3S技術(shù)在廣西森林資源調(diào)查中的應(yīng)用

黃山如，唐 毅，吳云華，莊昌盛，王起富

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2.咸寧市林業(yè)科學(xué)研究所， 湖北 咸寧 437100)

3S技術(shù)在廣西森林資源調(diào)查中的應(yīng)用

黃山如1，唐 毅1，吳云華1，莊昌盛1，王起富2

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2.咸寧市林業(yè)科學(xué)研究所， 湖北 咸寧 437100)

介紹了包括遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)的3S技術(shù)在廣西“十二·五”森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查中的應(yīng)用，并對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行了分析，評(píng)價(jià)結(jié)論是：“3S”技術(shù)的應(yīng)用可以極大地縮短調(diào)查內(nèi)外業(yè)時(shí)間，減輕野外調(diào)查勞動(dòng)強(qiáng)度；有效提高調(diào)查成果的準(zhǔn)確性、現(xiàn)實(shí)性。

遙感；地理信息系統(tǒng)；全球定位系統(tǒng)；森林資源；規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查；廣西

森林規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查簡(jiǎn)稱二類調(diào)查，亦稱森林經(jīng)理調(diào)查，是以國(guó)有林業(yè)局(場(chǎng)) 、自然保護(hù)區(qū)、森林公園等森林經(jīng)營(yíng)單位或縣級(jí)行政區(qū)域?yàn)檎{(diào)查單位，以森林資源經(jīng)營(yíng)小班為單元，以滿足編制森林經(jīng)營(yíng)方案、林業(yè)規(guī)劃和生產(chǎn)計(jì)劃，建立森林資源信息系統(tǒng)以及林業(yè)工程建設(shè)項(xiàng)目等需要的資源調(diào)查。其主要任務(wù)是查清森林、林地和林木資源的種類、數(shù)量和質(zhì)量，客觀反映調(diào)查區(qū)域自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)條件，綜合分析與評(píng)價(jià)森林資源與經(jīng)營(yíng)管理現(xiàn)狀，提出森林資源培育、保護(hù)與利用意見(jiàn)，以便科學(xué)指導(dǎo)和規(guī)范森林經(jīng)營(yíng)。傳統(tǒng)的森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查以地面調(diào)查為主，具有工作時(shí)間長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大的弊端[1-3]。3S是RS(Remote Sensing)、GIS(Geographic Information System)、GPS(Global Positioning System)的總稱。近年來(lái)，隨著信息技術(shù)在林業(yè)工作中的廣泛應(yīng)用，“3S”技術(shù)也逐漸成為林業(yè)各個(gè)領(lǐng)域的重要技術(shù)手段。利用“3S”技術(shù)開(kāi)展森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查，大幅度地降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了調(diào)查進(jìn)程，提高了調(diào)查成果的質(zhì)量，為林業(yè)經(jīng)營(yíng)決策提供更及時(shí)、更精準(zhǔn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[4-7]。

1 3S技術(shù)在森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查中的應(yīng)用

1.1RS技術(shù)

遙感(簡(jiǎn)稱RS)技術(shù)是對(duì)地球的資源與環(huán)境進(jìn)行探測(cè)和監(jiān)測(cè)的綜合性技術(shù)。我們?nèi)鎽?yīng)用Spot 5和Alos衛(wèi)星數(shù)據(jù)作為信息源，其空間分辨率為2.5m，對(duì)每一影像進(jìn)行了幾何校正、正射糾正、彩色圖像合成、圖像增強(qiáng)等技術(shù)處理。

處理后的遙感影像依據(jù)影像上的色調(diào)、形狀、分布特征等方面的不同，通過(guò)野外實(shí)地考察對(duì)照，建立影像地類解譯標(biāo)志和樹(shù)種齡組解譯標(biāo)志，作為室內(nèi)判讀區(qū)劃小班的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，然后對(duì)遙感影像進(jìn)行小班的室內(nèi)預(yù)判，再利用廣西自主開(kāi)發(fā)的軟件形成小班初始區(qū)劃圖。解譯使用的圖像為模擬真彩色或假彩色(見(jiàn)圖1)。全部解譯區(qū)劃完畢后，進(jìn)行野外現(xiàn)地抽樣校核驗(yàn)證，達(dá)到精度要求后開(kāi)始下一步工作。

