全 文 ：第 !" 卷 第 # 期
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林 业 科 学
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森林资源清查移动 MI2系统研制
王六如&6李崇贵$
"&2国家林业局调查规划设计院6北京 &%%8&!# $2西安科技大学6西安 8&%%9!$
关键词’6 森林资源清查# 移动 ;)’ 系统# 嵌入式 ;)’ 软件
中图分类号! ’898& M$%#666文献标识码!-666文章编号!&%%& C8!##"$%&%#%# C%&8! C%8
收稿日期’$%&% C%& C$## 修回日期’$%&% C%! C$$&
基金项目’森林资源调查移动 ;)’ 系统研究"$%A&$$$ &
U&+&."$*(6 "15Z"8*.&MI224)0&# "1U*6*0-.3"%&)0H&)"/%9&!"(0*(/"/)I(+&(0"%4
=FG4.H3R3&6 .H(K0G443H$
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58)0%-90’6 )G 0RSLRQ0P01WLQKL?R0I1LU0V10Y?0PHQH0GHG4FTT3RFTXFGS QKLIFT\YFRS 0VQKLULQK0S 0VRLT0RSHG4SFQFHG
T3RRLGQV0RLPQRLP03RTLT0GQHG303PHGWLGQ0RX?R0TLPP! IXKH4K1XHGQL4RFQHG4RLU0QLPLGPHG4! ;)’! ;M’ FGS U0SLRG
T0UU3GHTFQH0G QLTKG0104X! FU0IH1L;)’ PXPQLU HPRLPLFRTKLS P?LTHF1X3PHG4V0RVHL1S V0RLPQRLP03RTLT0GQHG303P
HGWLGQ0RX5,KLFRQHT1LHGQR0S3TLQKLYK01LT0U?0PHG4FGS V3GTQH0G! QKLT0RLQLTKG0104HLPFGS QKLHRRLF1H[FQH0G! FGS QKL
F??1HTFQH0G PQFQ3PFR03GS T03GQRX5,KLRLPLFRTK RLP31QPYH1ILWLRXHU?0RQFGQQ0ULGSHG4QKLU0SL0VV0RLPQRLP03RTL
T0GQHG303PHGWLGQ0RX! FGS HU?R0WHG40G QKL?RLTHPH0G FGS LVHTHLGTX0VHGWLGQ0RX5
:&4 ;"%<)’6 V0RLPQRLP03RTLT0GQHG303PHGWLGQ0RX# U0IH1L;)’ PXPQLU# LUILSSLS ;)’ P0VQYFRL
66传统基于纸质地形图%遥感图像%调查卡片和罗
盘仪的森林资源清查模式!在我国已经执行了很多
年"亢新刚!$%%&$& 传统调查方式在进行样地的定
位和复位时!费时%费力!精度较低# 采用手工方式
填写调查卡片!后续处理工作量大!且容易出现人为
错误"赵宪文等!$%%$$& 伴随微电脑%嵌入式开发%
;M’ 定位和通信技术的快速发展!为提高森林资源
清查的精度和效率!自 $%%$ 年以后!国内外就有不
少研究单位和个人开始考虑使用掌上电脑和蓝牙
;M’ 进行森林资源清查 "史光建等!$%%## @FRSX!
$%%$# >0ILRQ+-#A!$%%!$& 因当时掌上电脑内存%
(Mk主频等因素的制约!基于掌上电脑的森林资源
清查系统很多只能用于野外属性数据的采集"刘鹏
举等!$%%A# 刘新等!$%%A$& 而大数据量遥感图像%
扫描地形图的加载和快速显示%样地图层显示%调查
属性库用户定制%调查因子的实时逻辑检查%在
ME-上进行树种组成计算和蓄积量计算等!绝大部
分系统未得到有效解决 "常广军等!$%%"# 张海军
等!$%%## 王振堂!$%%8$& 本文在多年研究%开发及
应用的基础上!对基于掌上电脑的森林资源清查移
动 ;)’ 系统的整体功能%核心技术与实现%在全国范
围内的实际应用现状进行了详细论述!研究成果对
数字化森林资源清查和林业信息化建设有重要应用
价值&
&6系统整体组成及功能
整个系统包括便携式硬件%嵌入式 ;)’ 软件和
台式机数据处理软件 7 个组成部分& 通过在便携式
硬件上运行嵌入式 ;)’ 软件!能加载监测区域的遥
感图像%扫描地形图和一类调查样地分布图!利用
;M’ 卫星定位!能实时确定用户在野外的现时位置!
