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[林业]  移动终端和互联网卫星影像在林业生产中的应用

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发表于 2016-4-27 09:49:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
  移动终端和互联网卫星影像在林业生产中的应用
 
  1. 移动终端和移动互联网的现状
  移动终端包括智能手机、PDA、平板电脑等. 移动互联网使得人们可以通过随身携带的移动终端随时随地获取互联网服务。随着宽带无线接入技术和移动终端技术的迅速发展,全球已经进入移动互联网周期的早期阶段(计算技术先后经历的5 个发展周期: 大型机、小型机、个人电脑、桌面互联网、移动互联网)。移动终端是移动互联网的前提和基础。随着移动终端技术的不断发展,移动终端逐渐具备了较强的计算、存储、处理以及触摸屏、定位、摄像等功能,拥有了智能操作系统和开放的软件平台。当前主要的智能终端操作系统有Google 的Android,Apple 的iOS 和微软的Windows Mobile 等。采用智能终端操作系统的手机,除了具备通话和短信功能外,还具有网络扫描、接口选择、蓝牙I /0、后台处理、能量监控、节能控制、低层次内存管理、持久存储和位置感知等功能。这些功能使得智能手机在医疗卫生、社交网络、环境监控、交通管理等领域得到越来越多的应用
  2014 年1 月16 日,中国互联网络信息中心(CNNIC)在京发布第33 次《中国互联网络发展状况统计报告》(以下简称《报告》)显示,截至2013 年 12 月,中国网民规模达6. 18 亿,互联网普及率为45. 8%。其中,手机网民规模达5 亿,继续保持稳定增长。手机网民规模的持续增长促进了手机终端各类应用的发展,成为2013 年中国互联网发展的一大亮点。《报告》显示,全年新增网民5 358 万人,较2012 年底提升3. 7 个百分点。综合近年来网民规模数据及其他相关统计,中国互联网普及率逐渐饱和,互联网发展主题从“数量”向“质量”转换,具备互联网在经济社会中地位提升、与传统经济结合紧密、各类互联网应用对网民生活形态影响力度加深等特点。本文将结合具体林业工作对移动终端和移动互联网应用进行研究。


  2 应用于林业生产的互联网地图影像数据、移动终端及软件
  2. 1 互联网地图影像数据
  互联网地图影像数据常用的有Bing 航空地图、Google 卫星地图、百度卫星地图、SOSO 卫星地图等。这些地图都具有较高的图像分辨率,对地貌、地物和植被等具有较高的辨识度。图1 ~ 图4 为同一地块的4 种卫星影像比较图。
  


  图1 Bing 航空地图影像

  对比后发现,在偏远地区最好用的是微软公司的Bing 航空地图,其它地图在发达的城市周边更新比较快,清晰度较高,偏远山区效果较差。较大城市周边Google 卫星地图更新较快,具体地块情况各有不同。
  


  图2 Google 卫星地图影像
  


  图3 百度卫星地图影像
  


  图4 SOSO 卫星地图影像
  2. 2 移动终端
  所有带定位功能的移动智能终端都能被采用。常规的移动智能终端包括Android 智能手机、iphone手机、带定位功能的平板电脑和PDA 等,专业移动终端有南方测绘的S 系列( Windows Mobile 系统) 及最新发布的S520 工业级平板型GNSS 接收终端Android 系统) 等。Windows 手机系统软件对互联网支持较差,为了方便研究,本文中专业移动终端采用南方测绘S760C,常规移动终端主要采用ipad4( 4G 版) 进行研究分析。南方测绘S760C 具有以下优点: ①支持GPS 定位、北斗卫星定位和SBAS 差分定位,定位精度高。②支持各大网络运营商无线网络。③10 h 左右的待机。④支持南方测绘专业测绘软件。ipad4( 4G 版) 具有以下优点: ①支持GPS定位。②支持各大网络运营商无线网络。③10 h左右的待机,④大屏幕,方便操作和观看。
  2. 3 移动终端软件
  普通移动终端可利用软件主要有奥维互动地图、ArcGIS 移动版、百度地图移动版、谷歌地球等。结合实际调查活动,只有奥维互动地图和ArcGIS 移动版能较方便地应用于林业工作; 专业移动终端软件主要有GIS 数据采集( 增强版) 和ArcPad 等。虽然专业软件能对距离、面积和方位等进行精确测 量,并创建和编辑项目区空间数据,但是在移动互联网方面支持较少,使用较为繁琐,不利于推广。本文主要研究移动互联网的应用,所以利用奥维互动地图进行分析。
  奥维互动地图具有以下优点: ①能方便地缓存项目地不同清晰度的影像数据; ②可以方便地调取Bing 航空地图和Google 卫星地图; ③对调查对象进 行标记和简单的距离、面积、方位测量; ④保存历史航迹和勾绘区域; ⑤可云端同步; ⑥支持现有移动终端主流操作系统。