1.2GIS技術(shù)

GIS技術(shù)是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)硬件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)程序和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)容的地理數(shù)據(jù)，以提供管理決策等所需的信息技術(shù)系統(tǒng)。

在準(zhǔn)備開(kāi)始工作時(shí)，利用ArcGIS軟件將1∶10000的地形圖、行政邊界、林班界、小班初始區(qū)劃邊界線與遙感影像疊加顯示，并按1∶10000分幅標(biāo)準(zhǔn)圖紙輸出成為外業(yè)調(diào)查的基本用圖(見(jiàn)圖1)。所得的外業(yè)基本用圖既能顯示地物的影像特征，又能顯示其地形特征，有利于小班區(qū)劃及部分調(diào)查因子的判讀，大大減輕了外業(yè)的工作量。

1.2.1 空間圖形庫(kù)建立及關(guān)聯(lián) 外業(yè)調(diào)查工作全部完成后，首先在1∶10000的外業(yè)調(diào)查基本圖上清繪實(shí)際調(diào)查后區(qū)劃完成的小班邊界。然后將清繪好的小班邊界圖掃描到計(jì)算機(jī)里。接著利用ArcGIS軟件對(duì)掃描圖進(jìn)行幾何糾正，然后將小班分布圖矢量化到新建立的矢量圖層里，再進(jìn)行拓?fù)浜徒舆厵z查，最后賦予每個(gè)小班唯一的小班號(hào)(小班號(hào)由市代碼+縣代碼+鄉(xiāng)代碼+村代碼+林班代碼+小班代碼構(gòu)成，以此來(lái)確定其唯一性)。

建立小班屬性與空間位置關(guān)聯(lián)的方法是：將空間特征及其屬性特征賦予共同且唯一的標(biāo)識(shí)符，通過(guò)標(biāo)識(shí)符的這一紐帶架起空間實(shí)體圖形與屬性數(shù)據(jù)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖1 外業(yè)調(diào)查基本用圖

圖2 技術(shù)流程圖

1.2.2 小班面積量算 應(yīng)用GIS 進(jìn)行小班面積量算，主要是搞好數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。數(shù)據(jù)質(zhì)量控制應(yīng)貫穿在整個(gè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)和處理的各個(gè)環(huán)節(jié)中，在數(shù)據(jù)檢查完成的基礎(chǔ)上，方可進(jìn)行小班面積的量算。以ArcGIS 為例，利用AREA()函數(shù)就可以求出小班的面積。經(jīng)過(guò)GIS 求得的面積還不是最后確定的面積，為了保證面積的精度，面積量算應(yīng)以圖幅的理論面積為基本控制，按照區(qū)劃系統(tǒng)在規(guī)定的允許限差內(nèi)逐級(jí)進(jìn)行平差[8]。

1.2.3 基于DEM的地況因子提取和三維立體圖的制作 數(shù)字地形模型是在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)并管理的空間地形數(shù)據(jù)集合的統(tǒng)稱，DTM中屬性為高程的要素叫數(shù)字高程模型，簡(jiǎn)稱DEM[9]?？梢詮腄EM模型中提取的小班地況因子有海拔、坡度、坡向等。根據(jù)小班屬性，賦予相應(yīng)的顏色，疊加行政界線、駐地、公路、水域等要素，進(jìn)行必要的整飾，即可形成各類林業(yè)調(diào)查成果圖，疊加DEM，可制作立體的基本圖、林相圖、森林分布圖等，形象、直觀的反映出實(shí)際的地形地貌與森林資源的分布。

1.3GPS技術(shù)

GPS在森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查中的主要功能是，利用其導(dǎo)航功能，在系統(tǒng)抽樣控制中確定樣地的具體位置。事先在GPS中預(yù)設(shè)樣點(diǎn)地理坐標(biāo)(經(jīng)緯度或者是公里網(wǎng)格坐標(biāo))，調(diào)查員快接近樣點(diǎn)位置時(shí)，GPS會(huì)提示樣點(diǎn)的具體位置離調(diào)查員的實(shí)際距離和方向。

2 3S技術(shù)在森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查的應(yīng)用效果

2.1與傳統(tǒng)調(diào)查方法相比具有的優(yōu)勢(shì)

