全 文 ：第 50 卷 第 2 期
2 0 1 4 年 2 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 50，No. 2
Feb．，2 0 1 4
doi:10．11707 / j．1001-7488．20140212
收稿日期: 2013 － 03 － 27; 修回日期: 2013 － 12 － 04。
基金项目: “十二五”农村领域国家科技计划“华北土石山区森林可持续经营技术研究与示范”(2012BAD22B0304)。
林冠开阔度对 GNSS RTK在森林中定位
可用性及初始化时间的影响
李永宁1 刘利民2 崔立艳2 黄龙生1 赵中凯1 黄选瑞1
(1．河北农业大学林学院 保定 071000; 2．河北省木兰围场国有林场管理局 围场 068450)
摘 要: RTK 是高精度的实时卫星定位技术，但由于林冠对信号的遮挡，GPS RTK 技术在林下很少应用，而采
用双星定位系统的 GNSS RTK 则有较为广阔的应用前景。以冀北山地杨桦次生林为例，采用 GPS + GLONASS 双
星系统进行 RTK 定位，通过全天空照片测定林冠开阔度，探讨林冠开阔度对 GNSS RTK 定位可用性及初始化时
间的影响。结果表明: 全天空照片能较好地描绘 GNSS 定位的森林环境，且卫星多位于中等高度角，林冠开阔度
是反映森林中定位环境条件的适合指标。采用双星 GNSS 系统，有足够的卫星数满足定位要求，林冠开阔度与共
用卫星数呈显著的线性正相关关系; 92. 3%的 PDOP 值小于 4，卫星有良好的空间几何分布; 森林环境对信噪比
有较大影响，信噪比与开阔度呈显著的正相关关系。林冠开阔度在 0. 25 以上时，反映定位可用性的各指标均较
好。随着林冠开阔度增大，RTK 定位所需的平均初始化时间变短。从观测时间长短与测量效率分析，15 min 是
适宜的时间限值。
关键词: RTK; 林冠开阔度; 全球卫星导航系统; 信噪比; 初始化时间; PDOP
中图分类号: S757 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2014)02 － 0078 － 07
Effects of Canopy Openness on Positioning Availability and
Initialization Time of GNSS RTK in Forests
Li Yongning1 Liu Limin2 Cui Liyan2 Huang Longsheng1 Zhao Zhongkai1 Huang Xuanrui1
(1 ． College of Forestry，Agricultural University of Hebei Baoding 071000;
2 ． Mulanweichang National Forest Farm Management Bureau，Hebei Province Weichang 068450)
Abstract: Though RTK is a satellite positioning technology with high precision，GPS RTK technology is seldom used in
forests due to the obstruction of forest canopy to the satellite signal． GNSS RTK with two satellite systems has broad
application prospects． The effects of canopy openness on positioning availability and initialization time of GNSS RTK were
studied in secondary poplar-birch forests in mountain land in north Hebei，positioning with GPS + GLONASS RTK system，
measuring forest canopy openness with hemispherical photograph． The results showed that canopy openness was the most
fitting indicator，since hemispherical photograph could represent well forest environment and most satellite had medium
elevation angle． Satellite number was enough to meet the positioning requirements． Forest canopy openness had significant
