大学生论文网：浅谈电子全站仪在林业技术中的应用

<p>大学生论文网：浅谈电子全站仪在林业技术中的应用</P> <p> </P> <p>摘要：该文在实践中利用电子全站仪采集树木坐标、树高、胸径等野外数据,并将树种作为一种属性自动记录,所有数据自动传输给计算机形成信息数据库的信息采集方法.将林木数字图与现有地形图进行叠加,既检验测树精度又提供现有地形图的变化情况,在林业<A href="http://www.51lunwen.org/environment/lw200804130455456505.html" target=_blank>工程规划</A>设计中提供树种、直径、树高、小班面积等信息.由GIS进行信息处理及成果输出,实现信息的可视化.通过对北京西四环外587棵单株树木及15个小班的实测并经现状地形图检核证明,由于全站仪的自动化程度很高,利用其采集测树信息具有高精度、高效率的特点.</P> <p> </P> <p>关键词：测树 定位 地理信息系统 全站仪</P> <p> </P> <p>树木坐标的采集、在不把树木伐倒的情况下精确测定树高,是林业调查工作中的比较困难的问题[1--4].同时,在林业工程规划、土木工程规划及水土保持工程措施实施中精确的林木定位信息尤为重要.如在土木工程规划设计图中常常需要标定树木的分布情况,并应有林木属性数据库(包括树号、树种、直径大小、树高、树木坐标等).所以,深入研究林木定位信息的快速、精确采集方法具有十分重要的意义.</P> <p>自20世纪90年代中后期,美、英、德、日等国在林地面积测量、树高测量中初步使用全站仪,但相关文献很少.北京林业大学冯仲科教授及其科研组经过几年的研究及试验,在数学模型等方面对利用全站仪进行林木定位信息采集积累了一些宝贵的经验.林木属性数据库的建立必须通过精准的林业定位信息,对于森林资源调查、环境监测、工程开发中的定位不仅要充分考虑其广阔性、通视困难等客观事实,而且还要考虑到经济性、先进性及准确性[5].电子全站仪是一种集测距、测角及数据传输于一体的测量仪器,因其具有高精度、自动记录等功能,已在林业定位工作中得到广泛应用[6,7],随着地理信息系统(GIS)技术的发展,其强大的空间数据处理、图形显示功能提高了林业定位信息获取的速度和精度[8,9],为使树木分布数字图与现有数字地形图进行叠加,将Auto CAD格式的数字地形图直接输入GIS,可摆脱大量的内业检测、计算、统计工作.树木坐标(x,y)、树高(h)、树种、胸径等基本信息可以通过GIS进行查询、自动显示,对林木建立历史档案,野外观测点号即可作为单株树木的野外编号.</P> <p> </P> <p>1　林木定位野外信息采集</P> <p>1.1　控制网建立控制网是野外定位信息获取的基础工作,它提供林木采集的基础数据.控制网布设原则是从整体到局部,充分利用每个控制点的作用,点位应选择在通视条件好、控制点易于保留的开阔地带[10--12],控制点类型选取在水泥路面上固定钢钉.根据研究区域的范围及树木分布情况,建立如图1所示的北京--054坐标系统的平面控制网.此次共布设14个首级控制点,平均边长221 m,控制点位选择在行树附近,围绕小班布设成环形控制网形,最大点位误差m1=0.770 5 m,最大点间误差m2=0.061 77 m,最大边长比例误差k=l/3 800.全站仪观测水平方向、距离并将结果自动传输给计算机,采用CASS 5.0测图软件形成数字图形,经Arc View GIS处理保存为Shape文件,建立属性数据</P> <p>库. </P> <p>1.2　树木坐标测量如图2,安置反射棱镜于树木位置,通过全站仪测得D、V、β,则树木的三维坐标计算公式为[11]: </P> <p>式中,XP、YP、HP为第P株树木点三维坐标;XA、YA、HA为安置仪器点A的三维坐标;D为A,P二点之间的斜距;V为天顶距;α为方位角,α=α0+β± </P> <p>180°,α0为起始方向方位角;β为水平角;I为仪器高;U为棱镜高.根据全站仪的标称精度及观测值,通过经典误差传播理论[12]得出:树木坐标的点位精度为σP<±1 mm,完全满足测树精度,同时满足土木工程规划设计精度.