GIS在大連松線蟲病預防中的應用

都本緒(大連市林業(yè)調查規(guī)劃院，遼寧 大連 116023)

GIS在大連松線蟲病預防中的應用

都本緒
(大連市林業(yè)調查規(guī)劃院，遼寧 大連 116023)

松線蟲病又名松干線蟲病、松材線蟲病、松樹萎蔫病，廣泛分布于日本、美國、德國等國家，現(xiàn)在已知能患此病的松樹多達24種之多。隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展和改革開放的深入，對進口木材及包裝箱的需求越來越多，隨之而來的就是大量的松干線蟲附著在各種物品上進入我國。由于沒有天敵和相對有效的防治措施，在很長一段時間內(nèi)造成其大面積擴散，而快速的預防，清理感染樹木就是目前行之有效的方法之一。本文就是探討GIS在松干線蟲暴發(fā)初期快速預防和清理感染樹木中的應用。

GIS；多光譜遙感；松線蟲

本文主要研究如何利用遙感技術(RS)和地理信息系統(tǒng)技術(GIS)在大連市預防和防治松線蟲病中的應用。重點探討了如何利用多光譜技術提取松線蟲病，發(fā)病整個過程的反射光譜。以及如何利用相關軟件提取疑似發(fā)病像素點的坐標，通過GPS定位技術，將坐標點輸入到無人機上，制定飛行航線，做到及時、準確、快速的監(jiān)控以及防治。

1 大連市松線蟲病的分布

松材線蟲病又稱松干線蟲病、松材線蟲病、松樹萎蔫病，是松樹的一種毀滅性流行病。在我國松褐天牛是它的主要傳媒昆蟲。致病力強，寄主死亡速度快；傳播快，且常常猝不及防；一旦發(fā)生，治理難度大，被稱為松樹的癌癥。

大連由于地處沿海，是我國最早的14個副省級沿海開放城市之一，東北地區(qū)對外開放的橋頭堡和東北地區(qū)進口商品的集散地。松線蟲病最早作為外來入侵病，大連地區(qū)是最早受到其危害的區(qū)域之一。

在我國松線蟲的主要寄主是赤松、黑松、馬尾松、黃松、白皮松等松屬植物。而大連金州以南區(qū)域包含長?？h，是大連黑松分布區(qū)域最多的地方，所以金州以南(含長海縣)是大連松線蟲病暴發(fā)的主要地點。

大連金州以南區(qū)域含長海，主要包含有金普新區(qū)、沙河口區(qū)、中山區(qū)、西崗區(qū)、甘井子區(qū)、高新技術園區(qū)、旅順口區(qū)以及長?？h。松樹林分布面積共43 359.3 hm2，其中金普新區(qū)9 892.6 hm2、主城區(qū)2 524 hm2、甘井子區(qū)9 230.1 hm2、高新技術園區(qū)5 452.8 hm2、旅順口區(qū)11 601.5 hm2、長海縣4 658.3 hm2。從理論上講，以上區(qū)域目前都為大連市松線蟲病的疫區(qū)。

但目前由于防治積極，主要暴發(fā)點為沙河口區(qū)大頂山區(qū)域。

圖1 按權屬分黑松林分布圖

2 目前GIS在森林病蟲害預防中的應用

3S技術中，最核心、最重要的內(nèi)容就是遙感技術(RS)與地理信息系統(tǒng)(GIS)的集成，也是在森林病蟲害動態(tài)監(jiān)測和預防中研究較多的一種集成方式。通過遙感技術能直接有效地監(jiān)測森林病蟲害暴發(fā)地點和面積，并且根據(jù)不同的光譜，能很好地確定森林病蟲害的種類, 相關部門提供了實時、準確的數(shù)據(jù)源, 從而讓相關部門能快速地對森林病蟲害進行防治。

利用遙感圖片和GIS數(shù)據(jù)相融合疊加, 可用于大范圍內(nèi)殺蟲劑效用的評估及森林病蟲害防治方法的效果評價, 并可根據(jù)病蟲害預防區(qū)域內(nèi)面積的大小以及預防區(qū)域是否接近病蟲害暴發(fā)地點等情況, 對其防治方法的實用性和有效性進行推斷。

還可以通過遙感技術獲取病蟲害發(fā)生后的遙感數(shù)據(jù),經(jīng)過圖像判讀找出受災區(qū)域像素點,再經(jīng)GIS的數(shù)據(jù)分析和處理,通過光譜分析等技術，可提取病蟲害發(fā)生的范圍、面積以及程度,并根據(jù)經(jīng)驗公式推算出經(jīng)濟損失。同時可以利用GIS地圖制作功能,可將所受災害的情況通過圖形和數(shù)據(jù)表格的形式反映出來[5]。

GIS和RS相結合可用于監(jiān)測森林中人類難以直接進行實地調查區(qū)域內(nèi)的樹種組成，并評估病蟲害危害程度,從而使病蟲害防治工作更有針對性。我國南京大學蔣建軍教授等以環(huán)青海湖地區(qū)為例,使用TM遙感影像和DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)、草地類型圖以及GPS定位的野外調查資料,從遙感圖像處理、地理數(shù)據(jù)及專家知識一體化的角度出發(fā),進行草地蝗蟲生境類型的分類,精度達84.23%,比最大似然法提高10.2%[4]。