positive correlation with common satellite numbers． PDOP value more than 92. 4% was less than 4，and there was a good
satellite geometric distribution． SNR was significantly positively correlated to canopy openness，and was affected greatly by
forest environment． All indicator of positioning availability were good when canopy openness was more than 0. 25． Average
initialization time of RTK was becoming shorter with the increasing canopy openness． The suitable occupation time was 15
min with regard to surveying duration and surveying efficiency．
Key words: RTK; canopy openness; global navigation satellite system(GNSS); SNR; initialization time; PDOP
全球卫星导航系统 GNSS ( global navigation
satellite system)是所有在轨工作的卫星导航系统的
总称，主要包括美国的全球定位系统 GPS、俄罗斯的
全球卫星导航系统 GLONASS、欧盟的伽俐略系统
第 2 期 李永宁等: 林冠开阔度对 GNSS RTK 在森林中定位可用性及初始化时间的影响
Galileo 以及中国的北 斗卫 星导航系统 BeiDou
(COMPASS)等。完整的 GNSS 系统卫星数目可达
90 颗，可利用的卫星数目大大提高，导航精度可以
达到 4. 06 m(韩婷婷等，2009)。GPS 早已为林业
工作者所熟识，在森林资源调查、飞机导航、荒漠化
监测、林火监测等生产与科研方面有广泛应用;但由
于受森林环境的限制，在林业上多是应用精度较低
的手持 GPS 接收机，标称精度通常优于 10 m。近年
来，随 着 精 密 单 点 定 位 技 术 ( precise point
positioning，PPP )、空 基 增 强 系 统 ( satellite-based
augmentation system，SBAS)与 GPS + GLONASS 双星
甚至多星系统定位技术的发展，接收机的定位精度
大大提高，单点绝对定位精度可达分米级，差分定位
精度可达厘米级，使得 GNSS 定位在森林中有了更
广阔的应用前景。
卫星导航定位的动态相对定位方法主要有实时
伪距差分定位( real-time differential，RTD)与实时载
波相位差分定位( real-time kinematic，RTK)，RTK 定
位具有高效、高精度、高可靠性等优点，在工程测量
中广泛应用。在森林中进行 RTK 测量，由于地形与
树冠影响卫星信号，会使接收机难以锁定卫星，并产
生多路径效应，使 RTK 难以实施或产生较大误差。
整周模糊度快速解算技术、多路径干扰抑制技术、多
星系统定位技术的发展使得 RTK 在森林中进行精
确定位成为可能，可满足高精度边界与面积测量、样
地设置、遥感图像校准、树木单株定位、水土流失监
测等高精度测量需求。
近年来，RTK 技术在林业上的应用与研究受
到较多重视(赖家明，2005; 陈炳超等，2006; 李
广安等，2009; Pirti et al．，2010) ;但由于受地形与
冠层的影响，在森林中卫星信号会被阻挡或削弱，
通过单一的 GPS 卫星系统定位，初始化时间长，而
且容易失锁。而双星定位系统的卫星数达到 48
颗以上，可接收的卫星数大大增加，提高了实时载
波相位差分定位的性能( Pirti et al．，2010)，可以消
除因卫星数较少而形成的间隙时段 (刘基余，
2003)，甚至在密林中进行定位也有较好的效果
(雷迎春等，2010)。
GNSS RTK 在森林中具有广阔的应用前景，目
前国内外虽有一些研究，但主要集中于应用试验、
面积测定、与传统定位方法的比较等方面，还处于
试验与初步研究阶段。RTK 的应用是为了满足森
林中快速、高精度的定位要求，但在森林中由于林
冠与地形的影响，在观测条件不好时会不断地进
行初始化，需要较长的定位时间甚至不能完成定
位，测量员也会对 RTK 定位的可用性产生疑惑。
RTK 能不能在森林环境中进行定位? 森林环境条
件是如何影响 RTK 定位的? 不能快速得到固定解
时还能否进行定位? 合理的观测时间是多少?
