導(dǎo)航定位系統(tǒng)在林業(yè)勘測(cè)工程中的應(yīng)用

孟慶剛 王韻涵

（吉林省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院，吉林 長春 130000）

近年來，隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高，林業(yè)行業(yè)也得到快速發(fā)展，社會(huì)整體對(duì)于自然生態(tài)的保護(hù)和科學(xué)合理的林區(qū)建設(shè)已經(jīng)形成較先進(jìn)的認(rèn)知。但部分林業(yè)防護(hù)部門尚未將最先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用于森林勘測(cè)和森林防護(hù)工作。傳統(tǒng)的勘測(cè)技術(shù)無法對(duì)森林進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，嚴(yán)重影響了林業(yè)管理水平的提升。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)探測(cè)手段加強(qiáng)對(duì)林區(qū)建設(shè)的勘察測(cè)繪，對(duì)于保護(hù)我國林業(yè)生態(tài)環(huán)境和維護(hù)土地資源多樣性具有積極意義。由于林業(yè)區(qū)域的整體面積偏大，多數(shù)處于偏遠(yuǎn)山區(qū)，地形復(fù)雜，夏季陰暗潮濕，冬季容易大雪封山，勘測(cè)難度較大，采用傳統(tǒng)的勘探方式無法有效深入林區(qū)內(nèi)部。部分林業(yè)研究人員在林區(qū)內(nèi)安裝監(jiān)控設(shè)備對(duì)林區(qū)進(jìn)行監(jiān)視，但林區(qū)范圍較大，無法有效進(jìn)行監(jiān)管，如發(fā)生火災(zāi)等事故時(shí)無法及時(shí)定位具體位置。針對(duì)這一情況，筆者提出借助導(dǎo)航定位系統(tǒng)幫助管理人員對(duì)林區(qū)進(jìn)行有效定位和導(dǎo)航，使其掌握林區(qū)發(fā)展的實(shí)際情況，使林區(qū)管理規(guī)劃工作的開展更高效、更便捷。

1 導(dǎo)航定位系統(tǒng)概述

導(dǎo)航定位技術(shù)的不斷發(fā)展，有效帶動(dòng)了我國在地理勘察測(cè)繪等方面的發(fā)展。在導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，可以通過衛(wèi)星探測(cè)更好地了解地表物體的位置信息，基本滿足了我國地理范圍內(nèi)的全覆蓋勘查與測(cè)繪需求，工作精度進(jìn)一步提高。目前，衛(wèi)星探測(cè)精度可控制在15 m以內(nèi)［1］。在應(yīng)用導(dǎo)航定位系統(tǒng)開展測(cè)繪工作時(shí)，為更好地提升信息的可靠性和變化性，應(yīng)對(duì)衛(wèi)星的勘測(cè)角度等進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，還需要在地表建立對(duì)應(yīng)的服務(wù)控制中心。運(yùn)用導(dǎo)航系統(tǒng)，可對(duì)多個(gè)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的物體進(jìn)行定位監(jiān)測(cè)，通過實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)刷新其運(yùn)行軌跡，實(shí)現(xiàn)全面探測(cè)。許多移動(dòng)終端和客戶設(shè)備中也搭載有導(dǎo)航定位系統(tǒng)，通過與移動(dòng)終端設(shè)備的連接，在提升導(dǎo)航定位系統(tǒng)的功能服務(wù)多樣性的同時(shí)，也進(jìn)一步擴(kuò)大了其適用范圍和場(chǎng)景，是導(dǎo)航定位系統(tǒng)現(xiàn)代化與信息化發(fā)展的重要體現(xiàn)之一。

2 導(dǎo)航定位系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

利用導(dǎo)航定位系統(tǒng)可對(duì)林區(qū)位置進(jìn)行快速定位，輔助管理人員完成林區(qū)管理工作。在未采用定位系統(tǒng)前，林業(yè)技術(shù)人員只能采用傳統(tǒng)的方式對(duì)林區(qū)情況進(jìn)行勘測(cè)，如定期巡檢、安裝攝像裝備等。但這些傳統(tǒng)方式容易受到自然因素的影響，不能達(dá)到對(duì)林區(qū)及時(shí)監(jiān)測(cè)的目的，嚴(yán)重影響林業(yè)技術(shù)人員的管理效率和管理質(zhì)量。導(dǎo)航定位系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)24 h運(yùn)轉(zhuǎn)，圖像清晰，可快速定位，林區(qū)管理人員可定時(shí)利用該系統(tǒng)巡視林區(qū)內(nèi)部情況。目前，導(dǎo)航定位系統(tǒng)已在我國國防建設(shè)、電力調(diào)度、智慧交通和建筑水利等多行業(yè)得到應(yīng)用，均產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)收益和社會(huì)收益。將其應(yīng)用在林區(qū)可幫助林業(yè)管理人員完成林業(yè)勘測(cè)調(diào)查工作，保護(hù)森林環(huán)境。