美國佛蒙特大學艾肯中心的Twery等人將遙感數(shù)據(jù)和實地調查數(shù)據(jù)相結合,利用GIS研究了森林病蟲害種群密度與環(huán)境因子的關系,成功地預測了森林病蟲害的棲息區(qū)域及潛在暴發(fā)區(qū)域以及森林病蟲害季節(jié)性分布及擴散范圍,實現(xiàn)了對為害區(qū)域的實時觀測和評估[7]。

地統(tǒng)計學為生態(tài)學家提供了一個非常有效的分析和解釋空間數(shù)據(jù)的方法[3]。

3 大連市選擇應用方法

3.1 遙感衛(wèi)片多光譜分析方法

多光譜分辨率遙感，是利用具有兩個及以上波譜通道的傳感器對地面物體進行同步成像的一種遙感技術，它將物體反射輻射的電磁波信息分成若干波譜段進行接收和記錄。并通過衛(wèi)片判讀來判斷，同一反射光譜下的物體。

我們主要是通過監(jiān)測松線蟲已暴發(fā)區(qū)域松樹林的STOP多光譜影像，來判讀松樹發(fā)病區(qū)域內(nèi)，不同發(fā)病時段松樹的反射光譜，并通過已經(jīng)獲取的反射光譜像素數(shù)據(jù)，用ERDAS軟件來預判和提取大連整個區(qū)域內(nèi)相應像素點的坐標，并通過GPS定位技術對預判的各個像素區(qū)域進行實地調查，并最終確定是否為發(fā)病區(qū)域，以及發(fā)病區(qū)域的范圍和面積。

通過預判主要暴發(fā)區(qū)域為大連市主城區(qū)，及中山區(qū)、沙河口區(qū)、西崗區(qū)。

圖2 松線蟲病評估等級分布圖

圖中我們將松線蟲病暴發(fā)的區(qū)域分為5級，其中Ⅴ級為最高級別，說明已經(jīng)完全暴發(fā)，只能全部采伐，通過分析，我們最后看出該區(qū)域的大頂山為本次松線蟲病重災區(qū)，其次為輸變電電塔附近，經(jīng)調查分析，主要暴發(fā)原因可能為輸變電塔施工過程中，由于存在大量紙質包裝，而紙質包裝中可能帶有松線蟲所致。

3.2 GPS與飛防相結合防治

本文所指的飛防分為兩部分，一部分為無人機監(jiān)測預防，一部分為大型飛機噴灑農(nóng)藥進行防治與除蟲。

無人機監(jiān)測預防主要根據(jù)本文3.1所說的通過多光譜遙感，提取相應坐標，對于敏感區(qū)域制定飛行坐標航線，輸入到無人機后，無人機根據(jù)設定航線進行飛行監(jiān)測，這樣既節(jié)省了人力又節(jié)省了時間，達到快速反應的目的，對于松線蟲病做到提前預防、及時發(fā)現(xiàn)、快速處理的目的。

大型飛機噴灑農(nóng)藥是指對已經(jīng)確認感染的區(qū)域，實施大范圍噴灑，預防與除蟲一起完成。

4 結論與展望

RS和GIS相結合在松線蟲病中的應用剛處于起步階段，很多方面還需要完善。尤其是不同時間段取得的多光譜數(shù)據(jù)都有一定的時效性，并不能完全準確地獲取該區(qū)域的信息，只能做到相對準確，而我們在預防當中，主要是給其選取一個閾值，在這個閾值中提取相應坐標信息，采用無人機和人員實地調查相結合的方式進行防治，最終確定飛機噴灑農(nóng)藥線路，進行大區(qū)域殺蟲。

GIS在森林病蟲害防治中具有傳統(tǒng)方法無可比擬的優(yōu)勢, 但還有好多方面需要研究。(1)數(shù)據(jù)標準的研究。數(shù)據(jù)是GIS應用的前提和基礎,然而受到好多自然因素的影響，以及設備、技術條件和資金的約束，很難獲得完全準確的數(shù)據(jù)值，只能在日常的生產(chǎn)生活中不斷完善。(2)在監(jiān)測預警系統(tǒng)研究方面,開展多學科交叉的多尺度和多途徑綜合研究是實現(xiàn)森林病蟲害監(jiān)測預警的基本前提,然而如何做到時時監(jiān)控、及時上傳、及時提取就需要大量的人力和物力，希望在以后的工作中能及時跟進，完善數(shù)據(jù)處理流程和方法。真正做到提前預防、及時發(fā)現(xiàn)、快速處理的目的[1]。

[1] 曾兵兵,張小麗,路常寬,等.GIS在森林病蟲害管理中的應用[J].世界林業(yè)研究,2007,20(5):17-21

[2] 郝濤,錢慶,石道良.地理信息系統(tǒng)在我國森林病蟲害信息管理中的應用[J].湖北林業(yè)科技,2003(3):46-49

[3] Twery MJ.Using GIS to assess gypsymoth hazard . [ J] . Photogrammetry and Remote Sensing , 1990(3): 284-290

[4] 蔣建軍,倪紹祥,韋玉春.GIS輔助下的環(huán)青海湖地區(qū)草地蝗蟲生境分類研究[J].遙感學報,2002,6(5):387-392

[5] 閆宏娟,李典漠,謝寶瑜.河北省棉鈴蟲地理信息系統(tǒng)的設計與建立[J].昆蟲知識,1999,36(3):174-177

1005-5215(2017)06-0076-02

2017-03-21

都本緒(1983-)，男，碩士，工程師，主要從事林業(yè)規(guī)劃、森林調查研究.

S435.112

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.06.028