蔣大勇，阮方佑

（云南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院昆明分院，云南昆明 650200）

1 研究區(qū)概況

紅河州州政府所在地在蒙自市，地處云南省東南部，北與昆明市、曲靖市接壤，南與越南交界，邊境線長848km，河口和金水河兩個(gè)國家一類口岸就位于紅河州境內(nèi)。是昆明通往越南河內(nèi)經(jīng)濟(jì)走廊的至關(guān)重要的通道。地理位置東經(jīng)101°47′～104°16′，北緯22°26′～24°45′，轄區(qū)面積32931km2；東西最大距離為254.2km，南北兩邊最大距離為221km，紅河州最高海拔3074m，為金平縣的西隆山，最低海拔76.4m（云南省海拔最低點(diǎn)），在河口縣紅河與南溪河交匯處，平均海拔1200m，北回歸線由此穿過；紅河州山區(qū)占地面積為85%；轄4 市9 縣，紅河州降雨量為815.8mm，年平均氣溫在18.6℃，全年無霜期337d。

云南省草原綜合監(jiān)測在紅河哈尼族彝族自治州共布設(shè)70 個(gè)監(jiān)測樣地，分布在所轄的除河口瑤族自治縣以外的4 市8 縣。

2 GNSS RTK 技術(shù)的簡介及工作原理

2.1 GNSS RTK 技術(shù)簡介

GNSS 全稱為global navigation satellite system，泛指所有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。RTK 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法。GNSS RTK 是基于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量技術(shù)，主要由基準(zhǔn)網(wǎng)站、流動(dòng)站、數(shù)據(jù)處理中心和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成[1]。采用GNSS RTK 技術(shù)具有靈活、簡單的優(yōu)點(diǎn)，且觀測時(shí)間短，定位精度高，不受通視條件、氣候等因素影響。

2.2 工作原理

GNSS RTK 的工作原理是將基準(zhǔn)站接收機(jī)置于已知、未知坐標(biāo)參考點(diǎn)上，基準(zhǔn)站接收到的可視GNSS 衛(wèi)星信號通過無線通信網(wǎng)實(shí)時(shí)發(fā)給用戶；用戶接收機(jī)將接收到的衛(wèi)星信號和收到基準(zhǔn)站信號實(shí)時(shí)聯(lián)合解算[2-3]，得到流動(dòng)站平面坐標(biāo)x，y 和正常高H[1，4-5]，并且估算出精度。

3 草原生態(tài)綜合監(jiān)測

3.1 目的任務(wù)

準(zhǔn)確掌握紅河州草地資源的類型、數(shù)量、分布、保護(hù)利用狀況及其消長動(dòng)態(tài)、變化情況，以及工程項(xiàng)目實(shí)施的成效等方面的情況。

3.2 監(jiān)測方法

采用方法包含圖斑監(jiān)測、樣地調(diào)查、數(shù)據(jù)庫建設(shè)等方法開展綜合監(jiān)測工作，圖斑監(jiān)測時(shí)，對違法圖斑只要對圖斑的拐點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)測量，就可獲得違法圖斑形狀和面積，方法簡單在此不贅述。本篇只涉及利用GNSS RTK 技術(shù)應(yīng)用到樣地調(diào)查中，利用GNSS 導(dǎo)航技術(shù)，按照預(yù)先設(shè)定好的樣地位置對樣地進(jìn)行定位。當(dāng)采用差分定位技術(shù)確保定位精度達(dá)到1m 以內(nèi)時(shí)，可以直接進(jìn)行樣地定位。如果達(dá)不到精度要求，則需現(xiàn)地尋找明顯地物點(diǎn)作為引點(diǎn)，采用引線定位方式定位。

3.3 草原監(jiān)測樣地調(diào)查

草地樣地調(diào)查包括草地樣地設(shè)置、樣地地形、土壤等，以及草原類、草原型、植被結(jié)構(gòu)等各項(xiàng)因子的調(diào)查、樣地所在圖斑信息驗(yàn)證等工作，并對草地的種類、生物量、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)及其變化進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取。利用GNSS RTK技術(shù)主要用于樣地預(yù)設(shè)定位、樣線終點(diǎn)端定位、高大草灌木樣方放樣、定位等工作。

（1）樣地定位。利用GNSS 導(dǎo)航技術(shù)，按照預(yù)先設(shè)定好的樣地位置當(dāng)精度達(dá)到1m 以內(nèi)時(shí)可進(jìn)行樣地定位。否則采用傳統(tǒng)引線定位的方式進(jìn)行定位。樣地定位如圖1 所示。