3 導(dǎo)航定位系統(tǒng)在林業(yè)勘測(cè)調(diào)查設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

3.1 工程測(cè)繪

林業(yè)工程定位測(cè)繪，能夠幫助技術(shù)人員更好地掌握林區(qū)的地理數(shù)據(jù)信息，對(duì)于保障林區(qū)開發(fā)方案的制訂具有重要的影響。為切實(shí)實(shí)現(xiàn)生態(tài)資源的有效防護(hù)，在林區(qū)工程開發(fā)的過程當(dāng)中必須要提前規(guī)劃出必要的保護(hù)范圍，特別是對(duì)于一些存在珍貴動(dòng)植物分布的區(qū)域，不能隨意進(jìn)行砍伐和其他工程建設(shè)。在工程測(cè)繪過程中，對(duì)于地理圖像信息的應(yīng)用更加靈活，可以按照林區(qū)的保護(hù)面積進(jìn)行有效的分割與定位，快速理清可供進(jìn)行環(huán)保性開發(fā)的連續(xù)范圍。在導(dǎo)航定位系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，需要嚴(yán)格按照不同林區(qū)的經(jīng)緯度參數(shù)對(duì)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行調(diào)零和校正，這也是確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)精確度的有效前提。技術(shù)人員也可以對(duì)一些GPS定位系統(tǒng)等提前進(jìn)行測(cè)量精度的有效檢驗(yàn)。在定位過程中，若發(fā)現(xiàn)設(shè)備的誤差超出10 m，則需要重新選擇新的定位設(shè)備展開工作。在初訪問一些偏遠(yuǎn)林區(qū)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)定位設(shè)備信號(hào)較弱的現(xiàn)象，技術(shù)人員必須要加強(qiáng)關(guān)注，并保證設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定后再進(jìn)行有效的勘察測(cè)量。一旦工程測(cè)繪的數(shù)據(jù)信息不具參考性，制定林區(qū)的保護(hù)和建設(shè)方案時(shí)易出現(xiàn)較大誤差，不利于進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)并明確我國的林業(yè)資源狀況。

3.2 導(dǎo)航定位

對(duì)林業(yè)工程精確定位能夠有效輔助林區(qū)開發(fā)方案的制定，導(dǎo)航定位系統(tǒng)是幫助研究人員快速了解林區(qū)狀況的有效工具［2］。由于林區(qū)的分布面積廣闊，在勘察分析過程中，獲得全面的數(shù)據(jù)信息對(duì)保證工程規(guī)劃的科學(xué)性具有重要意義。而導(dǎo)航定位系統(tǒng)能夠運(yùn)用地理信息校正和多點(diǎn)測(cè)量的方式直接將林區(qū)內(nèi)的實(shí)際地理信息反饋給終端平臺(tái)，研究人員可更好地根據(jù)科研需求調(diào)整定位探測(cè)裝置獲取信息類別和精確程度，使后續(xù)的工程規(guī)劃設(shè)計(jì)更具科學(xué)性與全局性。在應(yīng)用導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行林業(yè)工程的測(cè)繪分析時(shí)，導(dǎo)航定位系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的探測(cè)需求對(duì)得到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行自動(dòng)校驗(yàn)，特別是在其飛行航線的確定上可以通過人工干預(yù)和既定規(guī)劃2種方式實(shí)現(xiàn)，提升了其適用場(chǎng)景的多樣性，有效減少了技術(shù)人員的工作量［3］。導(dǎo)航定位探測(cè)到的圖像和地理信息可以根據(jù)林區(qū)原有的分布情況制定對(duì)應(yīng)的保護(hù)方案。例如，許多珍稀的動(dòng)植物只能在特定的氣候條件下生長，為有效保護(hù)生態(tài)多樣性，必須將該區(qū)域作為保護(hù)區(qū)禁止隨意開發(fā)建設(shè)，在林業(yè)勘察與工程規(guī)劃方面必須要保證這項(xiàng)工作的有效推進(jìn)，使森林保護(hù)和山區(qū)開發(fā)之間能夠形成一種有效平衡的狀態(tài)。在導(dǎo)航定位系統(tǒng)完成對(duì)林區(qū)地理數(shù)據(jù)信息探測(cè)后，需要利用移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備和通信網(wǎng)絡(luò)的方式及時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)備份，按照信息采集的時(shí)間建立網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，便于技術(shù)人員了解在時(shí)間演變的過程當(dāng)中林區(qū)的參數(shù)變化，對(duì)于驗(yàn)證保護(hù)方案效果具有積極意義。

3.3 林業(yè)勘測(cè)

