２０１９年８月第４期

林业资源管理

ＦＯＲＥＳＴＲＥＳＯＵＲＣＥＳＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴＡｕｇｕｓｔ２０１９Ｎｏ４

ＧＮＳＳＲＴＫ技术在林木定位及微地形测量中的应用

石君杰１，陈忠震１，孟令宇１，李永祥２，李永宁１

（１河北农业大学 林学院 河北省林木种质资源与森林保护重点实验室，河北 保定 ０７１０００；２河北省木兰围场国有林场管理

局，河北 围场０６８４５０）

摘要：ＧＮＳＳＲＴＫ能提供实时、高精度的定位信息，在林区有广阔的应用前景。研究尝试在几种不同林分类型中

进行ＲＴＫ定位，选取位于龙头山林场的华北落叶松天然林进行了林木分布格局调查和微地形测量。研究结果表

明：１）郁闭度是影响ＲＴＫ在森林中定位可用性的主要因素之一，当郁闭度在０６以下时，能应用ＧＮＳＳＲＴＫ在

森林中进行定位；２）使用ＲＴＫ进行样地设置时有 “直接放样法”和 “辅助定位法”，可以灵活选择；３）与全

站仪相比，ＲＴＫ每木定位的平均点位误差为０１４３ｍ，可以满足每木定位的需要；４）使用ＡｒｃＧｉｓ分析ＲＴＫ采集

的定位数据可以在每木定位的同时获得样地内坡度、坡向等微地形信息。

关键词：华北落叶松；每木定位；微地形；ＲＴＫ测量；可视性分析

中图分类号：Ｓ７７１；Ｐ２２８４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２－６６２２（２０１９）０４－０１１７－０７

收稿日期：２０１９－０２－２８；修回日期：２０１９－０４－１２基金项目：国家重点研发计划项目（２０１６ＹＦＤ０６００２０３０３）作者简介：石君杰（１９９１－），男，河南林州人，在读硕士，主要从事３Ｓ技术应用方面研究工作。Ｅｍａｉｌ：ｓｊｊ４１０５２１＠１６３ｃｏｍ通讯作者：李永宁（１９７０－），男，河北唐山人，副教授，博士，主要从事资源调查、信息管理与森林多功能经营等研究工作。

Ｅｍａｉｌ：ｙｏｎｇｎｉｎｇｈａｏ＠１６３ｃｏｍ

ＤＯＩ：１０．１３４６６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｌｙｚｙｇｌ．２０１９．０４．０１７

ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＧＮＳＳＲＴＫＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＦｏｒｅｓｔＬｏｃａｔｉｏｎａｎｄＭｅａｓｕｒｉｎｇＭｉｃｒｏｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ

ＳＨＩＪｕｎｊｉｅ１，ＣＨＥＮＺｈｏｎｇｚｈｅｎ１，ＭＥＮＧＬｉｎｇｙｕ１，ＬＩＹｏｎｇｘｉａｎｇ２，ＬＩＹｏｎｇｎｉｎｇ１

（１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙ，ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＨｅｂｅｉ／ＨｅｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＦｏｒｅｓｔＴｒｅｅｓＧｅｒｍｐｌａｓｍＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＦｏｒｅｓｔＰｒｏｔｅｃ

ｔｉｏｎ，Ｂａｏｄｉｎｇ０７１０００，Ｃｈｉｎａ；ＭｕｌａｎｗｅｉｃｈａｎｇＮａｔｉｏｎａｌＦｏｒｅｓｔＦａｒｍＭａｎａｇｅｍｅｎｔＢｕｒｅａｕｏｆＨｅｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｗｅｉｃｈａｎｇ０６８４５０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＧＮＳＳＲＴＫｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｒｅａｌｔｉｍｅ，ｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｈａｓｂｒｏａｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｓｉｎｆｏｒｅｓｔｓＷｅｔｒｉｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｒｅｅｕｓｉｎｇＲＴＫｉｎｓｅｖｅｒａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｏｒｅｓｔｔｙｐｅｓＩｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｔｒｅｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎａｎｄｍｉｃｒｏｔｏｐｏｇｒａｐｈｙｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄｏｎｔｈｅｎａｔｕｒａｌｆｏｒｅｓｔｏｆＬａｒｉｘｐｒｉｎｃｉｐｉｓｒｕｐｐｒｅｃｈｔｉｉｉｎＬｏｎｇｔｏｕｓｈａｎＦｏｒｅｓｔＦａｒｍＲｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ：１）ＣｒｏｗｎｄｅｎｓｉｔｙｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｏｆＲＴＫｉｎｆｏｒｅｓｔｓＴｈｅｌｏｗｅｒｔｈｅｃａｎｏｐｙｃｌｏｓｕｒｅ，ｔｈｅｈｉｇｈｅｒａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｏｆＲＴＫ２）ＡｃｃｕｒａｃｙａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｃａｎｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙＲＴＫｆｏｒｐｌｏｔｓｅｔｔｉｎｇＴｈｅｒｅａｒｅｔｗｏｗａｙｓｔｏｃｈｏｏｓｅ，ｏｎｅｉｓ“ｓｔｒａｉｇｈｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｌｏｆｔｉｎｇ”，ｔｈｅｏｔｈｅｒｉｓ“ａｕｘｉｌｉａｒｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ”３）Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｔｏｔａｌｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｐｏｉｎｔｅｒｒｏｒｏｆＲＴＫｉｓ０１４３ｍ，ｗｈｉｃｈｆｕｌｌｙｍｅｅｔｓｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｔｈｅ

林业资源管理 第４期　

ｗｏｒｋ４）ＵｓｉｎｇＡｒｃＧｉｓｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｄａｔａｍｅａｓｕｒｅｄｂｙＲＴＫ，ｍｉｃｒｏｔｏｐｏｇｒａｐｈｙｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｕｃｈａｓｓｌｏｐｅａｎｄａｓｐｅｃｔｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄＫｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌａｒｉｘｐｒｉｎｃｉｐｉｓｒｕｐｐｒｅｃｈｔｉｉ，ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｏｆｔｒｅｅｓ，ｍｉｃｒｏｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ，ＲＴＫｓｕｒｖｅｙｉｎｇ，ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ

　　随着通讯、航天与空间技术的迅猛发展，全球卫星导航 ＧＮＳＳ（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）的定位精度不断提高，应用领域也越来越多。ＧＮＳＳ在林业上应用广泛，在资源调查、森林防火、林地管

理、林区巡查、林机导航、林区道路勘测等方面发挥

了重要作用。由于森林环境的特殊性，以往在林业

中应用多以手持ＧＰＳ接收机为主，虽然其具有携带方便易于操作的优点，但定位精度通常为几米到十

几米，无法满足对林地精准定位的要求。实时载波

相位差分定位（ＲｅａｌＴｉｍｅｋｉｎｅｍａｔｉｃＲＴＫ）是实时处理两个定位站载波相位观测量的方法，能够获得厘

米级的定位精度，在需要高精度测量的领域应用广

泛［１］，其在林业上的应用也逐渐被研究［２－３］。北斗

三号基本系统已经于２０１８年底建成并提供全球服务，包含北斗在内的多星系统定位使在森林中实现

高精度定位成为可能。

虽然 ＧＮＳＳＲＴＫ能实时获得高精度定位信息，但林区特殊的环境对 ＲＴＫ定位的影响是不容忽视的。李永宁等［４－５］对 ＲＴＫ在林区的应用进行了系列研究，验证了不同地形条件会影响定位精度，同

时也证明了林冠开阔度会对定位卫星数、ＰＤＯＰ值、信噪比等影响定位精度的参数产生影响。有

研究认为 ＲＴＫ在森林中使用时不受光学通视条件的限制［６］，只要两点之间能正常通信就可以进行

测量。更多研究表明，ＲＴＫ在地形平坦、开阔、林分密度较低的林区能直接应用，较密的树林或者

高山体会对基准站和流动站之间的数据链接产生

影响，使 ＲＴＫ在林区的使用受到很大限制［７－８］。

尽量保持两站之间没有山体阻挡，测区林冠开度

较大，才能发挥 ＲＴＫ作业效率高、定位精度高的优势［９］。

近年来，很多研究从空间结构调控的角度去探

讨森林经营，量化描述森林空间结构被认为是现代

森林经营的有效途径［１０－１２］。森林各种精确信息尤

其是空间位置信息的获取是进行结构化研究的重

要步骤。另一方面，随着林业信息化的发展，精准

林业成为了社会发展对林业发展提出的新课题。

尽可能地采用“３Ｓ”技术完善森林资源管理、监测方法，形成数字林业技术体系，将有利于最大限度地

发挥森林的生态功能、经济功能［１３］。无论是基于林

木分布格局进行林分状态评价还是精准林业，对森

林资源乃至林木个体空间位置的测量都提出了更

高的要求。本研究对６种不同林分条件进行了ＲＴＫ定位试验，在一块华北落叶松（Ｌａｒｉｘｐｒｉｎｃｉｐｉｓｒｕｐｐｒｅｃｈｔｉｉ）天然林里进行了样地设置、每木定位及微地形提取，旨在为ＲＴＫ在林区多方面应用提供借鉴。

１　研究区概况研究地位于河北省围场县龙头山林场（４１°４０′～

４２°１０′Ｎ，１１６°５２′～１１７°１５′Ｅ），地处内蒙古高原与冀北山地的过渡地带，多山地，海拔在 ７００～２０００ｍ之间。气候为大陆性季风型高原山地气候，降水集中在６—８月，占全年降水量的５２４％，年平均温度 －１４～４℃，具有水热同期、冬长夏短、昼夜温差大的特征。林场营林面积 １１×１０４ｈｍ２，林木蓄积量达７０２万 ｍ３，森林覆盖率高达８５４％。林分类型有华北落叶松天然次生林、华北落叶松人工林以及杨桦次生林等。其他乔木树