2.1.1 提高了調(diào)查精度 利用遙感影像區(qū)劃的小班界線，對(duì)非林地和林地、有林地和未成林地、有林地和無(wú)立木林地的區(qū)劃準(zhǔn)確，減小了人工區(qū)劃的誤差。

在處理遙感圖像時(shí)采用了模擬真彩色和假彩色兩種圖像，在實(shí)際調(diào)查中證明真彩色比假彩色易于識(shí)別地形，而假彩色的圖判讀的地類界線更準(zhǔn)確。

相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)按高斯投影進(jìn)行幾何校正后，各地類位置、界線準(zhǔn)確、形狀真實(shí)、不變形，提高了調(diào)查精度。

2.1.2 減少了工作量 實(shí)地小班勾繪及轉(zhuǎn)繪，工作繁雜、工作量大。利用遙感圖像區(qū)劃的小班，在野外的工作只需修改即可，減少了勾繪工作量。GIS在計(jì)算各地類面積和制圖方面也減少了內(nèi)業(yè)工作量，而且便于小班注記、小班顏色的修改。在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方面，減少了大量的數(shù)據(jù)輸入工作。

2.1.3 費(fèi)用減少 應(yīng)用“3S”技術(shù)大幅度降低了調(diào)查成本。費(fèi)用減少主要體現(xiàn)在資料費(fèi)、交通費(fèi)、人工補(bǔ)助費(fèi)。

2.2存在的不足

2.2.1 影像分辨率低 目前使用的遙感影像分辨率有待進(jìn)一步提高，樹(shù)種、齡組等調(diào)查因子的判讀難度較大，如有林地、孤立木、四旁樹(shù)等信息都不能直接從遙感影像中提取，外業(yè)調(diào)查工作仍是重點(diǎn)。

2.2.2 地形圖疊加效果差 外業(yè)調(diào)查基本用圖中的地形圖信息不明顯，與遙感影像疊加的部分不清晰，致使在外業(yè)調(diào)查中大部分的調(diào)查隊(duì)員難以辨認(rèn)地形，降低了工作效率。

2.2.3 影像存在同物異譜、同譜異物現(xiàn)象 由于地形地貌、氣候條件、森林植被等因素的不同，遙感所顯示的影像色調(diào)也不相同，以及植被之間的同物異譜、同譜異物現(xiàn)象，都給判讀帶來(lái)一定困難，因此樹(shù)種分類，以及有林地、疏林地和灌木林之間難以區(qū)分。

2.2.4 圖像有陰影 山區(qū)圖像陰坡陰影嚴(yán)重，色標(biāo)影像模糊，不易判度。在外業(yè)調(diào)查中應(yīng)重點(diǎn)注意陰影部分的林地，需要進(jìn)行重新區(qū)劃調(diào)查。

3 討論

“3S”技術(shù)在森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查的集成應(yīng)用，如利用遙感技術(shù)快速獲取大區(qū)域森林資源空間信息、利用全球定位系統(tǒng)技術(shù)準(zhǔn)確定位各類空間信息、利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)對(duì)獲取的各類信息進(jìn)行分析處理，可以極大地縮短調(diào)查內(nèi)外業(yè)時(shí)間，減輕野外調(diào)查勞動(dòng)強(qiáng)度，有效提高調(diào)查成果的準(zhǔn)確性、現(xiàn)實(shí)性。隨著森林資源工作體系的不斷完善，用GIS、GPS、RS 相結(jié)合，針對(duì)造林作業(yè)設(shè)計(jì)、檢查驗(yàn)收、重點(diǎn)林業(yè)工程等進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)分析是必然的趨勢(shì)。隨著科技的不斷發(fā)展，GIS 和RS 的處理平臺(tái)會(huì)不斷地完善，GPS 精度也會(huì)不斷提高，林業(yè)工作與先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合會(huì)更加緊密，在森林資源監(jiān)測(cè)和調(diào)查中的應(yīng)用將會(huì)日益普及。

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2010-01-22

2010-05-10

黃山如(1949-)，女，湖南汨羅人，教授，主要從事林業(yè)教學(xué)與科研工作。

S 771.8

B

1003-5710(2010)03-0065-03

(責(zé)任編輯：唐效蓉)