因林区环境条件特殊，GPS定位技术的应用受到一定限制。目前森林资源调查多采用手持式GPS接收机进行样地的定位与复位，精度一般为10~25 m。利用遥感图像进行森林资源监测，采用TM图像作信息源，其空间分辨率一般为30 m，Landsat7 ETM+ HRV为15 m，遥感图像的几何精校正一般采用1:1万比例尺的地形图选取特征点或手持式GPS接收机测定在遥感图像上可识别的控制点进行，精度可以满足要求(李崇贵等，2001；李崇贵，2003)。采用TM图像进行资源监测，受空间分辨率的影响，一般用于面积估算、区域蓄量估测。面积估测精度为70%左右，用于森林资源一类调查蓄积估测时，在综合考虑GIS信息的情况下，精度可以满足要求(赵宪文等，2001a; 2001b)，但尚不能落实到优势树种。

近年来，因高空间分辨率遥感图像的出现，如何采用Spot5、IKONOS及Quickbird等遥感图像和TM图像相结合，进行森林资源二类调查，是值得研究和探讨的问题。采用高空间分辨率遥感图像，借助GIS信息，应研究定量描述优势树种、树高、胸径、冠型、郁闭度等测树因子的方法，同时借助这些遥感图像丰富的结构和纹理信息，探索基于高空间分辨率遥感图像的新分类方法，改善面积估测精度。要进行上述研究，首先必须解决遥感图像与实地位置的几何配准。高空间分辨率遥感图像的几何配准，需以较高的精度测定一定数量的地面控制点，传统的基于地形图选点或手持式GPS接收机定位的方法已无法满足精度要求。因森林资源监测涉及范围广，且多为山区，如何快速、准确在范围较大、交通和通讯不便的林区、山地测定地面控制点，是一个值得研究的问题。本文对林区GPS控制网的建立目的、布设方案、施测方法、精度要求及应用进行了研究与探讨。

1 林区GPS控制网的建立目的

建立林区GPS控制网主要目的包括：

1) 作为林区GPS差分定位的基准站，可作为森林资源调查实时差分或后处理差分的控制点，主要用于一类调查样地的实时准确定位；二、三类调查小班边界准确定位和小班面积精确测量的实时或后处理差分控制。

2) 高空间分辨率遥感图像几何校正地面控制点测量，以GPS控制网点作已知点，通过掌上卫星导航定位测定在遥感图像上可识别的地物点坐标，经后处理差分得到地物点的高精度坐标，用于校正高空间分辨率遥感图像。

3) 森林火灾火场的快速准确定位和受灾面积快速准确测量的实时或后处理差分控制。

4) 退耕还林、造林、伐区验收等小班边界的准确定位和面积精确测量的实时或后处理差分控制。

5) 进行林区地图更新测量和工程施工测量等。

2 林区GPS控制网的布设方案

布设林区GPS控制网需综合考虑很多因素：每个林场甚至每个分场需有控制点分布；控制点在遥感图像上容易识别和定位；控制点要远离诸如林区无线电台发射天线等干扰源和林冠等障碍物等等。通过实践，总体布网方案应遵循下列原则：

1) 林场及分场办公楼的楼顶角点，离墙角0.5 m左右，作为林区资源调查和其它精准测量的差分基准站，同时也可满足IKONOS及Quickbird卫星图像几何校正的需要。

2) 点位需远离林区无线电台发射和差转天线、电信通讯基站、电台等干扰源；郁闭度大的树冠；开阔度小的山谷。因为在这些点附近，GPS卫星接收机很难锁定空中卫星进行定位。

3) 用于高空间分辨率遥感图像校正的地面控制点，除采用上述差分基准站点外，还应在图像覆盖范围内，选择林区道路交叉点、形状规则的绿地拐角点、田埂和水体角点、裸露土地边角点、山脊点等在遥感图像上容易识别的地物点。所选控制点应尽可能均匀分布于图像覆盖的范围内，并应在山顶及山脚选择一部分控制点，以便克服像点位移的影响。

4) 林区GPS控制网不必套用国家控制网的布设等级，因为林区GPS控制网主要考虑资源调查及遥感图像校正的需要，点位精度以能满足最高空间分辨率遥感图像Quickbird校正的需要，优于0.5 m即可。