种有蒙古栎（Ｑｕｅｒｃｕｓｍｏｎｇｏｌｉｃａ）、山杨（Ｐｏｐｕｌｕｓｄａｖｉｄｉａｎａ）等，灌木主要有毛榛（Ｃｏｒｙｌｕｓｍａｎｄｓｈｕｒｉｃａ）、鼠李（Ｒｈａｍｍｕｓｄａｖｕｒｉｃａ）、胡枝子（Ｌｅｓｐｅｄｅｚａｂｉｃｏｌｏｒ）等，草本植物主要有铃兰（Ｃｏｎｖａｌｌａｒｉａｍａｊａｌｉｓ）、地榆（Ｓａｎｇｕｉｓｏｒｂａｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ）、宽叶苔草（Ｃａｒｅｘｓｉｄｅｒｏｓｔｉｃｔａ）等。

２　测量仪器与坐标系统选择２１　测量仪器选择

ＲＴＫ在林业和草原领域应用时，由于受到地形及冠层等因素的干扰，卫星信号会被削弱或阻挡，

在选择ＲＴＫ时应选择多星、抗多路径效应、有外挂

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　第４期 石君杰等：ＧＮＳＳＲＴＫ技术在林木定位及微地形测量中的应用

电台传输距离远、有多种数据链形式（ＵＨＦ、网络）的设备。多星系统的应用能增加观测到的卫星数，

使卫星分布更加均匀，有效提高森林定位精度［１４］。

如果在密林中进行定位，为了使误差最小，就需要

使用更高级的接受机［１５］。本研究使用的仪器是中

海达 ｉＲＴＫ２系统，定位平面精度为 ±（８＋１×１０－６

Ｄ）ｍｍ，高程精度为±（１５＋１×１０－６Ｄ）ｍｍ。２２　坐标系统的选择

ＲＴＫ定位系统默认为 ＷＧＳ８４坐标系。过去，在我国进行测量工作中，以北京 ５４坐标系和西安８０坐标系最为常见，从２０１８年７月１日起，开始在自然资源系统全面使用２０００国家大地坐标系。因此，在使用ＲＴＫ进行外业测量时通常需要首先进行坐标转换。４参数法或７参数法是坐标系转换时常用的方法，需要测定部分控制点的 ＷＧＳ８４坐标，然后与这些点的已知地方坐标进行参数计算，在进行

正式测量前将计算获得的转换参数输入 ＲＴＫ流动站完成坐标系统转换。

３　ＧＮＳＳＲＴＫ建站与测量技术３１　基准站设置３１１　基准站位置选择

ＲＴＫ测量利用载波相位差分技术进行定位，流动站需要通过数据链或内置电台接收基准站数据，

并于采集的定位数据进行差分计算从而得到精确

的定位信息，基准站精度和信号质量对流动站的测

量精度有非常大的影响。进行绝对坐标测量需要

将基准站建在三角点、ＧＰＳ控制点或其他已知控制点上，测量相对坐标则可以将基准站建在测区附近

的至高点上。按ＧＰＳ测量规范，基准站与目标测区的距离应保持在 ５ｋｍ范围内，且与测区电磁波通视。

一般认为，基准站应当设置在远离通信塔、高

压电输电线路且周围没有高大建筑物或大面积水

体的地方，以减少由于多路径效应造成的误差［４，１６］。

应尽量选择距离道路较近、便于到达的位置，减少

架设仪器、更换电池及回收仪器的工作量。

３１２　使用可视性选择基站位置实例精确的选择基准站位置，可通过ＡｒｃＧｉｓ１０２软

件３ＤＡｎａｌｙｓｔＴｏｏｌｓ中的“视点分析”模块分析样地位置与备选基准站位置的通视性，基于分析结果选

取基站架设的最佳位置。以龙头山林场一片华北

落叶松林为例，在山谷南坡有两块相距５５０ｍ的样地Ａ和样地Ｂ，根据林区地形图选择样地周围的山顶、台地共６处作为基准站备选位置。使用 ＲＴＫ对两块样地进行定位时，须使两块样地同时对基准站

可视，使用Ａｒｃｇｉｓ对两点的可视范围进行可视域分析（图１），并调查备选位置的其他特征（表１）。根据分析、调查结果，应选择满足两块样地可视且距

离较近、地形平坦、周围无高大林木遮挡、靠近道路

的第６点作为最终基准站架设的位置。

图１　ＡｒｃＧｉｓ分析样地位置与基准站备选位置的可视性示意图Ｆｉｇ１Ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｂｅｔｗｅｅｎｐｌｏｔａｎｄ