森林覆蓋面積是對(duì)國家生態(tài)文明程度衡量的重要指標(biāo)之一，在林業(yè)勘測(cè)的過程當(dāng)中，應(yīng)重視對(duì)林業(yè)面積的動(dòng)態(tài)化測(cè)量和對(duì)比分析，數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度可為當(dāng)前我國生態(tài)工程發(fā)展提供支撐。研究人員需要先在林區(qū)內(nèi)根據(jù)測(cè)繪需求建立參考點(diǎn)并將其連接到導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，科學(xué)規(guī)劃整個(gè)林區(qū)的覆蓋面，以便于后續(xù)的計(jì)算和測(cè)繪。參考點(diǎn)的分布疏密選擇必須根據(jù)林區(qū)覆蓋情況進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，特別是在森林的邊緣區(qū)域要設(shè)置得更加密集，以確保最終計(jì)算結(jié)果的精確性［4］。在不同的經(jīng)緯度條件下，實(shí)際測(cè)量的信息和投影面積之間會(huì)存在一定的比例差異，將其換算為中央經(jīng)線后再進(jìn)行林業(yè)面積的測(cè)繪計(jì)量，同時(shí)兼顧不同測(cè)繪方向的數(shù)據(jù)信息偏差，以進(jìn)一步保證結(jié)果的可靠性。在計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的影響下，可以根據(jù)導(dǎo)航定位系統(tǒng)建立的網(wǎng)格式參考點(diǎn)計(jì)算林區(qū)的實(shí)際覆蓋面積。這種方式可提高測(cè)繪的精度，同時(shí)可有效減少技術(shù)人員的實(shí)際工作量。根據(jù)導(dǎo)航定位系統(tǒng)的信息反饋直接換算出林業(yè)面積的有效數(shù)值，減少了人工反復(fù)測(cè)量與計(jì)算過程中產(chǎn)生的各類偏差。根據(jù)林業(yè)區(qū)域面積的規(guī)則性和面積大小，在選擇對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航測(cè)量方式上也有一定的差異。例如，對(duì)一些小范圍且呈現(xiàn)矩形分布的區(qū)域，可以直接通過規(guī)劃好的航線距離代替林區(qū)的邊長進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。對(duì)一些面積大且分布形狀較為特殊的林區(qū)，則可以通過GPS定位的方式進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量，規(guī)劃出一個(gè)更加精確的林區(qū)范圍再進(jìn)行計(jì)算［5］。在林區(qū)的測(cè)繪測(cè)量過程中，掌握內(nèi)部具體分布情況，可以對(duì)一些需要穿林建設(shè)的鐵路公路等的方案制定提供有效參考。

4 導(dǎo)航定位系統(tǒng)應(yīng)用存在的問題

4.1 導(dǎo)航系統(tǒng)精度不高

目前，很多行業(yè)采用的導(dǎo)航系統(tǒng)均為GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，但該系統(tǒng)在我國林業(yè)勘測(cè)中應(yīng)用容易出現(xiàn)系統(tǒng)定位精度不高的問題，主要是因?yàn)槲覈汁h(huán)境較為復(fù)雜。我國屬于林業(yè)資源大國，在東北大興安嶺、小興安嶺、西南橫斷山脈地區(qū)均有大量的天然林區(qū)，在東部及南方地區(qū)還有大量的人工林區(qū)。相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，我國森林覆蓋率高達(dá)20.36%，并且還在不斷增加［6］。很多林區(qū)較為偏遠(yuǎn)，林區(qū)環(huán)境也較為復(fù)雜，GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)易受地形條件和當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境的影響，導(dǎo)致其定位精度不高。GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用的雙頻信號(hào)，也容易受電離層的影響出現(xiàn)信號(hào)延遲現(xiàn)象，并且該系統(tǒng)只具有定位功能，如使其完成通信，還需配備專有的通信系統(tǒng)［7］。

4.2 便于應(yīng)用的終端缺乏

我國林區(qū)環(huán)境復(fù)雜且分布范圍較廣，很多天然林區(qū)的林冠層厚度大，不利于定位導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行衛(wèi)星定位，因此，需要依托定位導(dǎo)航系統(tǒng)終端進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而提升對(duì)林區(qū)森林資源的定位精度和監(jiān)測(cè)力度［8］。很多林區(qū)勘測(cè)的技術(shù)人員需要對(duì)森林進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，但森林資源的地勢(shì)比較復(fù)雜，如沒有較好的定位系統(tǒng)極易失去方位，嚴(yán)重影響監(jiān)察效果。為勘測(cè)人員配備定位導(dǎo)航的終端系統(tǒng)后，很多導(dǎo)航系統(tǒng)的終端過于笨重，不易攜帶，嚴(yán)重阻礙了勘測(cè)人員開展森林測(cè)繪工作。加之現(xiàn)在很多導(dǎo)航系統(tǒng)的終端具有較強(qiáng)的專業(yè)性，部分技術(shù)人員短時(shí)間內(nèi)無法熟練應(yīng)用該系統(tǒng)，嚴(yán)重降低了森林管理工作效率。因此，應(yīng)對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的終端設(shè)置進(jìn)行改進(jìn)，以提升林區(qū)勘測(cè)的工作質(zhì)量和工作效率。

