3S集成技术在工程造林验收中的应用

发布时间：2009-04-19 15:27:57

3S集成技术在工程造林验收中的应用

罗胜万¹⁾ 何国业¹⁾ 代华兵²⁾

(1. 广西达尔沃林业咨询有限责任公司，南宁 530011；2. 广西大学林学院，南宁 530004)

摘要：造林验收是营造林工程管理的必要手段，其主要目的是确定造林面积和造林地块位置。随着单位面积投资的不断增加，各经营单位对面积调查精度越来越重视。近年来，以微电脑为基础的3S(RS、GIS、GPS)集成技术可进行高精度面积测量和GIS自动成图，为提高面积测量精度和造林地块准确定位提供了重要技术保障。本文在分析3S集成技术最新研究成果基础上，结合南宁达尔沃监理咨询有限公司在实施营造林工程监理过程中的具体应用实例，详细讨论了3S集成技术在工程造林验收中的应用方法。

关键词：3S集成技术，造林验收，实地面积测量

The Application of 3S Technology in Checking of Afforestation Projects

Luo Sheng-wan¹⁾,He Guo-ye¹⁾;Dai Hua-bing²⁾

(Guangxi Dalvo Forestry Consultancy Ltd., Nanning, 530011, China;

2. Forestry College of Guangxi University, Nanning, 530001, China)

Abstract: Forestation's checking is the necessary means for the forestation management, the main purpose is to identify the forestation area and plots position.With the increasing of forestation investment, the management department attaches more and more importance to the accuracy of area.In recent years, the integrated 3S technique can measure area with high accuracy and mapping with GIS automatically, it guarantees the high accuracy of area measurement and positioning.This paper analyzed the latest research achievements of integrated 3S technique.Combined with the application example of Nanming Dalvo Forestry Consultancy Ltd. in the forestation intendance,it discussed the applied methods of 3S integration technique in the forestation checking.

Key word: integrated 3S technique; forestation checking; area measurement

便携式GPS定位技术在林业调查中的应用已有多年历史，主要用于样地定位、复位、林地面积测量和导航。与传统方法相比优势非常明显^[1^，^2]，便携式GPS已被广大林业调查人员所普遍接受。近年来，因微电脑技术的发展和嵌入式开发技术的不断成熟，以微电脑为硬件基础，将遥感、移动GIS和GPS高度集成，研发应用于森林资源调查的高科技产品已取得较大成功^[3]。以微电脑为基础的3S集成技术进行数字化森林资源调查在全国各地已经全面展开。本文根据3S集成技术的最新研究成果，结合营造林工程造林地验收的具体要求，分析3S在营造林地验收和准确定位中的应用方法。

1 林业3S集成技术研究现状

以北京林业大学博士后流动站李崇贵博士及课题组为代表，采用微电脑和蓝牙GPS为硬件基础的3S集成技术研究与应用，在全国范围内已取得较大的成功。就数字化森林资源调查而言，基本开发思路如图1所示。[1]

3S集成技术在数字化森林资源调查中应用研究的最新成果包括以下几个方面：

（1）在微电脑有限的硬件资源上，通过配置256M的CF或SD存储卡，可以存储、快速显示3G的遥感图像或扫描地形图；

（2）当采用扫描地形图进行资源调查时，多幅地形图无需进行拼接，移动GIS软件系统能根据存储在CF或SD卡上已配准的扫描地形图和GPS实时定位坐标，自动调用用户当前位置的地形图；

（3）在遥感图像或扫描地形图上进行动态导航定位，勾绘、编辑林班、小班边界；

（4）在遥感图像或扫描地形图上加载各种矢量专题图层，各种矢量专题图层的编辑和修改；

（5）高精度面积测量、地块属性自定义和室内自动成图；

（6）内嵌资源调查数据库，方便野外调查属性填写、各种逻辑关系自动检查、蓄积量自动计算；

（7）内嵌自动生成各种图形和报表，完全实现野外数据采集无纸化和内外业一体化，可极大提高生产效率，节约大量的人力、物力及财力。

图1 3S集成技术应用于数字化森林资源调查的开发思路

Fig.1 The idea of development of integrated 3S technique’s application in forest resources inventory

2 营造林地验收的基本要求

随着营造林工程造林单位面积投资的不断增加，营造林工程面积测量精度要求也越来越高，现行勾绘小班面积误差≤5%的标准已不能满足生产要求，实际生产中一般要求营造林面积测量精度达到98%以上。为有效进行营造林管理，还需建立营造林图形和属性信息数据库，以便实时查询实际造林地块的空间位置和相应的造林属性信息^[3]。

为满足上述要求，3S技术应用于营造林工程验收，需满足以下条件：

（1）面积测量精度达到98％以上；

（2）面积测量结果自动成图；

（3）营造林地块属性信息的定义和有效录入。

3 3S集成技术在营造林验收中的应用

3.1 工作流程

为满足上述要求，在进行3S集成技术研究和软件设计时，需要根据所获取的GPS采样点坐标，设计有效算法，进行粗差探测和剔除，计算地块面积，设计属性信息模板，以便操作人员方便属性信息录入，根据地块边界点坐标自动生成各种格式的GIS数据，并根据用户录入的属性信息，实现图库连接。要能实时将GPS定位所获取的WGS-84坐标转换为北京54坐标或国家80坐标。

