网络RTK在森林资源监测中的应用探讨

巨正平，马国强，王浩波，李志平，刘晓晨，白 艳

(1.国家林业和草原局西南调查规划院，650031，昆明； 2.航天宏图信息技术股份有限公司，100195，北京；3.云南睿琦勘察设计有限公司，650231，昆明)

0 引言

森林资源监测是对森林资源的数量、质量、空间分布及其利用状况进行定期定位的观测分析和评价的工作[1]，是林业重要的一项基础性工作，能及时掌握森林资源现状和消长变化动态，预测森林资源发展趋势，为合理管理森林资源，支撑林长制督查考核，实现碳达峰、碳中和战略，编制森林资源发展规划，制定国家宏观决策，提供重要的决策依据[2-3]。

开展森林资源监测工作，查清全国和各省森林资源种类、数量、质量、结构、分布，需要在全国范围内布设调查样地，采用“图斑+抽样”方式，开展现地调查[1，4]。调查的内容主要包括树种、胸径、树高等样木因子和乔木林类型、起源、优势树种、郁闭度、每公顷株数、平均胸径、平均树高、平均年龄等样地因子[3，5]。

现地调查的首要工作是确定样地的位置和周界，再对样地内的调查因子，进行定期、准确地调查、统计、分析和评价。

1 传统定位手段

传统定位手段，首先是通过航空像片和地形图确定引点和样地位置，接着确定样地角桩，在确切的角桩基础上，进行周界测定。选用的仪器主要有罗盘仪、皮尺、花杆和手持GPS等，测量的手段主要是通过测角、量距，运用导线测量方式进行定位测量。为保证各监测周期样地位置一致、周界一致、面积一致，就需要埋设角桩、制作定位物和边界修边。

图1 罗盘仪符合西南角桩

传统的定位手段，不仅工作强度大，效率低，而且精度差，存在误差积累，其主要的局限性有：1)罗盘仪极易收到周围磁场环境影响，定位精度不高；2)支导线会随着测站或距离的增加，误差累计加大；3)罗盘仪导线测量法，对地形地貌、通视条件依赖极强；4)罗盘仪受限自身设计，无法进行精平和精确设站；5)皮尺测距精度较低；6)作业强度大。

图2 罗盘仪、花杆、皮尺确定样地周界

2 网络RTK概述

网络RTK，指在一定区域内建立多个基准站，对该地区构成网络覆盖，并进行连续跟踪观测，通过这些站点组成卫星定位观测值的网络解算，获取覆盖该地区和某时间段的RTK改正参数，用于该区域内RTK用户进行实时RTK改正的定位方式[6]。其核心就是利用多个基准站组成的基准站网络对流动站定位区域形成覆盖，基准站整周模糊度固定后，可以从观测值中分离大气延迟，通过建模或内插手段，计算出流动站与基准站间的延迟误差，通过移动通讯手段，将基准站观测值与误差改正数播发给流动站，流动站即可采用常规RTK算法实现实时高精度定位。

图3 网络RTK基本原理

网络RTK，是在常规RTK和差分GNSS基础上发展起来的一种新的、高效率、高精度的GNSS定位技术[7]，该技术相对于常规RTK而言，覆盖面更广，定位精度更高且误差均匀，更可靠且费用更低，可持续、实时提供高精度定位。

当前，主流的网络RTK作业方法，有单参考站网模式、基于虚拟参考站系统的VRS技术、基于整体解算模型的FKP技术和基于综合误差内插的CBI技术等，由此而组成的网络RTK技术构建主要有单基站网络RTK技术、移动参考站网络RTK技术和多参考站网络RTK技术。国内较为成熟的网络RTK系统，主要有各省自建的综合卫星定位服务系统(CORS) 和千寻位置网络有限公司组网构建的千寻位置服务系统，均可提供CGCS2000、WGS84和ITRF2008坐标及厘米级的定位精度。