  3 在林业调查规划中的应用
  3. 1 在三类调查中的应用
  3. 1. 1 在使用林地可行性和林木采伐作业设计调查中的应用
  结合用地方提供的勘测定界图等可以方便直观地进行前期准备工作( 图5) 。
  


  图5 使用林地勘测定界示意

  在前期处理时,利用地理信息系统软件可以对卫星影像进行几何精校正,在外业调查前就可以直观地反应出调查地块的林地情况,高分辨的卫星影 像底图可以合为大比例尺的高清外业调查用图。外业调查时,可以通过移动终端的软件寻找到达项目区的公路。另外,在项目区内调查区划小班时,可以参考移动终端上的位置进行样方样带的布设。项目区边界也可以根据影像上明显地物进行确定。这些手段的应用可以极大地提高外业调查精度。进行采伐调查时,可通过项目区影像判读采伐林木所在位置和进行伐区设计。图6 为某采伐作业设计项目区外业调查用图。
  


  图6 某采伐作业设计项目区外业调查用图

  3. 1. 2 在林地监管和林地清理中的应用
  在调查违法使用林地情况时,对某个地块的原始地类判定原来只能参考当地林改和二类资源调查数据,由于技术原因和历史原因等,原始数据可能存在误差。现地调查时,可以利用移动终端调取不同影像数据,对比后可以得出相对准确的结论,违法当事人也能比较容易接受调查结果。由于不同影像数据时效性不一致,互相对照后可以方便地判断相关地块的破坏时间。如果已破坏林地在影像数据上已经有反映的,结合现地测量结果可以计算出破坏林地的面积和时间段。利用历史轨迹功能可以方便地看出调查时的移动航迹,方便进行后期整理数据。图7 为某采石场不同影像下的情况。
  


  图7 某采石场在不同影像下的林地使用情况
  通过划参考线的方法可以对比同影像之间的差别,结合现地测量可以明确判定业主是否存在违法使用林地情况。具体违法使用情况需要进行测量后 与原始资料比对分析后得出。
  


  图8 宗地影像及其校正

  3. 1. 3 移动终端结合RTK 精确测量林地
  精确测量林地需要采用专业测量仪器,本文中使用移动终端为南方测绘S760C 结合灵锐S82 - TGPS 接收机进行RTK 测量。精度能达到厘米级,完全可满足林业三类调查精度要求。准备工作如下:
  1) 收集用地方范围。本次调查收集到的为宗地范围界址点坐标( 昆明87 坐标系) ,通过坐标转换将宗地校正进入林业管理系统坐标系( 北京54坐标系) 内。
  2) 获取互联网卫星影像数据后,依据原有SPOT 5 影像进行校正。校正点选取项目区周边明显地物,校正方法选择仿射( Affine Transform)
  3) 通过南方测绘影像处理软件2014 版将校正后的影像转换成S760C 专用图像格式,和其它图层文件一起导入S760C 后供外业调查使用( 图9) 。
  