并在配准后的遥感图像或扫描地形图上显示出来&
确保在有图模式下!动态引导调查人员进行野外样
地的定位与复位& 内嵌森林资源清查属性库!能快
速进行调查因子的选择%填写!逻辑检查和计算& 野
外调查的成果在室内能自动成图和入库& 在有移动
通信网络覆盖的地方!调查人员在野外的动态分布!
可在室内实时显示在监测区域的电子地图上!调查
数据可实时传输到室内数据处理中心!以便及时检
查& 实现上述功能的系统整体设计如图 & 所示&
66整个系统的输入数据包括图形数据%调查属性
数据和卫星定位数据!经过外业调查!最终系统需要
得到的数据包括每个样地各项调查因子的数值%每
木检尺数据等& 现分析各组成部分的功能&
6第 # 期 王六如等’ 森林资源清查移动 ;)’ 系统研制
图 &6系统整体组成及功能
JH45&6,KLYK01LT0U?0PHG4FGS V3GTQH0G 0VPXPQLU
&2&6便携式硬件6便携式硬件主要包括掌上电脑
"ME-$和蓝牙 ;M’!前者运行嵌入式 ;)’ 软件!再通
过嵌入式 ;)’ 软件!驱动后者接收 ;M’ 卫星信号!
以确定用户现时位置& 目前主要掌上电脑品牌包
括’ 惠普%E*..%多普达%台湾神达%美国天宝等&
掌上电脑更新换代速度很快!其发展方向是集成
;M’ 接收机%通信功能和数码相机功能于一体的机
型& 适合森林资源清查的掌上电脑硬件应具备以下
特点’ &$ 能防水%防震%防尘%防强光反射影响的军
工级产品& $$ 电池蓄电后能连续使用 # K!设备本
身要能方便更换备用电池& 7$ ;M’ 定位精度要高!
实时定位精度最好能达到 9 U以内!理想定位精度
为亚米级& 无论是一体机还是使用蓝牙 ;M’ 接收
机!均要求有很高的灵敏度!确保在密林下面要能够
正常导航和定位!以便能够正确引导野外调查人员
进行样地的定位和复位& !$ ME-最好能带 (J插
槽!以确保野外调查数据的安全可靠& 目前市场上
最新款的硬件已基本能满足上述要求!内存一般为
&$# !%% _"%% <@[&操作系统应为 <0IH1L92% 及以上版
本!或是=HG(*操作系统& 能自主跟踪 ’D-’ 卫星!
进行实时差分定位!精度能够达到 $ _9 U& 如美国
天宝的 Nk+d’D!Nk+d’(和台湾神达 ;*,-(ME-
等& 9$ 硬件已具备数码相机功能!能拍摄样地位置
图& 在嵌入式软件的驱动下!所拍摄的样地位置图
能作为样地调查因子的一个属性被自动保存起来!
且能从不同方位拍摄同一样地的多张图片!并自动
保存!能省略传统调查绘制样地位置草图所带来的
麻烦&
便携式硬件的主要功能是运行嵌入式 ;)’ 软
件%接收 ;M’ 卫星信号%实时确定野外调查人员的
现时位置&
&2$6嵌入式 ;)’ 软件6对森林资源清查而言!市面
上大多数嵌入式 ;)’ 系统仅实现了对样地调查因子
的数据采集和在无图模式下利用 ;M’ 进行样地的
定位与复位等功能 ",P03!$%%!$!图形数据的处理
能力较弱或基本没有!不能进行调查因子的实时逻
辑检查%树种组成%龄组%龄级和蓄积量的自动计算&
目前!在全国范围内已有接近 $% 个省购买了空间分
辨率为 $29 U的 ’Md,9 遥感图像!森林资源清查完
全可以在有图模式下进行& 因此数字化森林资源调
查嵌入式 ;)’ 软件应具备以下功能’
&$ 能够显示监测区域 7 _9 ;的遥感图像或扫
描地形图!在此基础上加载监测区域的样地位置分
布图"#5PK? 或#5UHV格式$!确保野外调查能在有
图模式下进行&