……都是需要进行研究的问题。本文以杨桦次生
林为例，采用林冠开阔度反映森林环境条件，研究
GNSS RTK 在森林中定位的可用性，并明确开阔度
对初始化时间的影响，确定进行 GNSS RTK 定位的
适合观测时间，为 GNSS RTK 技术在森林中的应用
提供参考和科学依据。
1 研究区概况
研究地点位于河北省木兰围场国有林场管理局
下属桃山林场。桃山林场位于围场县西部，属于燕
山山脉余脉，地理坐标为 116° 52—117°16 E，41°
55—42°10N。属半干旱向半湿润、暖温带向寒温
带过度的大陆性季风型高原山地气候，冬春寒冷干
燥多风，夏季炎热少雨，无霜期 110 天，年均气温
3 ℃，年均降水量 450 mm，且主要集中在 7，8，9 月，
年蒸发量 1 350 mm。平均海拔 1 250 m，土壤多为
黑色棕壤土和沙壤土。
杨桦次生林是本地区的典型森林类型，是在云
杉 ( Picea spp． )、华 北 落 叶 松 ( Larix principis-
rupprechtii)、蒙古栎 ( Quercus mongolica )、辽东栎
(Quercus liaotungensis)等被砍伐、火烧和开垦后形
成的。杨桦次生林以白桦(Betula platyphylla)、山杨
(Populus davidiana)、色木槭( Acer truncatum)、棘皮
桦 ( Betula dahurica ) 等 树 种 为 主，伴 生 有 毛 榛
( Corylus mandshurica )、蒙 古 栎、稠 李 ( Padus
racemosa)、山荆子 ( Malus baccata ) 等 ( 金 辉等，
2012)。研究样地林分年龄为 44 年，平均海拔
1 420 m，坡向为东，坡位为中下坡，平均坡度 15°，郁
闭度 0. 85，每公顷株数1 168株。
2 研究方法
2. 1 RTK 测量
RTK 系统主要由基准站、流动站和通讯系统 3
部分组成，以获取基准站到流动站的精密基线向量
进行相对定位。测量仪器采用中海达 V30 GNSS
RTK 系统，系统采用 PCC BD970 系统模块，支持美
国 GPS 以及俄罗斯 GLONASS 的双频卫星信号，
Maxwell 6 技术可减少多路径效应，具有低仰角跟踪
技术，RTK 定位平面精度为 ± (10 + 1 × 10 － 6D)mm，
高程精度为 ± (20 + 1 × 10 － 6D)mm。
基准站: 基准站一般选择在视野较开阔、地势
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林 业 科 学 50 卷
较高的地方，周围无大面积水域与大型建筑物，并远
离微波站、通信塔以及高压输电线路、通讯线路等地
点。由于区域内制高点较远且大面积森林覆盖，离
样地较远时由于森林阻隔信号传输困难，因此基准
站架设在距离样地较近的对面山脊上开阔林空地
中，截止高度角设置为 10°，坐标通过系统平滑获
取，天线高度为 2. 06 m，为保障信号传输，使用外挂
电台，并把天线升高到最大高度。
移动站: 主机与数据采集手簿通过蓝牙连接，
天线高度设置为 2. 0 m，截止高度角设置为 10°。测
量时，移动站的气泡应尽可能居中，观测时间最长不
越过 25 min。测站点在林分中随机选取，距离基准
站 50 ～ 450 m，在测站上空有较低的灌木、幼树与林
木侧枝时，清开遮挡以利于信号接收。测量的同时
利用秒表记录达到固定解的初始化时间，并记录星
空图与卫星信息。共测量 65 个测站点，记录 18 点
108 颗卫星信息。各测站的平均开阔度为 0. 27，最
大值为 0. 46，最小值为 0. 13，变异系数为 22. 64%。
2. 2 半球影像图的获取
测站上空的半球影像图可较准确地反映测站的
开阔度情况。在各测站进行 RTK 测量后，在同一测
站点与 RTK 测量的同等高度，采用佳能 Cannon
EOS 50D 单反相机、Sigma EX-DC 4. 5 mm 鱼眼镜头
拍摄各测站点上空的半球影像。拍摄时采用自平衡
支架调平相机，通过指北针调整相机方向，设置为手
动调焦、无限远。为保证准确，重复拍摄 2 张，共拍
摄半球影像 130 张。
2. 3 数据分析与处理
外业测量数据在手簿中保存为 Excel 可打开的
csv 格式，并通过数据线导入到计算机中，得到各测
站点的坐标与卫星数、共用卫星数、均方根误差等信
息。通过记录的星空图与卫星信息得到卫星号、方
位角、高度角、L1 信噪比等信息。为研究开阔度对