  图9 S760C 专用图像格式的转换及导出

  3. 2 在森林资源二类调查中的应用
  森林资源规划设计调查( 简称二类调查) 是以国有林业局( 场) 、自然保护区、森林公园等森林经营单位或县级行政区域为调查单位,以满足森林经 营方案、总体设计、林业区划与规划设计需要而进行的资源调查。移动终端和互联网卫星影像在森林资源二类调查中的可以有以下帮助: ①辅助定位和观察点的选取。在二类调查小班区划时,通过移动终端获取影像图和自我定位,可以方便快捷地寻找有利于对坡区划的观察点。②设置测量样地点时,可以便捷地选取到达样地的最快途径。③进行工作时的路线规划可以做到最优。④利用高清晰度卫片可以辅助判读林地的地类、优势树种和其它植被情况,可以参考高清晰度的影像图对图纸进行区划。
  3. 3 在森林资源一类清查中的应用
  国家森林资源连续清查( 简称一类清查) 是以掌握宏观森林资源现状与动态为目的,以省为单位,利用固定样地为主,进行定期复查的森林资源调查 方法。由于前期调查已经采集有较精确的西南角GPS 数据,移动终端的使用可以方便快捷地帮助调查人员到达固定样地点。通过高精度的卫星影像可 以更方便准确地判断样地及样地周边90 m × 90 m的地类变化情况。量测样方内林木和2 m × 2 m 小样方时,对未知植物物种的认定可以将植物不同部位的照片通过移动互联网传送给植物分类专家进行辅助鉴定。
  3. 4 在林业规划设计中的应用
  在进行林业相关规划和作业设计时,可以利用移动终端在现地对项目区进行调查记录,初步记录和布设相关规划设计内容。在现地,可通过移动终 端上的软件进行长度和面积概算,可以在现地初步获取规划设计能达到的大概规模,明确各规划项目在图纸上的布局。通过航迹功能获取项目区交通道 路网的现状,确定后期需要布设的道路。同时,项目区斑块区划及相关资源数据等都可以更直接地记录在移动终端上,方便规划人员和第三方进行交流,可以便捷直观地对项目提出初步构想、设计和修改。
  4 优势与问题
  4. 1 在林业生产应用中的优势
  ⑴便携性
  移动终端可以使野外调查减少携带的图纸量,传统一类调查和二类调查中通常需要大量携带图纸和调查卡片。利用移动终端只需要携带少量涉密地 形图参考使用。调查因子完全可以利用移动终端进行记录。
  ⑵直观性
  对比传统卫星影像和地形图,移动终端缓存的互联网卫星影像可以更直观地反应出地形和植被。只是涉密的小地名等较少,但可以结合地形图使用。
  ⑶高效性
  由于使用者的位置实时反映在移动终端,可以快速地帮助调查人员确定自我位置及地块位置。同时,可通过判断影像上道路的宽度等确定调查行进 方向,减少走错路的概率。另外,移动终端还能进行拍摄带位置属性的照片,可方便后期内业工作的整理。
  ⑷互动性
  移动终端可以方便调查者和当地向导沟通,即使向导不会看地形图也一定能看懂高清晰度的卫星影像。通过移动互联网可以方便地将待定物种照片 传给动植物专家进行分类。
  ⑸ 精确性
  部分专业移动终端可以和差分GPS 系统结合使用,能大幅度提高调查区划小班的精度,与采用地形图或者SPOT 5 卫星影像调查相比,在精确度上有巨大的提高。
  4. 2 存在的问题及建议
  4. 2. 1 影像拼接与矫正存在误差
  互联网数据对景幅的拼接存在一定的误差,如果误差较大时影像数据校正必须分景幅进行。由于地形深切割,海拔变化大,受拍摄角度和景幅的限 制,影像会存在较大的变形。如在金沙江边的影像在校正时会存在变形问题,需要布设比其它平缓地区更多的控制点。在进行较长距离的线性项目调查 时,变形情况可能更严重,需要分段多次进行校正。移动互联网保存的影像必须经过精校正才能使用,否则对调查精度有极大影响。移动互联网影像都有各自的投影坐标系,且很多是由不同景幅拼接而成,与工作中实际使用的坐标系可能存在误差,如有第三方勘测定界等CAD 图纸的可以参考CAD 进行校正使用。若没有参考CAD 数据的,可以依据现有林业资料( 如原有二类调查图、林地保护利用图和现有地形图等) 进行校正后使用,但是现地调查时必须通过采集明显参考物GPS 坐标进行精校正后方可作为参考依据。校正影像时需充分考虑坐标系转换精度问题。
  4. 2. 2 影像数据不全
  每个互联网数据各景幅清晰度和拍摄时间都不同,部分地区可能完全没有高清晰数据或者被大面积云层遮挡,使用时受到较大影响。对此,可以结合多个影像数据来源互补使用。
