县）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—51七个纬度线，GPS由于使用地域范围较大，经研究验证，在保证GPS使用精度的前提下，对全省进行统一求取平均参数，使得GPS的使用更为便利，参数具体求算方法是： 参考椭球长轴差da及扁率差df的求算，世界大地坐标（WGS—84）。
地球椭球长半轴a84=6378137m ，扁率f84=1/298.257223563，克拉索夫斯基椭球坐标（北京54），地球椭球长半轴a54=6378245m，扁率f54=1/298.3 ，长轴差 da54=a84-a54=-108，扁平差 df54=f84-f54=0.00000048≈0.0000005。
Dx、Dy、Dz的求算：在黑龙江省49个B级坐标控制点中，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。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：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。 即54（x，y，h），(B，L，H)，(X，Y，Z)5。
2.3参数验证
（1）从B级控制网点中获取其它控制点的坐标值，利用GPS仪器到控制点位上测取（x，y，h）坐标值进行对比。（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。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。而高程H值的测量相差在8m左右，故，GPS-12c仪器对高程测量没能达到较高精度，因此，在现实工作中不能使用GPS-12C仪器进行高程测量。本次TM图像公里网坐标系采用54坐标系，所以调查工作全部使用54坐标系参数。
3.结果与分析
本次研究其核心问题是如何提高GPS手持机定位精度，如何将新技术同传统监测体系相结合，提高各类土地面积估计精度；进而提高森林资源连续清查的工作效率，降低劳动强度，构建森林资源连续清查监测信息的动态管理平台。通过对“GPS”技术在森林资源连续清查中的应用研究取得了如下成果。
1)通过GPS应用的研究对全省54坐标系及80坐标系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多米，降低到5～7米。解决了森林资源连续清查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，使样地复位率达到100%。
2)GPS手持机定位精度提高及利用数学双重比估计手段实现了遥感图像新技术与现有森林资源监测体系的联接这一构想，使判读样地与匹配固定监测样地空间位置配准成为可能， 提高各地类估计精度。
3)通过GPS在森林资源连续清查应用研究中经综合计算、比较、分析、确定提高工作效率30%左右，大幅度地降低体力劳动强度。
4)效益比较结果表明，按照本次研究达到的精度需判读样地70%现地取样采集数据近5万个样地，按最低成本费平均每块样地100元，可需500万元，方可完成任务，而采用双重比估计的方法仅需经费100万元即可，可节省经费400万元。应用结果表明提高工作效率30%，按每次资源清查投入经费200万元计算，可降低成本60万元左右。
综上所述：本次GPS技术应用的研究，在全国率先将现代GPS技术与生产相结合，完成研究任务的各项指标，取得了较好的效益，为先进技术的推广奠定了基础。
【关键词】森林资源;定位精度;GPS
0.引言
黑龙江省森林资源连续清查体系于1976年建立，截止2005年共计进行了七次连续清查（六次复查），为及时掌握我省的森林资源消长变化和林业发展决策提供了科学的依据，为全国森林资源监测提供了详实数据。在多年的森林资源监测工作中遥感技术得到广泛的研究及应用,积累了丰富的经验。但是遥感技术与传统监测体系相结合，遥感图像与固定监测样地的空间配准等问题，有待进一步研究。全球卫星定位系统简称GPS技术的全面应用研究对解决上述问题提供了基础。
目前,对于森林资源监测的重点问题是估计系统有偏，其中监测样地现地设置偏离理论正确位置，是造成森林资源有偏估计的原因之一，复查时样地因丢失而改设是现有监测体系有偏估计的又一重要因素。因此，研究提高手持式GPS的定位精度，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。研究重点是提高手持式GPS的定位精度，使固定样地设置、复查精准化。
1.研究对象、技术标准及使用资料
1.1研究对象
本次研究以黑龙江省74个市（县、区）林业局，380多处国有林场，955个乡（镇），108个国营农场，煤炭系统及其它行业的各地类土地面积为研究总体，面积2843.96万公顷，占全省总面积的60.8%。
1.2项目研究的技术标准
《黑龙江省森林资源连续清查细则》，《黑龙江省森林资源二类调查细则》，《黑龙江省森林资源连续清查判读细则》。
1.3使用资料
2000年黑龙江省市（县）林区森林资源连续清查成果资料，1990年版1∶5万比例尺54坐标系地形图1089幅 ，黑龙江省49个B级控制网点中FT3、FT7、FT10三个点做为GPS校正参数计算依据。计算机相关软件：方正智绘制图软件，参数计算软件，arcview及Guass-kruger坐标转换系统。
2.研究方法与内容
2.1研究方法
以森林资源连续清查体系为理论框架，对GPS技术运用于森林资源连续清查工作进行的研究。GPS的应用旨在通过计算确定GPS的校正参数，提高定位精度，确定连续清查监测样地空间位置，解决判读样地与固定样地的一致性，提高监测的工作效率。
2.2研究内容
GPS参数确定，黑龙江省市（县）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—51七个纬度线，GPS由于使用地域范围较大，经研究验证，在保证GPS使用精度的前提下，对全省进行统一求取平均参数，使得GPS的使用更为便利，参数具体求算方法是： 参考椭球长轴差da及扁率差df的求算，世界大地坐标（WGS—84）。
地球椭球长半轴a84=6378137m ，扁率f84=1/298.257223563，克拉索夫斯基椭球坐标（北京54），地球椭球长半轴a54=6378245m，扁率f54=1/298.3 ，长轴差 da54=a84-a54=-108，扁平差 df54=f84-f54=0.00000048≈0.0000005。
Dx、Dy、Dz的求算：在黑龙江省49个B级坐标控制点中，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。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：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。 即54（x，y，h），(B，L，H)，(X，Y，Z)5。
2.3参数验证
（1）从B级控制网点中获取其它控制点的坐标值，利用GPS仪器到控制点位上测取（x，y，h）坐标值进行对比。（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。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。而高程H值的测量相差在8m左右，故，GPS-12c仪器对高程测量没能达到较高精度，因此，在现实工作中不能使用GPS-12C仪器进行高程测量。本次TM图像公里网坐标系采用54坐标系，所以调查工作全部使用54坐标系参数。
3.结果与分析
本次研究其核心问题是如何提高GPS手持机定位精度，如何将新技术同传统监测体系相结合，提高各类土地面积估计精度；进而提高森林资源连续清查的工作效率，降低劳动强度，构建森林资源连续清查监测信息的动态管理平台。通过对“GPS”技术在森林资源连续清查中的应用研究取得了如下成果。
1)通过GPS应用的研究对全省54坐标系及80坐标系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多米，降低到5～7米。解决了森林资源连续清查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，使样地复位率达到100%。
2)GPS手持机定位精度提高及利用数学双重比估计手段实现了遥感图像新技术与现有森林资源监测体系的联接这一构想，使判读样地与匹配固定监测样地空间位置配准成为可能， 提高各地类估计精度。
3)通过GPS在森林资源连续清查应用研究中经综合计算、比较、分析、确定提高工作效率30%左右，大幅度地降低体力劳动强度。
4)效益比较结果表明，按照本次研究达到的精度需判读样地70%现地取样采集数据近5万个样地，按最低成本费平均每块样地100元，可需500万元，方可完成任务，而采用双重比估计的方法仅需经费100万元即可，可节省经费400万元。应用结果表明提高工作效率30%，按每次资源清查投入经费200万元计算，可降低成本60万元左右。
综上所述：本次GPS技术应用的研究，在全国率先将现代GPS技术与生产相结合，完成研究任务的各项指标，取得了较好的效益，为先进技术的推广奠定了基础。