单个卫星信噪比的影响，在 AutoCAD 2007 中将各测
站点的星空图(图 1)与相对应的半球影像图(图 2)
相叠加。考虑到卫星的运动与枝叶摆动，以各卫星
为中心做略等于卫星图标大小的小正方形，每个正
方形划分为 25 个网格，计算天空所占网格数与总网
格数的比例作为各卫星的开阔度。
通过 HemiView 3. 2 软件计算半球影像中天空
可见部分的像素占天空总像素的比例，得到各测站
点的开阔度。为使开阔度范围与移动站的截止高度
角一致，取天顶角为 80°。
数据分析与处理通过 Excel 2003 进行。
图 1 卫星星空
Fig． 1 Satellite skyplot
图 2 冠层半球影像
Fig． 2 Hemispherical photograph of canopy
3 结果与分析
目前，林冠对 RTK 在林下定位的影响多采用郁
闭度 ( canopy cover) (Holden et al．，2002; 赖家明，
2005)，但从卫星导航定位的原理来分析，接收机可
接收到的卫星分布在地平线以上的半球天空，卫星
与接收机间要满足“电磁波通视”，不只是在正上
方，而是任何处于卫星与接收机连线上的物体都会
对观测产生影响，因此郁闭度不能准确地反映森林
中测站点上的森林环境条件。林冠开阔度( canopy
openness)指从林地一点向上仰视，未被树木枝体所
遮挡的天空球面的比例( Jennings et al．，1999; 朱教
君等，2005)，与进行 GNSS 定位的半球视野环境
(Sigrist et al．，1999)相一致，可较好地反映森林环境
对 GNSS 定位的影响。林冠开阔度反映的是林分内
单点上空的开阔程度，也能反映单点的遮蔽程度，是
点尺度的中心投影; 而郁闭度反映的是林分内的平
均遮蔽程度，是林分尺度的垂直投影。
郁闭度根据林冠的垂直投影进行测定与计算，
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第 2 期 李永宁等: 林冠开阔度对 GNSS RTK 在森林中定位可用性及初始化时间的影响
反映的是林分中平均天顶上方的遮蔽情况。不同高
度角的卫星数(图 3)表明，较小和较大高度角的卫
星数均较少，大多数卫星的高度角集中在 16° ～ 75°
之间，位于中等高度角的卫星数最多，位于天顶上方
的卫星数很少，郁闭度难以准确反映林冠对大多数
卫星的影响。而林冠开阔度可准确反映天顶上方与
侧方的林冠遮蔽情况，是一个较为适合的指标。
图 3 不同高度角的卫星数
Fig． 3 Satellite number of different elevation angle
3. 1 开阔度对定位可用性的影响
卫星系统的可用性主要受卫星数与其空间几何
分布的影响(胡自全等，2012; Kaplan et al．，2012)，
但对于具体地点的可用性还受观测环境的限制。在
对卫星信号“硬阻挡”的环境中，卫星信号不能通过
障碍物，定位可用性能通过卫星数与空间几何分布
来反映; 在对卫星信号“软阻挡”的环境中，虽然卫
星信号可被接收，但卫星信号质量却受到较大影响。
本文以信噪比来反映观测环境条件对卫星信号的影
响，从卫星数、空间几何分布与信噪比 3 方面来研究
GNSS RTK 在森林中定位的可用性。
3. 1. 1 卫星数的分布特征 通过 GNSS 进行测量
定位，定位的基本信息就是空间星座中卫星的瞬时
位置与地面点到卫星的站星距离。对于单独的 GPS
系统来说，接收机需要至少跟踪到 4 颗卫星才能进
行三维定位，但对于 GPS + GLONASS 双系统来说，
需要至少跟踪到 5 颗卫星。对本次测量的 65 个测
站点，按照移动站接收机的接收卫星数与共用卫星
数进行统计(图 4、图 5)可知，在杨桦次生林中进行
定位，最少接收卫星数为 9 颗，最多为 16 颗，平均为
13. 4 颗。 GPS 接 收 卫 星 数 平 均 为 8. 2 颗，占
61. 2% ; GLONASS 接收卫星数平均为 5. 2 颗，占
38. 8%。出现 12 ～ 15 颗卫星的点数较多，占总点数
的 83. 1%。共用卫星数最少为 7 颗，最多为 12 颗，
平均为 9. 5 颗，出现 9 ～ 11 颗卫星的点数较多，占测
量总点数的 73. 8%。在林下进行 RTK 测量，应用
GPS + GLONASS 双系统可以捕捉到足够的卫星，能
够满足 RTK 测量的卫星数目要求。
图 4 不同接收卫星数的测站点数