  4. 2. 3 无线网络信号覆盖不全
  虽然现在移动互联网发展迅速,但是在某些偏远地区,移动终端会存在难以接受网络信号的情况。建议选择中国电信的手机网络,在山区覆盖情况较好。如果确实没有信号,可以在有网络的地方预先通过软件缓存相应地区的卫星影像。
  4. 2. 4 森林中GPS 信号差
  林业工作结合RTK 使用时发现,在森林植被覆盖较好或者地形复杂的地方,无线电信号衰减严重,接收GPS 信号不稳定,定位很难达到固定解状态( 定位精度在1 cm 以内) ,如果是浮点解( 定位精度小于0. 5 m) 在林业应用中也基本能达到应用要求,但是GPS 卫星信号不稳定时,差分解和单点解的定位精度一般在5 ~ 10 m,有时还会更大,不能满足精确测量要求。遇到此类情况,建议在进行RTK 基准站架设时选择可大范围直视测量区域、仰角15°范围内没有或较少障碍物的制高点。同时,应避免邻近有大面积的平静水域,无大功率电力或通讯设备。手簿和移动站加配天线增强接收能力。建议在信号好的地方尽量多布设GPS 控制点。
  4. 2. 5 专业硬件和软件配套不足
  现有移动终端专业配备应用于林业的较少,相应专业软件也存在更新难等问题。南方测绘等公司的很多专业户外手持机( 如S760C 系列) 等在测量 精度上能保证,但利用移动互联网功能不足,操作繁琐,在林业野外工作中使用效果不佳。普通移动终端能装奥维互动地图等软件,虽然使用简单,但是林业野外调查的专业软件较少,在野外操作中防水、防摔、防沙等性能不足。
  4. 2. 6 待机时间和显示效果
  移动终端耗电量比较大,由于信号等原因可能造成电量消耗过快,需要配备相应的移动电源以保证设备能进行至少一天的野外调查工作。由于现有 显示屏的亮度和分辨率等因素,在强烈的光照情况下显示效果会受到较大影响,需要在遮阴条件下才能较好使用。
  4. 2. 7 存在保密及版权问题
  由于林业工作很多涉及地形、坐标等保密数据的使用,使用中必须严格执行《中华人民共和国保守国家秘密法》的相关规定,严禁有保密数据的涉 密移动终端接入互联网及其他公共信息网络。在涉密移动终端的保管和使用上也必须责任到人。在使用非涉密移动终端( 普通手机或者平板等) 接入互 联网时只能调用未经校正过的互联网影像数据等未涉密信息。互联网卫星影像数据经校正只能在涉密计算机上进行,每次数据传输只能单向传输( 由非 涉密设备进入涉密设备) ,同时完善安全保密责任制度和泄密事故处理应急预案。另外,相应影像数据的知识产权属于各个互联网公司,林业工作中使用相应卫星影像数据时只能作为参考和研究使用,不能作为调查成果,否则可能涉及侵权问题。希望以后能建立一套对互联网影像数据合法使用的体系。
  随着移动互联网的普及,移动终端硬件、软件的发展,林业部门通过与相关测绘仪器和软件研发公司合作,争取能尽快完善和普及移动终端设备在林业工作中的应用,提升林业生产效率,提高林业调查精度和林业管理水平,让科技进步为新时期林业的跨越式发展插上腾飞的翅膀。


来源:云南省林业调查规划院昆明分院

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发表于 2017-10-31 10:55:43 | 显示全部楼层

楼主厉害哦,这么多的干货。谢谢
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发表于 2017-11-8 11:30:27 | 显示全部楼层

看上去蛮不错的

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发表于 2017-11-8 11:32:05 | 显示全部楼层

有点类似西安那边地矿系统搞的数字填图系统,野外调查数据直接掌上机操作。是蛮方便的

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发表于 2017-11-11 12:59:18 | 显示全部楼层
非常不错,收藏了
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发表于 2017-12-11 14:23:02 | 显示全部楼层
谢谢 分享 学习了
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