$$ 能利用 ;M’ 进行动态导航定位!实时差分
定位精度一般在 $ _9 U左右& 可以遥感图像或扫
描地形图为底图!通过输入样地点坐标%样地编号或
通过样地图层选择目标样地进行动态导航定位!也
可用电子罗盘模式进行动态导航定位& 确保在有图
模式下!通过 ;M’ 导航能够实现样地的高精度快速
定位与复位&
7$ 能够新定义点状图层进行样地调查!也可以
98&
林 业 科 学 !" 卷6
监测区域样地位置分布图为基础进行样地调查!可
以事先将一类调查因子通过台式机数据处理软件定
义为调查因子库!并在 ME-上配置给新建图层或已
有样地图层& 先在 ME-上加载监测区域的遥感图
像或扫描地形图!再加载点状图层 "样地位置图
层$& 根据卫星定位确定的用户实际位置坐标!实
时刷新样地位置分布!以便在 ME-上能够动态显示
用户位置附近的样地分布& 通过 ;M’ 导航定位确
定调查样地后!用操作笔在样地位置分布图层上点
击调查样地位置!弹出该样地对应的一类调查属性
因子表!通过选择%填写内嵌属性因子!就能快速完
成样地调查&
!$ 在野外选择%填写调查因子时!软件系统需
要能够实现各项因子的缺省值显示%逻辑关系检查%
树种组成计算%蓄积量计算等&
嵌入式 ;)’ 软件的功能模块如图 $ 所示&
图 $6森林资源清查嵌入式 ;)’ 软件功能模块
JH45$6,KLV3GTQH0G U0S31L0VV0RLPQRLP03RTLPT0GQHG303PHGWLGQ0RXLUILSSLS ;)’ P0VQYFRL
&276台式机数据处理软件6台式机数据处理软件
用于图形数据的准备%野外一类调查属性数据的定
制%调查成果的自动成图与入库%野外移动用户监控
和数据浏览等!主要功能包括’
&$ 图形和图像数据准备6能将遥感图像%扫描
地形图和传统矢量地图"#5PK? 和#5UHV格式$转
换为嵌入式 ;)’ 软件能够识别的数据格式!包括栅
格数据的配准%数据压缩和地图索引建立等&
$$ 数据词典6由用户根据一类调查的具体要
求!选择适合的数据类型和格式!并建立各调查因子
之间的逻辑关系等!定制森林资源清查所需的属性
因子库!可内嵌各种计算公式&
7$ 自动成图与入库6能将野外采集的一类调
查成果在室内进行自动成图和入库& 包括生成
-RT;)’ 的#5PK? 格式和 形数据!属性因子能转换为 -TTLPP的 #5USI%
J0g?R0的#5SIV和 *gTL1的#5g1P等数据格式!也能
进行野外调查数据的检查和浏览&
!$ 野外移动用户监控6能够借助移动通信网
络";M>’ 或 7;网络$!将野外调查人员采集的数据
实时传回室内服务器!在台式机软件上进行检查&
根据实时传回的野外调查人员的现时位置!能够在
台式机加载的监测区域电子地图上实时显示调查人
员的动态位置和分布状况& 调查人员之间也能进行
图上显示和通信!即进行野外监控&
台式机数据处理软件的功能模块如图 7 所示&
"8&
6第 # 期 王六如等’ 森林资源清查移动 ;)’ 系统研制
图 76台式机数据处理软件
JH4576,KLSLP\Q0? SFQF?R0TLPPHG4P0VQYFRL
@?核心技术实现及应用
在系统 7 个组成部分中!便携式硬件可根据用
户具体需求进行优化配置!仅依赖于微电脑硬件技
术的进步与发展!目前已经得到良好解决& 整个系
统的关键在软件实现上!就软件系统而言!核心技术
包括以下几个部分&
$2&6图形图像显示6从底层编写代码!能处理
D建立影像金字塔和地图索引%图像几何配准和坐标
系统设置& 若图像已经配准!处理后的图像将自带
