GPS定位技术在西藏"连清"工作中的应用效益分析

摘要：　　以先进的GPS定位技术为手段，以提高森林资源"连清"样地调查工效和定位精度为目的， 通过对坐标的转换，实现了图面样点与地面样地的匹配。在2001年西藏"连清"工作中，大面积、大范围使用GPS并获得成功，为在森林资源连续清查推广应用GPS技术提供了宝贵的实践经验。

关键词：森林资源连续清查　样地定位　GPS

　　森林资源连续清查体系建立的基础是将地形图上公里网交叉点按机械布点原则，设置地面固定样地并进行调查。地面样地位置的确定是在地形图上寻找距公里网交叉点较近的明显的地形地物为引点、用罗盘仪测量引线定位。这一方法不仅工作量大，野外作业时间长，而且受地形图比例尺的大小、引点位置的准确性、测量精度的高低等因素制约，使样地定位产生偏差，影?quot;连清"体系的系统性和完整性，进而影响抽样精度 。

　　西藏高原人称"世界屋脊"，由于其特殊的自然地理环境条件，至今为止只在一九七七年和一九九一年进行过两次森林资源清查。但，从严格意义上讲，西藏自治区至今还未进行过真正覆盖全区的森林资源清查。为准确查清西藏的森林资源，填补西藏林业史上乃至我国林业调查史上的空白，在2001年开展了覆盖全西藏自治区的森林资源调查工作。为了提高地面样地定位的准确性，保证森林资源连续清查的抽样精神，在这次调查工作中，使用了先进的GPS定位技术，在我国林业调查工作中，首次大面积、大范围内使用GPS技术并获得成功，达到了提高工效和样地定位精度的目的，有效地解决了地形图比例尺小、地形图误差大、引线测量样地定位误差大的问题。

1 应用基本情况
　　1.1 应用环境
　　　　　　西藏自治区位于祖国西南，地处东经78°24'-99°06'，北纬26°52'-36°32'，平均海拔4000m，其间绵亘着喜马拉雅山、冈底斯山、念青唐古拉山、唐古拉山等高大山脉，奔流着雅鲁藏布江、澜沧江、怒江、金沙江等无数湍急的河流。整个高原峰峦逶迤、岭谷相间，自然地理条件非常特殊。
　　1.2 使用GPS机型
　　　　　　2001年西藏"连清"工作中使用的GPS型号有：GARMIN公司的GPS12C、eTrexC两种手持定位仪。
　　1.3 坐标系转换参数的计算
　　　　　　GPS卫星星历是以WGS84坐标系为根据建立的，GPS单点定位坐标属于WGS84坐标系，而在森林资源清查工作中使用的是我国国家大地坐标系（BJ54坐标系）。由于WGS84坐标系与我国国家大地坐标系之间存在着平移和旋转关系，在实际应用中，根据已知公共点在两个坐标系中的坐标，用大地坐标系与直角坐标系的关系式，计算两套坐标系之间的转换参数，从而实现将GPS接收的信息转换为BJ54坐标。

　　　　　　针对本次"连清"工作的特殊情况，我们对应用区域内不同6度带分别计算出用户自定义坐标系转换参数。
　　　　计算方法是：
　　　　　　搜集应用区域内各6度带三个B级以上测量控制点的WGS84T和BJ54坐标系的B、L、H，根据公式，把大地坐标B、L、H换算为直角坐标X、Y、Z，两套X、Y、Z对应相减，即可得到DX、DY、DZ，再根据对应椭球体a、f值求出DA、DF。本次"连清"工作应用区域15、16、17度带坐标系转换参数见表一。

表1　　各6度带坐标系转换参数 　
 
6度带号 DX DY DZ DA DF
　
 
15 19 -83 -19 -108 0.0000005
16 5 -93 -56 -108 0.0000005
17 12 -91 -59 -108 0.0000005
　
 



　　1.4参数的验证
　　　　　用各6度带的坐标系转换参数，我们对16度带的定江、羊日；17度带的拉萨落基西、张热；18度带的扎西折、钟各村等测量控制点进行验证，导航定位误差均小于10m。

　　　　　　　　　　　　表2　　参表验证结果表 　　　　　　单位：米 　
 
测量控制点 定江 羊日 基西 张热 扎西折 钟各村
　
 
定位误差 5.6 2.4 8.5 6.0 7.2  
　
 



2 应用结果
　　在森林资源连续清查工作中，传统的样地定位方法允许引线距离、方位量取时有最小刻度的1/2的误差，允许引点现地定位时与图上位置有1mm的误差，允许在罗盘仪引线测量时距离有1/100、方位有1度的误差。再考虑到地形图本身的误差以及人为因素造成的误差，往往使样地位置产生较大的偏差。为了提高样地定位精度，在2001年西藏"连清"工作中，使用了先进的GPS定位技术，完成了495个复位样地和新设实测样地的定位工作。