3 网络RTK在森林资源监测中的应用

森林资源监测工作，是一项长期、在确定区域进行现地调查的任务，其重点在于沿用前期的样地位置和周界[2，8]。由于技术原因，前期固定样地调查，受限于设备自身精度和作业模式的误差累计，样地形状一般不规则，为遵循同一样地同一位置、同一周界、面积一致的原则，需要尽可能地复位样地和周界，网络RTK也是基于此原则辅助进行现地调查和定位[9-10]。

3.1 样地角桩坐标采集

样地角桩，是确定固定样地的一个核心要件，角桩确定后，即可基本确定样地的周界。前期样地角桩，多采用手持GPS进行了坐标采集，定位精度较差，误差域在几米甚至几十米的区间，故需要通过定位物来确认角桩的具体位置。

网络RTK，在锁定卫星信号并达到“固定解”状态后，能得到厘米级的定位精度，在此状态下进行角桩坐标数据采集，可以保证往后若干期固定样地调查时，角点位置统一，而且在定位物遭到损坏后，或是角桩被破坏后，通过点坐标放样方法，能准确还原样地角桩。同时，高精度角桩坐标的采集，可以后期监测时的导航定位，提供准确数据基础(如图4)。

图4 样地导航

图5 角桩坐标放样

3.2 新设样地确认

新设样地，确定样地角桩坐标后，可运用网络RTK通过坐标精确放样的方法，快速、准确、高效地定位样地，同时省去繁琐的引点工作，且定位精度高，误差不会累积。

周界确定方法，是在角桩(西南角桩)放样的基础上，依据样地设计长、宽距离，计算剩余角点坐标，再将各角桩坐标依次输入坐标点库，点点连线构造成封闭区间，即为样地区域，通过数据采集软件中的直线放样功能，可以快速、准确地确定调查样地区域、边界以及样木和周界的关系(如图6、图7所示)，为样地现地调查提供基础。

图6 样地周界复位示意图

图7 样木位置关系图

3.3 复测样地复位

复测样地，需要准确复位前期样地周界和各个角桩，在误差允许的前提下，开展监测工作。因此，在复位周界之前，需要首先进行角桩复位。

角桩复位，需要用到前期的定位物，通过定位物和前期的测量记录，运用边角后方交会法，或者距离交会法等手段，确定角桩位置，在角桩确定的基础上，再运用网络RTK进行角桩坐标采集和构造线放样复位周界。

网络RTK进行复测样地复位的优点：1)角桩一经复位，后期监测时，便可通过高精度坐标放样的手段，准确还原各个角桩；2)线放样，采用点点依次相邻，构造虚拟连接线方式，无需两两通视，即可准确复位边界；3)运用网络RTK复位的周界，精度高，也不存在误差积累；4)通过构造线放样方法，后期既是样地角桩定位物被破坏，样地也能高度还原复位。

3.4 样木复位

网络RTK，是通过采集高精度坐标，复位坐标的形式，进行森林资源监测的，样地内的样木，亦可通过采集各个样木坐标的方式，获得具体样木的高精度坐标，既能提高绘制样木位置图的精度，也能配合样木铭牌，快速、准确复位前期调查样木。

4 结论与展望

网络RTK定位精度，与接收机锁定卫星的个数、高度角、卫星几何构型和周围作业环境等，都有一定的关系，但随着我国自主研发的北斗卫星组网成功，可用实时授时定位的星座系统逐步增多(目前主要有GPS/BDS/GLONASS/GALILEO等系统)，加之GNSS接收机软、硬件的更新迭代，单位时间多星座多频信号高精度实时收敛已成为可能，林区作业信号锁定越来越快，定位精度逐步提高，运用网络RTK进行森林资源调查、监测已成为一种高效、可靠的手段。

在森林资源监测工作中，网络RTK不仅能克服传统样地定位、复位手段的局限性，还能通过采集坐标，复位坐标形式，高效、快速、准确地定位样地，复位周界及确定样木位置关系，更能在定位物遭到破坏后，快速、准确复位样地。

运用网络RTK进行森林资源现地调查，不仅提高了样地定位、复位精度，而且降低了工作强度，提高了工作效率，对运用网络RTK开展其他资源类调查，有一定的借鉴意义。