在实际面积测量过程中，因为外界条件限制，可能使GPS信号中断、GPS定位精度也可能出现较大的误差，为了使操作人员能通过图形方式实时、直观掌握GPS定位的信息，用户实地行走的轨迹要能实时显示出来，在跨越障碍物时，要能有效暂停GPS信号的接收等。

用于营造林工程验收的3S集成系统研究如图2所示。

图2 3S集成技术在营造林工程验收中的应用流程

Fig.2 The flow of application of integrated 3S technique in forestation checking

3.2 仪器设备及参数设置

本次应用机型为深圳职业技术学院3S研究中心研制星源通掌上森林资源调查仪（xyt2210型）。基本硬件配置包括：惠普2210掌上电脑、GPS插卡及外接天线、备用电池、128M的数据存储卡；软件包括星源通森林资源调查移动GIS系统及配套台式机接口程序。

系统设置包括：选择显示航迹；大地坐标单位为十进制度；导航坐标类型为大地坐标；投影设置包括带号为36，中央子午线经度为108°；椭球基准为北京54坐标系；坐标转换参数类型为四参数，北京54坐标和WGS-84坐标之间的转换参数包括：平移参数，，旋转参数，尺度参数K=1.00042257828387。

本文采用的坐标转换参数是根据广西林业勘测设计院和深圳职业技术学院在广西南宁附近的高峰林场进行GPS控制网定位试验成果解算得到的^[4]。

3.3 试验区域与方法

3.3.1试验区域概况

南宁达尔沃工程监理咨询有限公司2005年营造林工程监理区域分布在广西的原邕宁县、宾阳县、马山县、横县、防城区、钦南区等县区，共营造1197.0公顷速丰桉，全部采用3S集成技术验收确认面积。为检验3S集成技术面积测量精度和边界定位情况，在各监理县区造林基地选择地形明显最易勾绘的8个造林小班进行地形图勾绘和GPS连续点法绕测，作为GPS测量精度检验试验区。

3.3.2小班边界定位方法

⑴ 地形图勾绘

试验小班具有明显的地形界线，易于勾绘，在地形图上准确勾绘小班边界，将所得面积作为真值，检验GPS面积测量精度。

⑵ GPS小班边界实测

在移动GIS软件的支持下，打开检验区域已经配准的地形图。小班边界定位时，采用连续点法，待锁定4颗以上卫星且比较稳定后，沿试验小班边界以一般步行速度实地绕测，小班边界将以航迹的形式在地形图上显示出来，可现场核对比较航迹与勾绘的小班边界。测量结束时，系统能自动解算小班面积。小班边界点坐标和所记录的属性信息以特定文件方式保存，借助通信程序可从星源通掌上森林资源调查仪中导出相应文件，通过接口程序可自动生产所测小班的ArcView、MapInfo等常用GIS数据格式，得到小班空间位置分布图。

3.3.3 精度评价方法

（1）小班中心绝对位移

如图3所示，设和分别为小班空间位置勾绘基准图和GPS实测小班空间位置图，其中心位置坐标分别为和。则可定义的中心位置位移距离的绝对值为^[5^，6]：

（1）

（2）面积测量精度

设和分别为小班空间位置基准勾绘面积和GPS实测小班空间位置图面积，小班面积测量精度可定义为：

（2）

3.4 结果分析

本次3S集成系统面积测量检验共检测了8个小班，被检测小班边界地形界线明显，在地形图上能够准确勾绘。将地形图上勾绘所得结果及GPS测量结果通过GIS软件进行分析处理，结果如表2所示，以勾绘面积为真值，真值最小为2.10ha，最大为14.60ha。

表1 3S集成系统造林验收小班精度分析

Tab.1 The accuracy of forestation checking by 3S technology

编号

试验地点小班空间位置

勾绘面积(ha)

GPS实测面积(ha)

小班中心绝对移位(m)

面积精度

县(区)

乡(镇)

村

林班

小班

误差值(m²)

相对误差(%)

精度(%)

横县

南乡

松柏村

4.34

4.42

2.71

-0.08

1.84

98.16

横县

南乡

五合村

2.10

2.06

3.00

0.04

1.90

98.10

横县

南乡

高山村

14.60

14.48

2.87

0.12

0.82

99.18

宾阳县

陈平乡

高良村

2.11

2.07

3.00

0.04

1.90

98.10

邕宁县

百济乡

八联村

4.04

4.10

2.20

-0.06

1.49

98.51

马山县

光明山林场

光明山

9.02

8.93

2.77

0.09

1.00

99.00

钦南区

东场镇

东场村

3.13

3.08

4.12

0.05

1.60

98.40

防城区

华石镇

那岽村

4.62

4.54

3.31

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