加拿大應(yīng)用遙感等智能技術(shù)管理天然林

文 陳 潔

加拿大自然資源部網(wǎng)站信息綜合報道，加拿大許多森林處于人跡罕至的偏遠地區(qū)，為此，加拿大自然資源部利用遙感、GPS、GIS等多種先進科技手段管護森林資源，監(jiān)測森林資源變化情況，開展林火和病蟲害的防治，預(yù)測森林的動態(tài)發(fā)展趨勢，旨在有效地幫助公眾和決策者了解加拿大森林的變化趨勢和管護方向，從而促進實現(xiàn)森林可持續(xù)經(jīng)營目標(biāo)。

一、遙感技術(shù)

加拿大自然資源部與加拿大空間署、加拿大遙感中心、美國宇航局等機構(gòu)合作，利用衛(wèi)星和空間數(shù)據(jù)監(jiān)測林地面積變化、森林健康、森林結(jié)構(gòu)、生物質(zhì)和自然干擾等情況。同時，采用加拿大制圖與地球觀察中心提供的衛(wèi)星圖像，多方位地監(jiān)測森林等自然資源狀況。

1. 航空LiDAR技術(shù)

加拿大木材纖維中心及其合作方應(yīng)用航空LiDAR技術(shù)開展森林清查，預(yù)測景觀中的森林結(jié)構(gòu)和木纖維屬性，幫助木纖維企業(yè)通過應(yīng)用此技術(shù)改變其纖維供應(yīng)管理。例如，在紐芬蘭島和拉布拉多開展了纖維清查項目，利用航空LiDAR和其他技術(shù)確定和繪制木纖維材性，如木材密度和纖維維度與粗糙度，最終木纖維質(zhì)量的信息可補充到現(xiàn)有的森林清查數(shù)據(jù)之中。

2. 地面LiDAR技術(shù)

地面LiDAR體系適宜開展短距程、高精度的應(yīng)用，利用激光探測1~100m遠的地面物體，并提供三維圖像，其精度可達厘米甚至毫米。地面LiDAR系統(tǒng)或是動態(tài)的（放置在移動的汽車上）或是靜態(tài)的（在靜止的平臺上），也能360度水平面旋轉(zhuǎn)，或垂直探測，以探測物體周邊情況。加拿大木纖維中心利用此技術(shù)制作單株樹的三維圖，此項技術(shù)可以探測到一些隱藏的樹木，還能區(qū)分不同的植被組成部分（如樹干、枝、葉等）。近期，開始利用此技術(shù)重建森林樣地，復(fù)制高精度的森林結(jié)構(gòu)特征。

3. Landsat衛(wèi)星圖像

加拿大自然資源部林務(wù)局與加拿大空間署聯(lián)合開展森林可持續(xù)發(fā)展地球觀察項目（EOSD），利用Landsat衛(wèi)星圖像建立全國森林測量與監(jiān)測體系。EOSD森林面積圖包括610塊小圖，每個小圖大約代表1.5萬km2。這些小圖詳細說明了21種土地類型。EOSD小組將這些Landsat衛(wèi)星圖像與覆蓋了全國60%林地面積的森林生態(tài)區(qū)數(shù)據(jù)相結(jié)合，繪制了覆蓋全國80%林地面積的土地類型圖，每個小圖的分辨率為25m，是目前最高的空間分辨率。在西北地區(qū)開展的多源森林清查中，也運用Landsat專題制圖器從衛(wèi)星上接收圖像，以顯示針葉、闊葉、混交林及濕地森林的位置及不同類型的非林地。

二、GIS導(dǎo)航技術(shù)

加拿大各省應(yīng)用GIS技術(shù)將林相圖數(shù)字化，使得森林清查數(shù)據(jù)得以定期更新。林業(yè)部門也利用此技術(shù)管理其數(shù)據(jù)庫，并利用Landsat衛(wèi)星更新地圖，以掌握森林采伐或林火所帶來的森林面積及蓄積量的變化。

GIS是森林防火滅火必不可少的基礎(chǔ)資料，由于其信息量大，加拿大普遍在森林防火中心建立計算機數(shù)據(jù)庫。各部門可以通過森林防火計算機網(wǎng)絡(luò)迅速獲得有關(guān)數(shù)據(jù)。加拿大林火管理部門近年來建立了林火管理決策綜合程序、森林火險預(yù)測預(yù)報模型、林火發(fā)生預(yù)測模型、雷擊火監(jiān)測模型、可燃物分類模型、火行為預(yù)測模型、森林防火預(yù)算分析模型、森林火災(zāi)評估模型等，基本滿足了現(xiàn)代林火管理的需要。

三、利用無人機監(jiān)測林火和病蟲害

加拿大林區(qū)采用多架配備先進的無人機輪流監(jiān)測森林火災(zāi)，與此同時，加拿大還采用衛(wèi)星發(fā)射的電磁射線檢測林區(qū)溫度，當(dāng)檢測出林區(qū)局部溫度上升到150 ℃～200 ℃，紅外線波長達3.7μm時，便是火災(zāi)前兆，可以立即根據(jù)測定溫度，采取措施及時防火。但是，此技術(shù)要借助高空衛(wèi)星技術(shù)，其基礎(chǔ)設(shè)施工程浩大，施工較復(fù)雜，投入成本過大。

加拿大政府也委托大學(xué)開展無人機監(jiān)測森林火災(zāi)與病蟲害的情況。紐布倫斯威克大學(xué)受委托開發(fā)新的無人機設(shè)備，用以加強森林測量、監(jiān)測和管理。利用這些設(shè)備，可以以更低成本有效地監(jiān)測病蟲害的爆發(fā)情況，同時給人類和環(huán)境帶來的風(fēng)險更小。此外，還加強培訓(xùn)新一代無人機的操作者。此外，無人機與LiDAR技術(shù)結(jié)合起來，利用激光脈沖，測量目標(biāo)樹木的距離，計算出地面有用信息，以提供實時數(shù)據(jù)。

加拿大林業(yè)對遙感技術(shù)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，不但用于宏觀的森林資源監(jiān)測，而且還用于微觀的樹木分析利用。一方面，在大規(guī)模的森林清查、林火監(jiān)測與森林病蟲害監(jiān)測和防治方面利用土地觀測系統(tǒng)，采用了各類遙感技術(shù)，對全國森林進行有效監(jiān)測；另一方面，采用地面遙感技術(shù)，對單株樹木開展三維成像研究，并利用此技術(shù)在人無法進入的地區(qū)，研究樹木的生長情況。通過廣泛利用各類遙感技術(shù)，為森林可持續(xù)利用提供了大量的數(shù)據(jù)信息，進而有效保證了森林的可持續(xù)利用。