原配准时所选坐标系统#若图像没有配准!则设置缺
省坐标系统& 能设置的坐标系统包括’ 北京 9! 坐
标系%西安 #% 坐标系%=;’#! 坐标系和独立坐标
系& 转换传统矢量地图!包括#5PK? 格式和#5UHV
格式!该部分由台式机数据处理软件用类封装实现&
利用嵌入式 ;)’ 软件!能够快速显示经台式机
数据处理系统处理后的图形和图像数据!包括对存
储于 ME-’E卡或 (J卡中图形和图像数据的自动
列表%选择加载%图像缩放与漫游%比例尺设定%矢量
和栅格格式数据的混合显示等&
目前已能在 ME-&;的存储卡上能够存储 9 _
&% ;的遥感图像或扫描地形图& 利用影像金字塔
技术!在 ME-上实现了海量遥感图像或扫描地形图
的快速显示和浏览& 能够同时加载多幅已经配准的
遥感图像或扫描地形图!并实现自动接边和缩略图
自动生成& 能够根据用户 ;M’ 定位坐标!自动加载
存储卡中已经准备好的监测区域的遥感图像或扫描
地形图&
图 ! 为嵌入式 ;)’ 软件自动探测 ME-存储卡
中的图像数据!图 9 为并显示用户选择的图像!左上
角为所生成的缩略图&
图 !6图形图像数据列表
JH45!6,KL1HPQP0VWLTQ0RFGS RFPQLRSFQF
$2$6动态导航定位6森林资源清查!首先需要对地
面固定样地进行定位和复位!然后才能展开调查&
如何快速%准确寻找样地位置将直接影响调查的精
度和效率& 传统调查模式下!对调查人员利用地形
图%遥感图像或航空相片判读地形%地貌的能力要求
较高!调查人员往往需要经过较长时间的训练!才能
在野外独立开展调查工作& 本文讨论的动态导航定
88&
林 业 科 学 !" 卷6
图 96显示用户所选择的图像
JH4596EHP?1FXHG4QKLHUF4LPPL1LTQLS IX3PLR
位有效解决了这一问题&
动态导航定位能在有图模式下进行!即以遥感
图像%扫描地形图为底图!在其上加载样地位置分布
图!借助 ;M’ 定位功能!调查人员在野外的现时位
置就能实时显示在遥感图像和地形图上& 以 ;M’
定位确定的调查人员位置为起点!通过输入样地的
编号%样地的坐标等多种方式确定导航目标点!就能
准确引导调查人员进行样地的定位和复位& 图 " 为
显示空中卫星的分布和信号强弱状况!当锁定 ! 颗
卫星后!就能确定用户的经纬度和平面坐标& 图 8
为用红箭头端点显示用户的现时位置& 图 #!A 分别
为电子罗盘导航和有图模式导航&
图 "6空中卫星分布状况
JH45"6EHP?1FXHG4QKLSHPQRHI3QH0G 0VPFQL1HQLP
$276调查属性数据用户定制6森林资源清查!国家
林业局虽然提供了统一的调查规程!但因各地资源
分布的差异!不同省或同一省的不同地区之间具体
调查因子存在一定差异& 如何让用户自己定制调查
因子库而不用修改原程序界面!将是软件系统在实
际工作中普及应用的关键问题&
图 86 锁定 ! 颗卫星后显示用户现时位置
JH4586EHP?1FXHG4QKL?RLPLGQ10TFQH0G 0V
3PLRFVQLR! PFQL1HQLPIL10T\LS
图 #6电子罗盘导航
JH45#6,KLL1LTQR0GHTT0U?FPPGFWH4FQH0G
图 A6地图模式导航
JH45A6,KLUF? U0SLGFWH4FQH0G
本文讨论的数据词典能让用户自己定制调查因
子库& 数据词典提供了非常强大的功能!包括各种
数据类型的定义%数据模板的设置%一级列表和二级
列表选项设置!通过建立调查因子之间的逻辑关系!