</P> <p>1·3　树高测量如图3所示,树高(H)通过式(2)解析计算:H=I1.3+DsinV1[tg(90°-V2)-tg(90°-V1)](2)式中,I1·3为胸高,V1、V2分别为观测树高和胸径时的天顶距,D为仪器至胸径处的斜距,S为仪器至树木的平距. </P> <p>实验证明,全站仪测树高的精度比测高器等工具高[1].</P> <p>1·4　胸径测量在图3中,由全站仪观测视线与胸径处树干两侧的夹角β,则胸径d可由式(3)计算:d= 2Ssin(β/2) (3)</P> <p>1.5　树种编码对可能出现的树种进行室内或实地编码实现自动记录,如杨树(Y)、柳树(L)等,观测者观测同时将树种编码作为一种属性输入全站仪,为了方便GIS的显示及查询,可通过计算机自动更新属性数据库. </P> <p>1.6　小班边界及面积测量不同树种的林分面积、树木数量是林业凋查的重要工作之一.在林分周围设立全站仪碎步观测点若干(视面积形状、大小而定),获取碎步点的坐标(xi,yi)作为基本信息,测绘出小班的边界及面积,配合实地调查记录树种及数量参数作为属性数据.斑块面积按式(4)计算: </P> <p> </P> <p>2　基于Arc View 3.2地理信息平台进行数据处理及成果输出　　</P> <p>Arc View 3.2桌面地理信息平台具有提供可视化、浏览、查询以及从地理学角度分析数据的能力.能够以多种不同文件格式直接将CAD图件加入到地图中,并使其符号化和象其它空间数据一样进行查询和分析,本次实验首先编制程序将Auto CAD2000格式转换成Auto CAD R14格式输入Arc View3.2地理信息系统中,与观测定位信息进行检核并提供不同时相地理信息的变化,为工程设计提供规划电子信息(如图4所示).图4中,数字序号为单株树木的野外编号.Arc View3.2可把数据保存为自己的Shape文件格式、ARC/INFO格式和许多其它格式,同时可以在地图上添加数据库文件和数据库服务商的表格数据,如DBASE等.单株树木及小班边界点坐标的数据库文件见图5.图6所示为定位信息查询、显示.一般可使用鼠标选择图上要素,查看它们的属性,信息框显示查询结果.另外,可根据属性查询选择要素,使用ArcView 3.2的查找功能输入属性值.创建查询表达式查找要素,是一种功能强大的选择要素的方式,因为 </P> <p>一个表达式可以包括多个属性、操作符和运算符.根据要求进行条件查询,必须输入查询条件,如:树高>10 m,树种=杨树等.图6是树号为87的查询结果显示.</P> <p> </P> <p>3　结　　论</P> <p>从野外观测结果及数据处理成果来看,利用全站仪采集野外林业定位信息,树木坐标、胸径及树高测量误差都在毫米级以内,完全满足林业测量及土木工程规划的精度要求.并经过现有地形图检验,证明其野外数据采集效率高,实现了观测、记录自动化.内业实现全站仪与计算机的自动数据通讯,通过Arc View 3.2进行现有地形图及外业数据处理及成果显示,使林木分布可视化,能够给规划设计部门提供多种信息源和决策依据.</P> <p> </P> <p>参考文献</P> <p>1　冯仲科,韩熙春,周科亮,等.全站仪固定样地测树原理及精度分析.北京测绘,2002(4):21--24</P> <p>2　冯仲科,盂宪宇,韩熙春.建立我国多级分辨率的森林资源调查技术体系.北京林业大学学报, 2002,24(5/6):156--159　　Feng Z K, Meng X Y, Han X C. Establishing China’s technologysystem of multiple resolution power in investigation of forest resources.Journal ofBeijing Forestry University,2002,24(5/6):156—159</P> <p>3　亢新刚.森林经营管理.北京:中国林业出版社,2001</P> <p>4　冯仲科,景海涛,周科亮,等.全站仪测算材积的原理及精度分析.北京林业大学学报,2003,25(3):60--63　　Feng