ｂａｓｅｓｔａｔｉｏｎｐｏｓｉｔｉｏｎｕｓｉｎｇＡｒｃＧｉｓ

３２　数据链形式的选择基准站与流动站之间数据的高质量传输是确

保流动站定位精度的前提。调查使用的中海达

ｉＲＴＫ２设备提供了内置网络、内置电台和外部数据链３种数据传输模式。内置网络通过 ＧＳＭ信号传输，传输范围广，适合在网络信号较好的地区使用，

偏远山区信号较差不能使用；内置电台通过基准站

和流动站之间相同频率的无线电波进行数据传输，

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林业资源管理 第４期　

功率较低，传输距离近，在进行较大范围调查时无

法满足需要；外部数据链本质上与内置电台相同，

但功率更高，传输距离更远且续航时间长，更适合

在地形复杂的林区测量时使用。

表１　基准站备选位置基本概况Ｔａｂ１Ｇｅｎｅｒａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂａｓｅｓｔａｔｉｏｎｌｏｃａｔｉｏｎｓ 　ｍ

基准站可视性

Ａ Ｂ

距样地距离

Ａ Ｂ

距最近道路

距离地形 周围植被

１ × √ １０３１７ ８８９７ １０３ 山顶 林地

２ × × １３０９６ １３７５６ ２３０８ 山顶 裸地

３ √ × ７９５５ １３０７４ １７４６ 台地 草地

４ × × ８１６２ １２３１４ ５４７７ 山顶 林地

５ × × ９５７５ ７３４８ ６９３ 山顶 灌木

６ √ √ ５４７８ ７０２６ ４５１ 台地 草地

　注：“×”表示不可视，“√”表示可视。

３３　点校验标准的差分定位原理是将基准站架设在已知

控制点上，通过基准站单点定位获得测站坐标并与

已知坐标进行比较，进而获得基准站的定位误差。

然而，在林业调查中，由于环境限制，基准站通常无

法架设到已知点上，需要在未知点设站。通过基准

站的单点定位确定基准站的坐标，以此作为“已知

的”基准站坐标，其与实际值之间就产生了部分误

差。点校验技术是在未知点架设基准站时，用另一

个已知坐标去求解基准站坐标的技术，通过流动站

在校验点上定位获得的差分改正值去求得基准站

的高精度坐标，以此提高用流动站测量的精度。

然而，在林区测量时，在目标测区周围通常找

不到已知坐标点作为基准站架设点或校验点，测量

周期通常较长，为了保证测量的准确性，应在明显

的地物点如建筑物角点、道路交叉口等位置设点，

并做明显准确的标识，用这个点代替已知点作为

“校验点”，后期数据处理时用来进行几何校正。只

要更换基站位置或重新设置基站都需要在校验点

进行点校验，以此确保每次外业测量测得的位置是

统一的。

３４　流动站测量流动站通过接收的卫星信号和基准站传输的

数据进行差分计算后实时定位。测量时，需根据测

量环境设置流动站天线高度，以减少灌草、小地形

对流动站的影响；再根据周围地形、基准站情况设

置流动站的卫星截止高度角（应大于或与基准站一

致）。进行测量时，应保持流动站气泡居中且稳定。

每个测量点应在得到固定解后再记录数据，当无

法马上获得固定解时可等待，一般不超过 ５分钟［５］。

４　ＧＮＳＳＲＴＫ森林测量应用４１　不同林分状态ＲＴＫ定位技术的可用性

ＲＴＫ在森林中定位受到使用环境的影响，如林分密度、地形、林冠开度、郁闭度等。研究选取６种不同林分状态的林地，在每块林地随机选取３０株林木使用ＲＴＫ进行定位，比较其定位结果（表２）。结果表明：ＲＴＫ在不同林分中定位效果不同，低密度林分定位效果较好，１，３，６号样地３０株林木均能得到固定解，高密度林分定位效果普遍较差，２，５号样地约有９０％以上的林木无法得到固定解；郁闭度对ＲＴＫ定位影响明显，４，５号样地林分株树密度差异不大，但由于４号样地人为干扰严重，林冠稀疏，郁闭度只有０５５，定位效果也较好，只有２株无法固定，郁闭度是影响ＲＴＫ在森林中定位的主要因素。

综合来看，郁闭度在０６以下时，能应用 ＧＮＳＳＲＴＫ在森林中进行定位。第八次全国森林资源清

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　第４期 石君杰等：ＧＮＳＳＲＴＫ技术在林木定位及微地形测量中的应用

查结果表明，全国森林面积为２０８亿 ｈｍ２，平均郁闭度为０５７，一半多的有林地可应用 ＲＴＫ进行测量，而全国还有其他林地如宜林地、灌木林地、未成

林造林地等约１０２亿 ｈｍ２，为 ＲＴＫ的测量应用提供了广阔前景。从河北省来说，森林质量较低，平

均郁闭度为０４７［１７］，ＲＴＫ定位的可用性更高。

表２　几种不同的林分概况及ＲＴＫ定位情况Ｔａｂ２ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｆｏｒｅｓｔｓｔａｎｄｓａｎｄＲＴＫｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓ

样地编号 林分类型株树密度

／（株／ｈｍ２）平均胸径

／ｃｍ平均树高

／ｍ郁闭度 地形

ＲＴＫ解类型／个

固定 浮动 单点 合计

Ｎｏ１ 落叶松人工林 ３００ ２７８ １８９ ０４４ 平地 ３０ ０ ０ ３０

Ｎｏ２ 杨桦次生林　 １４８０ １５４ １１２ ０８７ 山坡 ２ １７ １１ ３０

Ｎｏ３ 杨桦次生林　 ４５５ １６８ １２７ ０５１ 山坡 ３０ ０ ０ ３０

Ｎｏ４ 落叶松人工林 ７５０ １６７ １０５ ０５５ 沟谷 ２８ ２ ０ ３０

Ｎｏ５ 落叶松天然林 ８４４ １９８ １７１ ０８２ 沟谷 ３ １９ ８ ３０

Ｎｏ６ 落叶松天然林 ４８０ ２３１ １７３ ０５４ 山坡 ３０ ０ ０ ３０

４２　样地设置技术设置样地是森林资源调查或实验设计的重要

步骤，在林分郁闭度较低时可通过 ＧＮＳＳＲＴＫ技术进行样地设置。ＲＴＫ定位技术能有效提高设置固定样地的效率和精度，能在样地复测时提供导航。

通过ＲＴＫ确定矩形样地四角位置的方法有两种，直接放样法（图２（ａ））：在测量前使用 ＡｒｃＧｉｓ或 ＧｏｏｌｅＥａｒｔｈ等软件结合地形图与资源分布图设计好样地的位置、形状、大小等属性，将规划好的样地四角坐

标Ａ（ｘ１，ｙ１），Ｂ（ｘ２，ｙ２），Ｃ（ｘ３，ｙ３），Ｄ（ｘ４，ｙ４）输入ＲＴＫ流动站手簿，再使用“点放样”工具找出４点位置，以直线连接，从而确定样地位置。辅助定位法

（图２（ｂ））：根据实验目的确定样地目标区域，在此区域的合适位置确定一点Ａ（ｘ１，ｙ１），然后使用辅助测量工具中的“方位角”工具，将 Ａ点设为已知点，根据样地边长需要设置长度 Ｌ，边长延伸方位角 α，点击“计算”获得目标点 Ｐ１坐标后进行点放样，用同样的方法逐步确定样地四角位置，直线连接确定

样地位置。除此以外，ＲＴＫ还提供了“两点一线”、“两角两点”、“两点一角”等辅助测量方法，都是由

已知点设定测量长度和角度求得目标点坐标的原

理，在样地设置时可灵活应用。

４３　每木定位及定位精度检验４３１　ＲＴＫ每木定位

图２　使用ＲＴＫ进行样地设置的方法Ｆｉｇ２ＴｗｏｗａｙｓｔｏｓｅｔｕｐｐｌｏｔｓｂｙＲＴＫ

１２１

林业资源管理 第４期　

　　林木的空间分布决定了林分结构，对林木竞争及林下环境有很大的影响，与森林生态系统的功能

密切相关。ＲＴＫ进行差分定位时具有厘米级的定位精度，在进行定位时可以保证定位质量，并获得

林木的绝对空间坐标。为了减小由树干直径与天

线的影响，使用ＲＴＫ进行每木定位时应当将流动站放置在树干的统一方位。为了后期数据处理方便，

使用定位目标树树号编辑流动站测量点的点名，并

在备注栏标明树种、胸径等信息。

天然林空间格局偏向随机分布，树种组成比人

工林丰富。本研究使用 ＲＴＫ对龙头山林场一块１００ｍ×１００ｍ华北落叶松天然林实验样地进行了每木定位，得到林木在样地中的空间分布图（图３），同时，用胸径的数值定义显示符号大小，可直观分析

其空间结构特征。

图３　使用ＲＴＫ进行每木定位结果Ｆｉｇ３ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｆｏｒｅｓｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｂｙＲＴＫ

４３２　ＲＴＫ在天然林中每木定位的精度使用 ＲＴＫ在华北落叶松天然林共定位林木

４８２株，均得到固定解。为了检验 ＲＴＫ定位精度，在样地中随机选取６０株林木，使用全站仪测量准确位置，ＲＴＫ定位结果与其进行比较得到 ＲＴＫ定位误差。结果表明：ＲＴＫ定位的平均点位误差为０１４３ｍ，其中最大误差为 ０３４７ｍ，８１７％的林木点位误差小于０２００ｍ，最小点位误差为００２４ｍ。

通过正态检验得出 ＲＴＫ定位误差分布不符合正态分布，其偏度值为 ０６１，有一个较长的右尾（图４）。样地内树木平均胸径为２３１ｃｍ，考虑到使用全站仪测量时受到树干粗度以及树干倾斜的影

响，平均０１４３ｍ的点位误差完全能满足每木定位的需要。

图４　矫正后ＲＴＫ每木定位的点位误差分布Ｆｉｇ４ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＲＴＫｐｏｉｎｔｅｒｒｏｒａｆｔｅｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ

４４　通过ＲＴＫ定位提取地形因子地形是影响林木生长的重要因素之一，对水

分、养分、光照、土壤等有直接影响［１８－２０］。使用

ＲＴＫ流动站在样地定位获得地形特征点的三维空间坐标，可提取样地内微地形信息。地形信息采

样点的选择要遵循代表性原则，特殊地形如最高

点、最低点，山脊、沟谷、洼地等应当多设采样点，

平地、坡面等则应当使采样点等间隔分布，以达到

良好的地形构建效果。如果测区地形比较简单则

可以使用直接每木定位获得的定位数据进行地形

构建。

以龙头山林场华北落叶松天然林试验样地为

例，将ＲＴＫ测得的采样点空间地理坐标导入 Ａｒｃｇｉｓ，使用 ３ＤＡｎａｌｙｓｔＴｏｏｌｓ模块的 ＣｒｅａｔｅＴＩＮＦｒｏｍＦｅａｔｕｒｅｓ命令创建ＴＩＮ表面，使用Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ命令将ＴＩＮ表面转换为数字高程模型（ＤＥＭ）数据，进而提取等高线、坡度、坡向等信息，可用来分析地形因子

对林木生长的影响。

２２１

　第４期 石君杰等：ＧＮＳＳＲＴＫ技术在林木定位及微地形测量中的应用

图５　利用ＲＴＫ定位信息提取地形因子Ｆｉｇ５ＵｓｉｎｇＲＴＫｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｏｅｘｔｒａｃｔｃｏｎｔｏｕｒｌｉｎｅｓ，ｓｌｏｐｅｓ，ａｎｄｓｌｏｐｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ

５　结论与讨论ＲＴＫ具有作业效率高、定位精度高、操作方便、

后期数据处理简单等优势［６，２１］，但林区特殊的环境

因素对其应用产生了制约，在不同林分类型中 ＲＴＫ的可用性存在明显差异。本研究认为郁闭度是影

响ＲＴＫ正常定位的主要因素，例如，林分株树密度较大但郁闭度较低仍然能实现定位。相关研究通

常将冠层和地形认为是影响 ＲＴＫ使用的最重要的因素，山体、林冠枝叶等对卫星信号的阻挡和干扰

是导致定位精度降低甚至不能定位的根本原

因［４，５，７，８，２２］。李广安、李明星等［２，６］在研究中提到

ＲＴＫ测量不要求基准站、移动站之间光学通视，但基准站与移动站间的数据链要求电磁波通视。本

研究使用“通视分析”来选择基准站位置，是为了在

地形复杂的条件下减少山体阻隔的影响，提高基准

站与流动站之间数据传输的质量。为了提高 ＲＴＫ在林区的定位精度，可以选择在枝叶较少的冬春季

进行调查，在地形较复杂的林区设定合适的卫星高

度截止角和使用多卫星系统均能提高定位质量。

精准的林木空间位置与地形信息是森林精准

经营与森林质量精准提升等的有力保障。本研究

将ＲＴＫ应用到样地设置、每木定位和样地微地形提取中，提高了工作效率，减少了使用全站仪定位所

需的控制点数量和仪器的移站次数。每木定位的

平均点位误差小于林木的平均胸径，完全符合调查

精度需要。通过ＲＴＫ定位数据可提取出样地准确、

具体的地形信息，对分析单木生长提供了数据支

持。随着我国北斗导航定位系统的建设及其与其

他导航定位系统的组合应用，ＧＮＳＳＲＴＫ必将更好地服务于森林资源调查和林区建设。

参考文献：

［１］段祝庚，赵建华．用ＲＴＫ进行带状地形图根控制测量的精度分

析［Ｊ］．中南林业科技大学学报，２００７，２７（６）：１２２－１２６．

［２］李广安，徐振方，仝小宛．ＲＴＫ测量技术在征占用林地调查中的

应用初探［Ｊ］．河北林果研究，２００９，２４（３）：２５６－２５９．

［３］ＢａｋｕｌａＭ，ＰｒｚｅｓｔｒｚｅｌｓｋｉＰ，ＫａｚｍｉｅｒｃｚａｋＲ．Ｒｅｌｉａｂｌｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆ

ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒＧＰＳ／ＧＬＯＮＡＳＳｓｕｒｖｅｙｉｎｇｉｎｆｏｒｅｓｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ［Ｊ］．

ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇ，２０１５，５３

（２）：１０２９－１０３８．

［４］李永宁，高慧娟，霍艳玲，等．ＧＮＳＳＲＴＫ在山区森林中定位的应

用研究———以桦树次生林中的３种地形条件为例［Ｊ］．林业资

源管理，２０１３（５）：１２５－１３０．

［５］李永宁，刘利民，崔立艳，等．林冠开阔度对 ＧＮＳＳＲＴＫ在森林

中定位可用性及初始化时间的影响［Ｊ］．林业科学，２０１４，５０

（２）：７８－８４．

［６］李明星，单念源，周宇峰．ＲＴＫ技术在白狼林业局地形测量中的

应用［Ｊ］．内蒙古林业调查设计，２００９，３２（５）：５４－５６．

［７］陈炳超，杨雪清，陈依静，等．ＲＴＫ技术在林区建设中的应用探

讨［Ｊ］．林业资源管理，２００６（４）：９９－１０１．

［８］徐文兵，李卫国，汤孟平，等．林区地形条件对 ＧＰＳ定位精度的

影响［Ｊ］．浙江林业科技，２０１１，３１（３）：１９－２４．

［９］ＢａｋｕａＭ，ＯｓｚｃｚａｋＳ，ＰｅｌｃＭｉｅｃｚｋｏｗｓｋａＲ．ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＲＴＫｐｏ

ｓｉｔｉｏｎｉｎｇｉｎｆｏｒｅｓｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ：ｃａｓｅｓｔｕｄｙ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｕｒｖｅｙｉｎｇ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００９，１３５（３）：１２５－１３０．

（下转第１３１页）

３２１

　第４期 冯李等：ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈＥｎｇｉｎｅ在四川省多年植被覆盖度动态监测中的应用

参考文献：

［１］赵英时．遥感应用分析原理与方法［Ｍ］．北京：科学出版社，２０１３．

［２］ＨｏｆｆｍａｎｎＷ Ａ，ＪａｃｋｓｏｎＲＢ．Ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｃｌｉｍａｔｅｆｅｅｄｂａｃｋｓｉｎｔｈｅ

ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｔｒｏｐｉｃａｌｓａｖａｎｎａｔｏｇｒａｓｓｌａｎｄ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｌｉｍａｔｅ，

２０００，１３（９）：１５９３－１６０２

［３］ＧｉｔｅｌｓｏｎＡＡ，ＫａｕｆｍａｎＹＪ，ＳｔａｒｋＲ，ｅｔａｌ．Ｎｏｖｅｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｆｏｒｒｅ

ｍｏｔｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｆｒａｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇｏｆＥｎｖｉ

ｒｏｎｍｅｎｔ，２００２，８０（１）：７６－８７．

［４］朱高龙，柳艺博，居为民，等．４种常用植被指数的地形效应评估

［Ｊ］．遥感学报，２０１３，１７（１）：２１０－２３４．

［５］ＷｈｉｔｅＭＡ，ＡｓｎｅｒＧＰ，ＮｅｍａｎｉＲＲ，ｅｔａｌ．Ｍｅａｓｕｒｉｎｇｆｒａｃｔｉｏｎａｌｃｏｖ

ｅｒａｎｄｌｅａｆａｒｅａｉｎｄｅｘｉｎａｒｉｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ：Ｄｉｇｉｔａｌｃａｍｅｒａ，ｒａｄｉａｔｉｏｎ

ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ，ａｎｄｌａｓｅｒａｌｔｉｍｅｔｒｙｍｅｔｈｏｄｓ［Ｊ］．ＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇｏｆ

Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０００，７４（１）：４５－５７．

［６］杨强，王婷婷，陈昊，等．基于 ＭＯＤＩＳＥＶＩ数据的锡林郭勒盟植

被覆盖度变化特征［Ｊ］．农业工程学报，２０１５（２２）：１９１－１９８．

［７］张本昀，喻铮铮，刘良云，等．北京山区植被覆盖动态变化遥感

监测研究［Ｊ］．地域研究与开发，２００８（１）：１０８－１１２．

［８］李苗苗，吴炳方，颜长珍，等．密云水库上游植被覆盖度的遥感

估算［Ｊ］．资源科学，２００４（４）：１５３－１５９．

［９］雷璇，杨波，蒋卫国，等．东洞庭湿地植被格局变化及其影响因

素［Ｊ］．地理研究，２０１２，３１（３）：４６１－４７０．

［１０］吴云，曾源，赵炎，等．基于 ＭＯＤＩＳ数据的海河流域植被覆盖度估

算及动态变化分析［Ｊ］．资源科学，２０１０，３２（７）：１４１７－１４２４．

［１１］陈效逑，王恒．１９８２－２００３年内蒙古植被带和植被覆盖度的时

空变化［Ｊ］．地理学报，２００９，６４（１）：８４－９４．

［１２］胡云锋，商令杰，张千力，等．基于 ＧＥＥ平台的１９９０年以来北

京市土地变化格局及驱动机制分析［Ｊ］．遥感技术与应用，

２０１８，３３（４）：５７３－５８３．

［１３］张滔，唐宏．基于ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈＥｎｇｉｎｅ的京津冀２００１—２０１５年