Fig． 4 Number of observation point of different
received satellite number
图 5 不同共用卫星数的测站点数
Fig． 5 Number of observation point of different
common satellite number
通过双系统进行定位时可用卫星数增加，可解
决在森林中由于 GPS 卫星数少而无法定位的问题，
提高系统的可用性; 也可以改善观测卫星的几何分
布，得到较小的 PDOP( position dilution of precision)
值。同时，观测到的卫星数越多，求解整周模糊度的
数据也就越多，结果的可靠性越好，所需的观测时间
也可大大缩短。
3. 1. 2 开阔度对卫星数的影响 由于森林环境的
复杂性，地形或浓密树冠对卫星的遮挡有较大的随
机性。由接收机跟踪到的接收卫星数及共用卫星数
与开阔度的关系(图 6、图 7)可知，接收卫星数与开
阔度没有明显的关系，在开阔度较小时，接收机也能
跟踪到较多的卫星;在开阔度较大时，跟踪到的卫星
数也不一定多。共用卫星是基准站与移动站都能捕
获、跟踪并参与解算的卫星，对共用卫星数来说，受
基准站与移动站双方观测条件的共同影响，整体上
表现为开阔度越大，共用卫星数越多，且共用卫星数
( y)与开阔度( x)呈显著的线性关系:
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林 业 科 学 50 卷
y = 7. 551x + 7. 391 2。(R = 0. 959 6，P = 0. 000 6)
在森林中能接收到较多的卫星，并能满足伪距
测量的需要，但载波相位测量要求较高的卫星信号
质量，有部分卫星不能参与整周模糊度的解算。开
阔度对接收卫星数没有明显的影响，但对共用卫星
数有明显影响，在森林中进行 RTK 测量，开阔度越
大，越有利于测量工作的实施。
图 6 开阔度与接收卫星数的关系
Fig． 6 Relationship between canopy openness and
received satellite number
图 7 开阔度与共用卫星数的关系
Fig． 7 Relationship between canopy openness and
common satellite number
3. 1. 3 开阔度对 PDOP 的影响 PDOP 值反映了
GNSS 系统定位时空间的卫星几何分布，PDOP 值越
小，卫星几何分布越好。进行 RTK 定位，PDOP ＜ 4
时，观测窗口状态为良好; 4≤PDOP≤6 时，观测窗
口状态为可用; PDOP ＞ 6 时，观测窗口状态为不可
用(骆光飞等，2010)。从各测站点的 PDOP 值来
看，有 92. 3%的测站点的 PDOP ＜ 4，满足窗口状态
良好的要求，所有点的 PDOP 值均小于 6，均能达到
可用的观测窗口状态。
从平均 PDOP 值与林冠开阔度的关系(图 8)来
看，在不同的开阔度时，均有较好的卫星几何分布;
但 PDOP 值不稳定，受林冠孔隙与卫星空间位置的
影响，有较大的随机性。在开阔度 0. 25 以上时，随
开阔度的增加，平均 PDOP 值逐渐减小，卫星的空间
几何分布增强。
图 8 PDOP 值与林冠开阔度的关系
Fig． 8 The relationship between PDOP and
canopy openness
3. 1. 4 开阔度对信噪比的影响 信噪比( signal to
noise ratio，SNR)是指接收机的载波信号强度与噪声
强度的比值，能较好地反映接收卫星的信号质量，信
噪比越大，则卫星信号质量越好。当发生多路径效
应时，卫星信号质量降低，信噪比也随之变化。典型
的 L1 载波信号的信噪比为 37 ～ 45 db-Hz。从各卫
星的信噪比来看，＞ 45 db-Hz 的卫星数占 8. 1%，37
～ 45 db-Hz 之间的卫星数占 53. 1%，信噪比 ＜ 37
db-Hz 的卫星数占 38. 8%。在森林中进行定位，信
噪比较低的卫星数较多，受森林环境的影响，信噪比
大大降低。
经统计，单个卫星的信噪比与开阔度的关系如
图 9 所示，信噪比与开阔度呈显著的线性关系，开阔
度越大，信噪比越高。林冠开阔度为 0. 25 时，卫星
信号的信噪比接近 37 db-Hz，可认为，在林冠开阔度
0. 25 以上时，卫星信号有较好的信号质量。
综上所述，在杨桦次生林中进行 GNSS RTK 定