3 施测方法

林区GPS定位传统施测方法包括实时差分定位、静态相对定位及单点定位。单点定位可满足以TM图像为信息源的资源调查需要(赵宪文等，2001a; 2001b；李崇贵，2003)。高空间分辨率遥感图像校正需达到2.5 m、1 m及0.5 m的精度，单点定位精度无法满足要求。若采用实时差分定位，以国家控制点作为差分基准站，通过电台发射差分信号，受山区地形、地貌影响，实时差分信号覆盖范围有限，常出现失锁等现象。因在林区寻找国家控制点非常困难，实时差分定位很难进行。若通过布设较多控制点，采用差分基站逐点传递的方式设置已知点，测量误差将随基站的不断设置而逐渐积累，工作量也会增大很多。静态相对定位虽然不受林区空间距离的影响，但至少需3台接收机同步观测，因林区交通、通讯条件差，工作困难。考虑林区控制点的精度要求及交通、通信条件，静态相对定位一般不宜采用。

随着GPS定位技术的发展，目前可在林区采用的定位方法包括以下两种方法。

3.1 虚拟网络参考站定位

高精度GPS实时差分定位受电离层和对流层的影响，原始数据将产生系统性误差，在实际工作中使移动站和参考站之间的距离大为减小，不利于林区GPS定位的开展。

虚拟网络参考站VRS(virtual reference station)定位如图 1所示，由控制中心、参考站和流动站组成。所有参考站和控制中心相连接，控制中心的计算机运行GPS-Network软件，它是整个系统的神经中枢。GPS-Network连接到网络中所有的接收机，其主要任务包括：导入原始数据并进行质量检测；存储RINEX和压缩RINEX数据；改正天线相位中心；系统误差的模型化及估算；发送RTK改正数据到流动站。该系统使参考站数据中的系统误差被减小或消除，这不仅意味着用户可以增加流动站和参考站间的距离，同时也增加了系统的可靠性。当实际参考站间的距离在50 km左右时，定位精度可达到cm级。目前深圳等极少数地区已建立了VRS定位系统，预计在不久的将来全国将进行推广使用。

3.2 双频星站差分定位(WADGPS)

采用双频广域差分，无需基站、无需数据链，单机操作，全球覆盖、全天候工作。该接收机使用STARFIRE^TM网络提供的双频GPS差分信号，定位精度可达到15~25 cm。其定位原理如图 2¹⁾所示。

1) 资料引自http://www.tiance.com/s2000-01.htm

图 2所示系统由分布在美国的7个地面参考站，2个数据处理中心及1个卫星地面站组成。参考站对空中卫星进行观测，将双频观测值及系统集成信息发往数据处理中心。数据处理中心以折射改正观测值为基础，对所有参考站的观测数据进行联合处理，得到一组适合大范围的双频GPS差分改正值，通过卫星地面站将此差分改正值发往流动站，进行实时动态定位。

根据林区GPS控制网的用途，点位精度一般在0.5 m就能满足所有要求。因此在上面讨论的施测方式中，双频星站差分定位技术最适合于林区GPS定位。

4 林区GPS控制网建立试验

为探索以一定精度、快速、经济建立林区GPS控制网的方法，2003年3—4月，由广西林业勘测设计院、深圳职业技术学院分别在广西南宁附近的高峰林场和深圳进行了GPS控制网的定位试验。

高峰林场位于南宁市郊，有8个分场。属低山地貌，林区交通条件尚可，各分场间有林区公路相通，但由于山体阻隔，林区内无法实现移动通讯，只能通过固定电话进行通信联系。本次试验主要目的是建立林区GPS差分基站控制网，同时测定一定数量的可用于校正Quickbird、Spot5等遥感图像的地面控制点。差分基准站主要布设在各分场的场部，以便日后测量作业，如图 3所示。用于校正遥感图像的地面控制点主要分布在林场周围，如图 4所示。

试验共采用了实时差分定位、静态相对定位、星站差分定位、虚拟网络参考站定位(在深圳进行)4种方法。实时差分、静态相对定位及虚拟网络参考站定位采用Trimble GPS5700接收机，星站差分采用NAVCOMSF－2050接收机。4种方法所需人员及车辆配备情况如下。