圖1 樣地定位

（2）樣地中心點(diǎn)坐標(biāo)獲取。當(dāng)樣地中心點(diǎn)確定后，在中心點(diǎn)位置架設(shè)RTK 設(shè)備，當(dāng)定位精度達(dá)到1m 以內(nèi)時(shí)，獲取中心點(diǎn)位置固定解坐標(biāo)值，并做好記錄。

（3）樣地及標(biāo)志設(shè)置。以樣地中心點(diǎn)為圓心，設(shè)置一個(gè)半徑40m，0.5hm2的圓形樣地。若遇特殊情況，例如，落入細(xì)碎圖斑的特殊樣地，設(shè)置一個(gè)半徑20m，0.125hm2的圓形樣地。在樣地中心點(diǎn)和3 條樣線端點(diǎn)坐標(biāo)位置處埋設(shè)鋼管或PVC 管等固定標(biāo)志。

（4）樣方設(shè)置。樣方設(shè)置包括觀測小樣方、測產(chǎn)小樣方、高大草灌木大樣方。①測小樣方設(shè)置數(shù)量、位置及規(guī)格。數(shù)量：3 個(gè)，位置：3 條樣線端點(diǎn)坐標(biāo)位置處，樣方對角線與樣線重合。規(guī)格：2m×2m。觀測小樣方設(shè)置如圖2 所示。②測產(chǎn)小樣方設(shè)置數(shù)量、位置及規(guī)格。數(shù)量：3 個(gè)，位置：觀察小樣方周圍5m 范圍內(nèi)，但不能與樣線和觀測小樣方重疊規(guī)格：1m×1m。測產(chǎn)小樣方設(shè)置如圖3 所示。③高大草灌木大樣方數(shù)量、位置及規(guī)格。數(shù)量：1 個(gè)，位置：以樣地中心點(diǎn)的正西方向1m 作為東南角點(diǎn)設(shè)置正方形大樣方規(guī)格：10m×10m。高大草灌木大樣方如圖4 所示。

圖2 觀測小樣方設(shè)置

圖3 測產(chǎn)小樣方設(shè)置

圖4 高大草灌木大樣方設(shè)置

4 GNSS RTK 在草原監(jiān)測樣地中的應(yīng)用

4.1 監(jiān)測樣地中心點(diǎn)定位、放樣

草原監(jiān)測樣地使用GNSS RTK 實(shí)時(shí)定位精度可達(dá)厘米級。且有無須通視，操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。具體操作時(shí)可先將預(yù)設(shè)定的樣地位置中心坐標(biāo)輸入平板或手機(jī)等數(shù)據(jù)采集設(shè)備和RTK 工作手簿中，先用平板等數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用GNSS 導(dǎo)航，按提示操作即可快速的找到樣地中心點(diǎn)的位置，然后當(dāng)樣地中心點(diǎn)確定后，架設(shè)RTK設(shè)備，按RTK 提示及指引進(jìn)行移動(dòng)，當(dāng)定位精度達(dá)到1m 以內(nèi)時(shí)，在固定解的情況下獲取中心點(diǎn)位置坐標(biāo)值，并做好記錄即可。

4.2 監(jiān)測樣地設(shè)置

設(shè)置一個(gè)以樣地中心點(diǎn)為圓心，半徑為40m，面積約0.5hm2的圓形樣地。

具體樣地設(shè)置可采用羅盤儀測角、皮尺量距等方法，但用此傳統(tǒng)方法容易受地形條件、通視條件、儀器狀況等多方面因素影響，造成工作任務(wù)量大，工作用時(shí)長，測量精度不容易達(dá)到要求，嚴(yán)重影響工作效率。

采用RTK 技術(shù)進(jìn)行樣地設(shè)置的具體方法：當(dāng)RTK設(shè)備定位精度達(dá)到17cm 以內(nèi)時(shí)，可直接利用RTK 設(shè)備，以樣地中心點(diǎn)為基點(diǎn)，分別確定0°、120°、240°方位角，結(jié)合皮尺量距分別對3 條40m 長樣線的端點(diǎn)進(jìn)行確定。并分別在確定好的3 條樣線端點(diǎn)位置架設(shè)RTK設(shè)備，采取端點(diǎn)固定解坐標(biāo)值，并做好記錄。