　　2.1 前期复位样地导航定位结果
　　　　　　1991年西藏"连清"工作按4×4km共布设样点17552个，用罗盘仪引线定位728个样地，其中实测有疏林样地550个。本期"连清"工作，对前期实测的550个有疏林样地进行复查时，采用GPS导航定位和向导带路复位的办法进行。共复位495个样地，对复位的样地，用GPS定位结果为理论值与前期用罗盘仪引线定位的误差相比较，误差在50m范围的样地有160个，占复位样地的28.1%；误差超过100m的样地有196个，复位样地的39.5%。前期样地定位误差最大的是9349号样地，误差达600m，误差最小的是9113号样地，误差为20m。通过对误差超过100m的样地进行分析，误差原因主要是：西藏自治区海拔高，相对高差大，且使用的是1:10万地形图，在1000m范围内寻找明显地形地物做引点，难度相当大。简单地说，产生样地定位误差的主要原因是引点不准引起的。

　

　　　　 　 　　　表3　　1991年样地定位误差结果 　　　　　单位：米 % 　
 
项　　目 误差< 50m 误差< 50-100m 误差> 50m 合　计
　
 
样地个数 160 139 196 495
百 分 比 32.4 28.1 39.5 100
　
 



　　2.2 本期新设样地导航定位结果
　　　　　　2001年西藏森林资源边疆清查工作，第一副总体按6×8km共布设5855个样点，其中，用GPS直接定位实测样地1468个。本期"连清"工作，采用了先进的GPS定位技术，比传统的找引点、用罗盘仪引线定位的方法，节省了大量的人力、物力，极大地提高了工作效率。在本次"连清"工作中，4个质量检查组共对44个用GPS直接定位的样地进行了检查验证，样地中心点定位误差均小于10m。

　　　　 　　　 　表4　　2001年新设样地验证结果 　　　　　单位：米 % 　
 
项　　目 误差<＝10m 误差> 10m 合　计
　
 
样地个数 44 0 44
百 分 比 100 0 100
　
 



　　2.3 前后两期"连清"外业调查用时比较
　　　　　　1991年西藏"连清"工作中共有30个外业调查组，外业时间从4月中旬至9月中旬，共调查728个"连清"样地，其中有疏林样地550个。平均每个组调查24.3个样地，每组每月平均完成4.86个样地；2001年西藏"连清"工作中共有62个外业调查组，外业时间从4月初至6月初，共实测调查了2018个"连清"样地（前期样地550个，本期实测样地1468个），平均每个组调查32.5个样地，每组每月平均完成16.3个样地。

　　　　 　 　　　　表5　　外业调查用时及工作量 　　　　　单位：月、个 　
 
年　　度 样地数 工组数 调查用时 平均调查个数
　
 
1991年 728 30 5 24.3
2001年 2018 62 2 32.5
　
 



3 应用效益分析
　　在对前期样地复位调查时，对一部分引线较长，用时较多的样地用GPS直接导航定位，所用时大大少于用罗盘仪引线定位。如波密县10172号样地，前期引线距离1074m，用罗盘仪引线定位用时3天，本期用GPS导航定位，只一天时间就完成样地的寻找和调查工作，且定位误差仅20m。

　　通过对前期495个已复位的样地进行统计，前期实测样地共引线198000m，平均每个样地引线400m。经测试，引线400m需用时4小时，按4人计算，每个样地用于引线的费为200元。本期共完成495个复位样地、1468个新设样地的测设，合计完成实测样地2018个。若用罗盘仪引线定位，用于引线的经费需403600元，而用GPS直接定位，比传统方法节省经费403600元。

4 结语
　　使用GPS对我国BJ54坐标系成果进行较高精度的绝对定位时，必须对GPS接收的WGS84信息进行修正，修正后的定位偏差小于10m，可最大限度地实现图面样点与地面样地的匹配。

　　在森林资源连续清查工作中应用GPS技术，可直接按坐标确定样地位置，解决了小比例尺地形图找明显地形地物为引点的难题，克服了地形图本身有误差、传统的罗盘仪引线测量引起误差以及其它因素造成样地定位不准的问题。实践证明，GPS定位精度高于罗盘仪引线定位。

　　GPS手持机价廉、轻便、能耗低，其优越的导航、定位功能不仅提高了地面样地定位精度，而且大大减少了野外作业时间和工作量，节省了时间，提高了工作效率，并为今后"连清"样地"明"改"暗"提供了可能。因此，建议在森林资源调查工作中推广应用GPS技术