1) 动态差分定位   基准站和流动站各需1辆车，2位测量人员，包括司机在内需要4人才能正常作业。因林区地形、地貌影响差分信号的接收，基站和流动站之间的距离受到很大限制，一般只能达到3~7 km左右。距离稍长，无法接收到基站差分信号，或很难得到固定解，往往测定一站需较长时间。当林区范围较大时，需设较多基准站。因林区很难找到已知点，只能将前面通过差分方式测定的待定点再作为差分基准站，对下一个待定点进行定位。若经过多次传递势必使测量误差增大。本次试验用这种方法进行了观测，因定位和通讯困难而中途停止。

2) 静态相对定位   静态相对定位至少需3台接收机进行同步观测，每台接收机配置1辆车、1个观测人员，包括司机在内需6人才能正常工作。要实现同步观测，在林区交通、通信不便的情况下需花费较多的时间，每个测站需连续观测30 min左右。本次试验用这种方法测设了图 3中位于各分场的差分基准站。采用点重复的方式进行观测，8个点需要近10 h才能完成外业观测。

3) 星站差分定位   仅需1台接收机，1个测量人员，配1辆车就能完成定位工作，无需基站和数据链，定位方便、快捷。图 4所示的19个图像校正用GPS点均采用这种方法定位，7 h完成外业测量和数据处理工作。为检验星站差分定位的精度状况，在图 3和图 4中GF2和GF4两点重合，静态相对定位和星站差分定位采用了相同的已知点。

4) 虚拟网络参考站定位   虚拟网络参考站定位，仅需1台接收机，1位测量人员，配1辆车就能进行，流动站与控制中心通过拨号联系，在每个待定点上仅需2~5 min就能完成定位，精度可以达到cm级，远高于森林资源调查的要求，但前提条件是必须建立VRS网络系统，同时需通过拨号向控制中心发送流动站的大致位置。

5 定位结果及结论

图 3中8个基准站的静态相对定位结果如表 1所示，图 4中19个校正点的星站差分定位结果如表 2所示。表 1中的GPS04、GPS05为已知点，其余待定点以这2个为基础进行解算。

在表 2中，重合点GF2仅用了GPS04一个已知点进行解算，重合点GF4采用了GPS04、GPS05两个已知点进行解算。在实际定位时，因寻找已知点困难，GPS05受附近发射天线的影响，采用星站差分接收机观测，在该点很难锁定卫星，第1次没有观测成功，第2次对其进行了重新定位，也只能确定二维解，即GF4采用GPS04和GPS05作已知点解算时，在GPS05上只能确定二维解。GF2静态相对定位和星站差分定位的纵横向偏差分别为1.728 m和3.547 m，GF4两种定位的纵横向偏差分别为-0.54 m和0.615 m。

星站差分采用与静态相对定位相同的已知点进行解算，重合点GF4偏差较小，因在GPS05上星站差分接收机只能测定二维解，两种定位的点位偏差为0.818 m。而GF2的偏差则为3.945 m。GPS静态相对定位可以达到很高的精度，本次试验星站差分接收机的标称精度为15 cm，G F4却为0.818 m，而单点解算的GF2为3.945 m，说明已知点数量及在已知点上定位的精度对整体测量精度影响较大。星站差分定位的精度能达到森林资源调查的要求。

通过以上分析，为进行精准森林资源调查，林区GPS控制网的建立及应用应遵循下列原则：

1) 根据目前我国森林资源调查的发展趋势，有必要以省为单位在全国范围内建立林区GPS差分控制网，主要作为森林资源调查的基准站使用。

2) 差分控制网的点位精度需满足0.5 m的要求，以便可以作为测定各种空间分辨率遥感图像地面校正点、面积精准测量等的已知点。

3) 差分控制网在有条件的地区可采用VRS系统建立，其它地区可采用星站差分定位的方法建立。根据目前我国的具体情况，主要应采用星站差分定位的方式进行。可以各省林业调查规划院为单位购买1台星站差分定位接收机，由其负责本省的GPS差分控制网的规划、设计及建立。

4) 采用星站差分定位建立林区GPS控制网时，一定要选择2个已知点参与观测和解算。已知点最好是国家测设的GPS点，若难以找到国家GPS点作为已知点，需选择国家三角点、城市工程控制网三角点或导线点时，两个已知点需属于相同类型，最好是相同类型和相同等级，以保证起算数据的精度。

5) 在建立林区GPS差分控制网后，可以采用低成本的掌上卫星导航定位仪通过后处理差分方式测定校正遥感图像所需的地面控制点。也可进行造林地、采伐迹地面积的后处理差分精确量测。