位，卫星数与空间几何分布均有较好的可用性，但由
于受森林环境的影响，卫星信号的信噪比受影响较
大。从林冠开阔度与共用卫星数、PDOP 值与信噪
比的关系看，在林冠开阔度为 0. 25 以上时，共用卫
星数达 9 颗以上，PDOP 值小于 4，信噪比为 37 db-
Hz 以上，可较好地满足 GNSS RTK 定位的系统与环
境要求。
3. 2 开阔度对初始化时间的影响
根据解算整周模糊度的情况，把 RTK 测量结果
分为浮动解与固定解，固定解的精度可达厘米级，
RTK 达到固定解的初始化时间可作为衡量在森林
中定位的可能性与效率的指标。在林下进行 RTK
定位由于受树干、树枝及树叶的影响，卫星信号发生
反射与折射，容易造成卫星信号失锁，因此采用
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第 2 期 李永宁等: 林冠开阔度对 GNSS RTK 在森林中定位可用性及初始化时间的影响
图 9 信噪比与开阔度的关系
Fig． 9 The relationship between SNR and canopy openness
RTK 作业有时需要经常重新初始化。
3. 2. 1 开阔度对初始化时间的影响 从各测站点
的初始化时间与开阔度的关系(图 10)来看，有 3 个
点未能在规定的时间内达到固定解 (以时间上限
25 min表示)，开阔度均小于 0. 25。在开阔度大于
0. 25 时，所有点均能在林下达到固定解，完成高精
度的定位。在开阔度 0. 15 ～ 0. 35 范围内，既有初始
化时间较长的点，也有初始化时间较短的点，初始化
时间的离散度比较大。整体来说，随着林冠开阔度
增大，RTK 定位所需的平均初始化时间变短。在开
阔度大于 0. 35 时，所有点均能在 5 min 内达固定解。
图 10 初始化时间与开阔度关系
Fig． 10 Relationship between initialization
time and canopy openness
图中 3 个点未能在 25 min 内达固定解 The 3 round dot
couldn’t reach fixed solution in 25 min．
3. 2. 2 林下定位的适宜观测时间 初始化时间越
长，可测点的累积百分率越大，在林下可测量的点数
就越多。从可测点数的累积百分率(图 11)来看，在
初始化时间低于 10 min 时，延长时间增加的可测点
数较多，超过 10 min 后可测点数增加缓慢。
延长测量时间会使可测点数增加，但初始化时
间较长的点通常是由于地形与树冠遮挡严重，卫星
信号质量较差，可测点数虽然增加了，但大大增加了
外业耗用时间。在外业观测中要综合考虑到调查所
需的人力、物力成本，要注重测量效率问题。用延长
的单位时间内的测量点数表示不同初始化时间所对
应的时间增量的测量效率(图 11)，在 5 min 内测量
图 11 测点百分率、测量效率与初始化时间关系
Fig． 11 Relationship between point percent，
surveying efficiency and initialization time
效率较高，每分钟可测量 7. 2 点，而在 15 min 后测量
效率大大降低并趋于稳定，每分钟可测 0. 8 点。
考虑到 15 min 时可测点数较多，达 83. 1%，
15 min后可测点数增加较少，而且 15 min 后测量效
率大大降低，因此，把 15 min 作为外业测量的适宜
时间限值。延长观测时间可以测定更多的点，但
15 min后效率较低，对于一些重要的测站点，可以采
用增加观测时间的方式，但建议时间最长不超过
20 min。观测时间过长不但效率降低，测量精度也难
以保障。林冠开阔度较小不能进行 RTK 测量时，可
采用更换测站点、偏移测量、全站仪辅助测量的方法。
4 结论与讨论
在森林中进行 RTK 定位，由于林冠对卫星信号
的影响，GPS RTK 难以在林下完成定位，而 GPS +
GLONASS 双系统可获得较多的卫星，在森林中定位
有较好的可用性。林冠开阔度对接收卫星数没有明
显的影响，但与共用卫星数呈显著的线性关系，开阔
度越大，共用卫星数越多。GNSS RTK 在森林中定
位时有较小的 PDOP 值与良好的卫星空间几何分
布。森林环境对信噪比有较大影响，信噪比与开阔
度呈显著的线性正相关关系，开阔度越大，信噪比越
高。林冠开阔度在 0. 25 以上时，反映定位可用性的
各指标均较好。在林下通过双星系统进行 RTK 定