植被覆盖变化与城镇扩张研究［Ｊ］．遥感技术与应用，２０１８，３３

（４）：５９３－５９９．

［１４］无形的风．ＧＥＥ学习笔记—ＧＥＥ简单介绍［ＥＢ／ＯＬ］．［２０１８－

１０－３０］．ｈｔｔｐｓ：／／ｚｈｕａｎｌａｎ．ｚｈｉｈｕ．ｃｏｍ／ｐ／２９０００４９５．

［１５］熊俊楠，彭超，范春捆，等．基于 ＭＯＤＩＳ时序数据的汶川地震

灾区植被覆盖变化监测［Ｊ］．应用基础与工程科学学报，２０１８，

２６（１）：６０－６９．

［１６］范建友，丁国栋，关博源，等．正蓝旗植被覆盖动态变化的遥感

监测［Ｊ］．中国水土保持科学，２００５，３（４）：５４－５９．

［１７］闫萧萧，李晶，杨震．２０００—２０１６年陈巴尔虎旗植被覆盖度时

空变化遥感动态监测［Ｊ］．中国农业大学学报，２０１８，２３（６）：

１２１－１２９．

［１８］熊俊楠，彭超，程维明，等．基于ＭＯＤＩＳ－ＮＤＶＩ的云南省植被覆盖

度变化分析［Ｊ］．地球信息科学学报，２０１８，２０（１２）：１８３０－１８４０．

（上接第１２３页）［１０］惠刚盈，胡艳波，赵中华．结构化森林经营研究进展［Ｊ］．林业科学

研究，２０１８，３１（１）：８５－９３．

［１１］胡艳波，惠刚盈．优化林分空间结构的森林经营方法探讨［Ｊ］．林业

科学研究，２００６，１９（１）：２－８．

［１２］汤孟平．森林空间结构研究现状与发展趋势［Ｊ］．林业科学，２０１０，４６

（１）：１１７－１２２．

［１３］冯仲科，杜鹏志，闫宏伟，等．创建新代森林资源调查监测技术体系

的实践与探索［Ｊ］．林业资源管理，２０１８（３）：５－１４．

［１４］ＰｉｒｔｉＡ，ＧｕｍｕｓＫ，ＥｒｋａｙａＨ，ｅｔａｌ．ＥｖａｌｕａｔｉｎｇｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＲＴＫ

ＧＰＳ／ＧＬＯＮＡＳＳｎｅａｒ／ｕｎｄｅｒｆｏｒｅｓｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ［Ｊ］．ＣｒｏａｔｉａｎＪｏｕｒｎａｌ

ｏｆＦｏｒｅｓｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１０，３１（１）：２３－３３．

［１５］ＤｒｏｓｏｓＶＣ，ＭａｌｅｓｉｏｓＣ．ＭｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅＡｃｃｕｒａｃｙａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅ

ＧａｒｍｉｎＧＰＳｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｉｎＦｏｒｅｓｔｅｄＡｒｅａｓ：ＡＣａｓｅＳｔｕｄｙｉｎＴａｘｉａｒｃｈｉｓ

ＶｒａｓｔａｍａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＦｏｒｅｓｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ

ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＢ，２０１２，１（４）：５６６－５７６．

［１６］ＢａｋｕａＭ，ＰｅｌｃＭｉｅｃｚｋｏｗｓｋａＲ，ＷａｌａｗｓｋｉＭ．Ｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄｒｅｄｕｎｄａｎｔ

ＲＴＫｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｆｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｈａｒｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．

ＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＳａｔｅｌｌｉｔｅｓ，２０１２，４７（１）：２３－３３．

［１７］张璐，蒲莹，陈新云，等．河北省森林资源现状评价分析———基于第

九次全国森林资源连续清查河北省清查结果［Ｊ］．林业资源管理，

２０１８（５）：２５－２８．

［１８］吴邦利，龙翠玲，秦随涛．茂兰喀斯特森林不同地形部位青冈种群

结构与分布格局研究［Ｊ］．广西植物，２０１８，３８（１）：４８－５６．

［１９］杨秀清，史婵，王旭刚，等．关帝山云杉次生林土壤的空间异质性及

其与地形相关性［Ｊ］．中国水土保持科学，２０１７，１５（４）：１６－２４．

［２０］薛峰，赵鸣飞，康慕谊，等．林型和地形因子对太岳山森林地表凋落

物矿质元素含量的影响［Ｊ］．北京师范大学学报：自然科学版，２０１７，

５３（４）：４９３－４９８．

［２１］由超，王宏年，宋修明，等．ＲＴＫ技术在森林资源连续清查中的应用

［Ｊ］．山东林业科技，２０１２（４）：８３－８４．

［２２］ＺｉｍｂｅｌｍａｎＥＧ，ＫｅｅｆｅＲＦ．Ｒｅａｌｔｉｍｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｉｎｌｏｇｇｉｎｇ：Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆ

ｆｏｒｅｓｔｓｔａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ，ａｎｄｌｉｎｅｏｆｓｉｇｈｔｏｂｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ

ｏｎＧＮＳＳＲＦｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｒａｄｉｏｓｉｇｎａｌｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ［Ｊ］．

ＰｌｏｓＯｎｅ，２０１８，１３（１）：１－１７．

１３１