特殊情況處理：①當(dāng)0°樣線難以布設(shè)時(shí)，可以調(diào)整角度，但應(yīng)保持樣線夾角120°。②現(xiàn)地圖斑很破碎的樣地，樣線長度調(diào)整為20m，設(shè)置一個(gè)半徑20m，0.125hm2的圓形樣地。草原樣地設(shè)置如圖5 所示。

圖5 草原樣地

4.3 監(jiān)測樣方設(shè)置

利用GNSS RTK 技術(shù)主要應(yīng)用在10m×10m 高大草灌木大樣方的測設(shè)上，具體操作方法如下。

（1）將從RTK 直接獲取的草原樣地中心點(diǎn)坐標(biāo)錄入RTK 手簿。

（2）利用編制好的excel 表求算出高大草灌木大樣方的4 個(gè)角端點(diǎn)理論坐標(biāo)。

（3）將帶有4 個(gè)角端點(diǎn)理論坐標(biāo)的excel 表轉(zhuǎn)換為csv 格式文件，通過文件導(dǎo)入加載到RTK 手簿程序中。

（4）在點(diǎn)放樣選取放樣庫找到4 個(gè)角端點(diǎn)坐標(biāo)，點(diǎn)放樣后，根據(jù)提示移動(dòng)RTK 設(shè)備找到每個(gè)角的端點(diǎn)坐標(biāo)位置，當(dāng)精度在17cm 以內(nèi)時(shí)就可以點(diǎn)擊測量保存端點(diǎn)坐標(biāo)值。

（5）在4 個(gè)端點(diǎn)處插入花桿，用皮尺圍好后即完成10m×10m 高大草灌木大樣方的測設(shè)。

4.4 應(yīng)用實(shí)例

本文以紅河州建水縣17 號樣地舉例：①用RTK 找到樣地中心點(diǎn)后進(jìn)行回采后獲得回采中心點(diǎn)坐標(biāo)，錄入RTK 手簿表中。樣地中心點(diǎn)回采坐標(biāo)如表1 所示。②用編制好excel 表求算出3 條樣線終點(diǎn)端點(diǎn)坐標(biāo)和高大草灌大樣方四個(gè)角端點(diǎn)坐標(biāo)。樣地各端點(diǎn)及高大草灌大樣方端點(diǎn)回采坐標(biāo)如表2 所示。③將計(jì)算好坐標(biāo)的excel 表轉(zhuǎn)換為csv 格式文件，通過文件加載方式導(dǎo)入RTK 手簿程序。④依次選擇需放樣的各個(gè)端點(diǎn)，點(diǎn)取放樣后按提示移動(dòng)到點(diǎn)坐標(biāo)處，達(dá)到定位精度進(jìn)行回采坐標(biāo)即可。RTK 手簿各端點(diǎn)放樣點(diǎn)如圖6 所示。

表1 樣地中心點(diǎn)回采坐標(biāo)

表2 樣地各端點(diǎn)及高大草灌大樣方端點(diǎn)回采坐標(biāo)

圖6 各端點(diǎn)放樣點(diǎn)

5 應(yīng)用效果

5.1 提高定位精度

如果采用傳統(tǒng)的羅盤儀測角、皮尺量距的方法進(jìn)行測量的話，容易受視線、地形、坡度等因素的影響，造成樣地定位精度不準(zhǔn)，樣方周界測量角度偏移、測量精度不高的問題，而采用GNSS RTK 技術(shù)則較好發(fā)揮了定位準(zhǔn)、測量速快的優(yōu)點(diǎn)，而且厘米級的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于調(diào)查要求[5]，極大提高了草原樣地每個(gè)端點(diǎn)的定位精度。

5.2 提高工作效率

如果采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行樣點(diǎn)放樣，樣地定位，容易受通視程度、引線清礙等客觀條件影響，導(dǎo)致工作時(shí)間長，工作效率不高。采用GNSS RTK 技術(shù)則不受這些因素影響，大大縮短采點(diǎn)定位時(shí)間，工作效率提高，勞動(dòng)強(qiáng)度降低。

6 結(jié)語

GNSS RTK 技術(shù)在這次紅河州林業(yè)和草原監(jiān)測方面的應(yīng)用尚處于起步階段，還需經(jīng)過大量實(shí)踐，但通過這次紅河州草原綜合監(jiān)測樣地調(diào)查工作可以看出與傳統(tǒng)調(diào)查對比，GNSS RTK 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是定位精度高，使用時(shí)間少，節(jié)約了工作成本，提高了工作效率，實(shí)現(xiàn)林業(yè)和草原工作的精準(zhǔn)化，值得推廣應(yīng)用。