4.3 管理系統(tǒng)不科學(xué)

目前，我國森林防護(hù)的信息化程度不高，缺乏科學(xué)的管理系統(tǒng)對(duì)森林資源進(jìn)行有效防護(hù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)交融、行業(yè)交融已經(jīng)成為現(xiàn)代眾多行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，林業(yè)管理也應(yīng)該采用更多科學(xué)的管理系統(tǒng)開展森林資源勘測(cè)、森林防護(hù)工作［9］。對(duì)于森林防護(hù)工作而言，最重要的就是防護(hù)森林火災(zāi)，火災(zāi)一旦發(fā)生，不及時(shí)處理，會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，全世界每年發(fā)生的森林火災(zāi)超過20多萬次，特別是澳洲森林的山火爆發(fā)使得無數(shù)動(dòng)物失去家園［10］。因此，在對(duì)傳統(tǒng)森林勘測(cè)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，除添加定位導(dǎo)航系統(tǒng)外，還應(yīng)加入消防管理、信息技術(shù)等。

5 導(dǎo)航定位系統(tǒng)應(yīng)用問題的解決對(duì)策

5.1 提高導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度

針對(duì)上述提出的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位精度問題，可采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提升系統(tǒng)的定位精度。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其覆蓋面積包括全國各個(gè)地區(qū)，可有效實(shí)現(xiàn)定位全覆蓋。同時(shí)，我國的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)與GPS不同，采用三頻信號(hào)避免電離層對(duì)信號(hào)造成較大影響，其定位更加精準(zhǔn)。我國林區(qū)比較偏遠(yuǎn)，地形復(fù)雜，北斗系統(tǒng)可通過有源定位和無源定位相結(jié)合的方式，對(duì)林區(qū)進(jìn)行勘測(cè)。無源定位需要借助四顆衛(wèi)星定位才能確定位置，而有源定位僅需要2顆衛(wèi)星即可進(jìn)行定位，可顯著提高定位的精準(zhǔn)度。

5.2 改善導(dǎo)航系統(tǒng)終端設(shè)計(jì)

智能終端越先進(jìn)，培訓(xùn)成本越少，護(hù)林及勘測(cè)技術(shù)人員的學(xué)習(xí)效率會(huì)越來越高。對(duì)于林業(yè)護(hù)林及勘測(cè)的工作人員而言，采用合適的定位系統(tǒng)可極大促進(jìn)其工作的開展。但如果攜帶的終端過于笨重，則會(huì)不方便技術(shù)人員應(yīng)用。基于此，應(yīng)對(duì)終端進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)計(jì)，使其能夠向小型化、智能化方向發(fā)展，以提升技術(shù)人員的工作效率和工作質(zhì)量。

5.3 加強(qiáng)與管理系統(tǒng)的通信

為加大對(duì)森林的防護(hù)力度，應(yīng)建立完善的綜合管理系統(tǒng)，保障森林勘測(cè)及防護(hù)工作的開展。除將北斗導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于林業(yè)勘測(cè)、防護(hù)外，還應(yīng)將更多的輔助技術(shù)應(yīng)用于林業(yè)防護(hù)中?；谏鲜鰞?nèi)容，應(yīng)加強(qiáng)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)與其他管理系統(tǒng)的連接，讓其為各管理系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的定位信息，幫助技術(shù)人員開展林業(yè)勘測(cè)工作，提高工作質(zhì)量和工作效率。

6 結(jié)語

在林業(yè)勘測(cè)工程中，利用導(dǎo)航定位技術(shù)，進(jìn)一步了解森林覆蓋程度和生態(tài)發(fā)展情況，對(duì)林區(qū)保護(hù)方案的制訂起到了重要的參考作用。在對(duì)林區(qū)內(nèi)部的面積進(jìn)行測(cè)量計(jì)算時(shí)，可以結(jié)合其所在區(qū)域的經(jīng)緯度數(shù)值來科學(xué)判定實(shí)際的覆蓋率，與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接后，整體的計(jì)算精度和準(zhǔn)確率都有了明顯的提高。在干燥炎熱的氣候條件下，必須要加強(qiáng)對(duì)林區(qū)的防火監(jiān)測(cè)管理，動(dòng)態(tài)化的導(dǎo)航定位系統(tǒng)在這方面的靈活運(yùn)用更具實(shí)效性，還可以形成實(shí)拍圖，以輔助判斷。