以实现野外调查数据的实时逻辑检查!有效避免调
查数据的错误& 内嵌各种计算公式!能根据每木检
#8&
6第 # 期 王六如等’ 森林资源清查移动 ;)’ 系统研制
图 &%6数据词典定制调查因子库
JH45&%6kPHG4SFQFSHTQH0GFRXT3PQ0UH[LHGWLGQ0RXHQLUP
尺资料自动进行龄组%龄级和蓄积量等因子的计算&
通过数据词典提供的模板类型数据!能设置各种样
地类型!包括菱形样地%方形样地%圆形样地等!并在
样地模板上实现样木的快速定位与检尺& 图 &% 为
图 &&6样地调查因子选择与填写
JH45&&6’L1LTQHG4FGS VH1HG4HGWLGQ0RXHQLUP0VPFU?1L?10Q
利用数据词典定制调查因子库的界面!图 && 为利用
内嵌调查因子库!快速选择和填写调查因子!图 &$
为利用样地类型模板进行样木快速检尺&
图 &$6样地每木检尺
JH45&$6,KLQRLLP3RWLXHG40VPFU?1L?10Q
$2!6调查成果的自动成图与入库6野外调查成果
在室内自动成图和自动入库& 能自动生成样地位置
分布图!包括#5PK? 和#5UHV格式!调查属性数据
能自动转换为 -TTLPP的#5USI!J0g?R0的#5SIV和
*gTL1的#5g1P格式& 完全省去调查卡片人工录入
A8&
林 业 科 学 !" 卷6
的过程!极大减轻了内业数据处理的工作量!能提高
调查的精度和效率!并实现了数据共享&
$296实际应用状况6系统自 $%%! 年研发成功以
来!开始陆续投放市场!现在已经在全国 $% 多个省
得到全面推广应用!主要应用省份包括’ 广西%广
东%福建%浙江%湖北%陕西%甘肃%贵州%新疆%江苏%
四川%重庆%西藏%东北三省%内蒙& $%%A 年!吉林%浙
江%湖北%上海%陕西等地使用该系统进行了我国第
# 次森林资源连续清查!取得了良好的效果&
76结论
嵌入式 ;)’ 开发是目前 ;)’ 技术发展的一个重
要方向& 面向移动设备进行 ;)’ 系统开发!难度大%
技术要求高%应用前景非常广阔& 伴随微电脑技术%
卫星定位技术%;)’ 开发和现代通信技术的发展!专
门用于森林资源清查的嵌入式 ;)’ 系统已具备以下
优势’
&$ 用户可在 ME-上以遥感图像%扫描地形图
为底图!浏览样地分布情况!可以及时查看%添加或
修改样地属性信息#
$$ 连接 ;M’ 定位!可在图上实时显示用户当
前位置!并可进行样地动态导航定位#
7$ ME-体积小!可随身携带!程序设计尽量简
单易用!软件操作简便#
!$ 外野采集的属性和图形数据!经转换程序可
转换为台式机软件系统能够识别的文件格式!节省
了传统调查模式所需纸图扫描矢量化和属性数据录
入的过程!真正实现了森林资源清查的数字化%无纸
化和内外业一体化!能极大提高调查的效率和精度!
减少国家对人财物的投入&
9$ 嵌入式 ;)’ 软件和台式机数据处理软件分
别使用 *UILSSLS /(::和 /(::从底层开发!具
有自主知识版权&
参 考 文 献
常广军!赵学瑛!吴6琼!等5$%%"2星源通掌上电脑 "ME-$在森林
资源二类调查中的应用5内蒙古林业调查设计!$A"!$ ’ $# C$A5
亢新刚5$%%&2森林资源经营管理5北京’ 中国林业出版社5
刘6新!张绍晨!孟庆祥!等5$%%A2ME-森林资源数据采集软件的
设计与实现5林业资源调查!"7$ ’ &&8 C&$%5
刘鹏举!周宇飞!李志清!等5$%%A2多专题森林资源调查数据输入建
模技术研究5北京林业大学学报!7&"&$ ’ 9% C9!5
史光建!王福军5$%%#2ME-在森林资源调查中的工作流程与操作
简介5林业勘查设计!"!$ ’ &$ C&75
王振堂5$%%82掌上森林资源调查仪二类调查软件的开发应用及特
点5林业科技情报!7A"$$ ’ &% C&&5
张海军!张6娟5$%%#2利用 ME-和 7’ 技术实现森林资源调查工作
的无纸化5林业工程!$!"7$ ’ 7A C!%5
赵宪文!李崇贵!斯6林!等5$%%$2基于信息技术的森林资源调查新
体系5北京林业大学学报!A"$$ ’ &!8 C&995
DH3\j-4KFH>M5$%%!2-U0IH1L;)’ F??1HTFQH0G Q0KLFWH1XRLP03RTLj
T0GPQRFHGLS SLWHTLP5;L0jP?FQHF1)GV0RUFQH0G ’THLGTL! 8 " & $ ’ 9%
C985
M3GSQ@5$%%$2JHL1S SFQFT01LTQH0G YHQK U0IH1L;)’’ SL?LGSLGTHLP
ILQYLLG PLUFGQHTPFGS SFQF]3F1HQX5;L0)GV0RUFQHTF! " " ! $ ’ 7"7
C7#%5
,P03 <@5$%%!2)GQL4RFQLS U0IH1L;)’ FGS YHRL1LPPHGQLRGLQUF? PLRWLRP
V0RLGWHR0GULGQF1U0GHQ0RHG4FGS UFGF4LULGQ5(FRQ04RF?KXFGS
;L04RF?KHT)GV0RUFQH0G ’THLGTL! 7& "7$ ’ &97 C&"95
!责任编辑6石红青"
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