位，大多数条件下均能达到固定解，但林冠开阔度越
小，平均初始化时间越长。由于受空间卫星分布与
林冠结构的共同作用，在林下进行 RTK 定位存在较
大的随机性。在林冠下进行双星 RTK 定位时，考虑
到时间与效率，最好不要超过 15 min，超过 15 min
宜更换点位或采用其他的辅助测量方法。
我国 GPS 在林业中已有广泛应用，随着精密单
点定位(PPP)技术、RTK 技术、双星甚至多星系统的
应用，特别是在我国北斗卫星导航系统正式提供区
域服务后，森林中高精度定位已成为不可阻挡的发
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林 业 科 学 50 卷
展趋势。在森林中进行定位，可以采取砍树剥枝法、
升高天线高于树冠法等提高定位精度 (冯仲科等，
2000)，但这些方法并不是很实用与可行 ( Sigrist et
al．，1999)。在高覆盖的森林区域，信号的接收是非
常困难的，需要特别注意工作区域的选择 ( Pirti et
al．，2010)，避免在容易产生多路径效应的地方设站
(霍夫曼 －韦伦霍夫等，2009)。通过全天空照片测
定林冠开阔度，可较好地反映森林环境对 GNSS 定
位的影响，可为 GNSS 在森林中的定位提供工作区
域选择与预判，提高定位精度与工作效率。
本研究认为，林冠开阔度越小，冠层越密，则初
始化时间越长，虽然采用的指标不同，但与其他学者
研究的林冠对 GNSS 定位影响的结果一致或相近
(Zheng et al．，2005; 陈炳超等，2006; Pirti et al．，
2010)。同时要注意，在林分尺度上的研究难以准
确反映测站点的森林环境条件，通过林冠开阔度既
可反映出整体上林冠越密初始化时间越长的情况，
也可在点尺度上反映出 GNSS 定位时较大的随机
性，在部分林冠开阔度较小林冠较密的测站点，也有
不少初始化时间较短的点。延长观测时间可提高定
位精度 ( Deckert et al．，1996; Nsset et al．，2000;
Nsset，2001)，但考虑到时间与效率，最长观测时
间以不超过 15 min 为宜。
PDOP 值反映了空间卫星的几何分布，卫星数
越多，相应的 PDOP 值也越小。本研究认为，采用
GPS + GLONASS双星系统进行定位，接收机可跟踪
较多的卫星，在各个测站点均能达到 PDOP≤6、观
测窗口状态可用的要求。有研究表明，林冠影响了
PDOP 值的大小，PDOP 值在森林中比开阔地要大
(Pirti et al．，2010)，在有叶时比无叶时要大( Sigrist
et al．，1999)。本研究也表明，由于卫星信号的敏感
性与林冠分布的异质性，林冠开阔度对 PDOP 值有
较大的影响，在开阔度较小时，PDOP 值有较大的随
机性; 在开阔度较大时，表现出随开阔度增大 PDOP
减小的趋势。
林冠开阔度可准确反映出测站点上空的 GNSS
RTK 测量环境，既包括了林冠层枝叶的影响，也包
括了定位高度以上树干的影响。本文研究了开阔度
反映的整体测量环境，还未考虑树干及枝叶的影响
差异;同时，林冠开阔度与郁闭度不同，除林分密度
外，其他测树因子如树高、冠长等也对其有一定影
响，进而会影响到 GNSS RTK 在林下定位。森林环
境对 GNSS RTK 在林下定位的影响，还需要进行更
加精细与深入的研究。
参 考 文 献
陈炳超，杨雪清，陈依静，等 ． 2006． RTK 技术在林区建设中的应用探
讨 ．林业资源管理，(4) : 99 － 101．
冯仲科，余新晓 ． 2000． 3S 技术及其应用 ． 北京: 中国林业出版社，
32．
韩婷婷，史 弦，尚 堃，等 ． 2009． GNSS 星座覆盖以及导航定位性
能评估分析 ．现代测量技术与地理信息系统科技创新及产业发
展研讨会论文集，47 － 55．
霍夫曼 －韦伦霍夫，利希特内格尔，瓦斯勒 ． 2009． 全球卫星导航系
统 GPS，GLONASS，Galileo 及其他系统 ． 程鹏飞，蔡艳辉，文汉
江，等，译 ．北京: 测绘出版社，120 － 121．
胡自全，何秀凤，刘志平，等 ． 2012． GPS /GLONASS /GALILEO 组合
导航 DOP 值及可用性分析 ．全球定位系统，37(5) : 32 － 37．
金 辉，李永宁，霍艳玲，等 ． 2012．冀北山地杨桦次生林空间点格局
分析 ．河北农业大学学报，35(3) :63 － 68．
赖家明 ． 2005． GPS 技术在川西低中山区森林资源调查中定位和面
积测量应用研究 ．雅安: 四川农业大学硕士学位论文 ．
雷迎春，李大军，王向阳，等 ． 2010．双星系统在密林区的测量方法及
应用效果分析 ．测绘通报，(4) : 40 － 43．
李广安，徐振方，仝小宛 ． 2009． RTK 测量技术在征占用林地调查中
的应用初探 ．河北林果研究，24(3) : 256 － 259．
刘基余 ． 2003． GPS 卫星导航定位原理与方法 ． 北京: 科学出版社，
198 － 199．
骆光飞，杨 洪，葛中华，等 ． 2010． 全球定位系统实时动态测量
(RTK)技术规范(CH /T 2009—2010) ．北京: 测绘出版社，3．
朱教君，康宏樟，胡理乐 ． 2005． 应用全天空照片估计林分透光孔隙
度(郁闭度) ．生态学杂志，24(10) : 1234 － 1240．
Kaplan E D，Hegarty C J． 2012． GPS 原理与应用 ． 寇艳红，译 ． 北京:
电子工业出版社，248 － 249．
Deckert C，Bolstad P V． 1996． Forest canopy，terrain，and distance
effects on global positioning system point accuracy． Photogrammetric
Engineering and Remote Sensing，62(3) : 317 － 321．
Holden N M，Delgado F C，Owende P M O，et al． 2002． Performance of a
differential GPS in dynamic mode under Sitka spruce canopies．
International Journal of Forest Engineering，13(1) : 33 － 40．
Jennings S B，Brown N D，Sheil D． 1999． Assessing forest canopies and
understorey illumination: canopy closure，canopy cover and other
measures． Forestry，72: 59 － 73．
Nsset E，Bjerke T，vstedal O，et al． 2000． Contributions of differential
GPS and GLONASS observations to point accuracy under forest
canopies． Photogrammetric Engineering and Remote Sensing，66(4) :
403 － 407．
Nsset E． 2001． Effects of differential single- and dual-frequency GPS
and GLONASS observations on point accuracy under forest canopies．
Photogrammetric Engineering and Remote Sensing，67 (9) : 1021 －
1026．
Pirti A，Gümü爧 K，Erkaya H，et al． 2010． Evaluating repeatability of RTK
GPS /GLONASS near / under forest． Croatian Journal of Forest
Engineering，31(1) : 23 － 33．
Sigrist P，Coppin P，Hermy M． 1999． Impact of forest canopy on quality
and accuracy of GPS measurements． International Journal of Remote
Sensing，20(18) : 3595 － 3610．
Zheng J，Wang Y，Nihan N L． 2005． Quantitative evaluation of GPS
performance under forest canopies． Networking， Sensing and
Control，2005，Proceedings，IEEE，777 － 782．
(责任编辑 石红青)
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