遙感技術(shù)在林業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望

王曉然

（ 黑龍江省自然資源權(quán)益調(diào)查監(jiān)測院，黑龍江 哈爾濱150000）

林業(yè)是我們國家可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)， 它為我們提供了許多服務(wù)和社會效益，包括碳儲存，動(dòng)植物棲息地，休閑活動(dòng)以及提供木材或非木材產(chǎn)品。 如今， 在對林業(yè)需求越發(fā)復(fù)雜和迫切的情況下，我們需要對林業(yè)進(jìn)行更好地計(jì)劃和管理，而重點(diǎn)是需要具有足夠效率和準(zhǔn)確的工具。 遙感是進(jìn)行分析， 綜合和報(bào)告的強(qiáng)大工具，可提供很多關(guān)于林業(yè)的詳細(xì)信息并有助于我們提前做出決策。 而且我們國家林業(yè)用地面積龐大， 要對如此大面積的林業(yè)進(jìn)行及時(shí)有效地管理，是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)[1]。 因此，將先進(jìn)科學(xué)的遙感技術(shù)應(yīng)用于林業(yè)管理中的需求非常迫切。

1 遙感技術(shù)概述

遙感是指在不與物體接觸的情況下獲取有關(guān)物體信息的科學(xué)。 它主要通過感測和記錄發(fā)射的能量，分析，處理和應(yīng)用該信息來完成[2]。 在遙感過程中，不同的材料會產(chǎn)生不同水平的輻射能，這是由于諸如表面粗糙度，強(qiáng)度，入射角和輻射能的波長等因素。 林業(yè)中常用于遙感的工具是飛機(jī)和衛(wèi)星，此外，還包括傳感器包括雷達(dá)，激光高度計(jì)，輻射計(jì)和光譜儀等。 我們所謂的遙感技術(shù)就是使用飛機(jī)和衛(wèi)星來收集地球表面及其現(xiàn)象的照片。它還在林業(yè)中用于預(yù)測天氣和研究森林生態(tài)系統(tǒng)。

在過去的十年中，遙感技術(shù)的科學(xué)進(jìn)步產(chǎn)生了許多技術(shù)，這些技術(shù)可以檢索從戰(zhàn)略林業(yè)到運(yùn)營林業(yè)的各種管理領(lǐng)域的信息。 諸如雷達(dá)， 激光雷達(dá)或其他光學(xué)傳感器之類的新型系統(tǒng)補(bǔ)充了航空攝影的傳統(tǒng)用法。這些方法的優(yōu)點(diǎn)是快速的數(shù)據(jù)采集，易于集成到GIS 數(shù)據(jù)集，自動(dòng)數(shù)據(jù)處理和大面積采樣。

但是，遙感技術(shù)并不能替代現(xiàn)場調(diào)查。 實(shí)際上，兩種方法都應(yīng)該以互補(bǔ)的方式起作用。 始終需要現(xiàn)場數(shù)據(jù)來校準(zhǔn)和驗(yàn)證遙感分析。 同樣，遙感可以幫助增加實(shí)地調(diào)查的價(jià)值。 兩種方法的協(xié)同作用將導(dǎo)致一個(gè)更有效的數(shù)據(jù)捕獲系統(tǒng)， 以呈現(xiàn)豐富而可靠的信息。

2 林業(yè)中常用的遙感技術(shù)

當(dāng)前在林業(yè)中使用不同的傳感器類型。 每個(gè)對象的精確適用性取決于研究規(guī)模以及所觀察對象或過程的性質(zhì)。對這些數(shù)據(jù)的熟悉程度和專業(yè)知識的可用性， 航空勘測的成本， 圖像的高分辨率以及使用許多GIS 軟件包中包含的現(xiàn)成工具來處理數(shù)字航空攝影的可能性， 使得這些與其他技術(shù)相比，數(shù)據(jù)是一種競爭選擇。 野外調(diào)查支持的航空攝影的人工解釋經(jīng)常構(gòu)成更大規(guī)模森林清單的基礎(chǔ)。 但是，也可以對數(shù)碼照片進(jìn)行分析，以產(chǎn)生有關(guān)林分特征的信息，例如林木密度，林分體積或死亡率。

2.1 光學(xué)技術(shù)

光學(xué)技術(shù)是林業(yè)中最成熟的遙感方法。 航空攝影也包括在這個(gè)組中。 但是，航空攝影和數(shù)字多光譜數(shù)據(jù)的處理方式不同。航空攝影的主要目的是生產(chǎn)可用于人工解釋的矯正產(chǎn)品。 此外，攝影測量可以對圖像進(jìn)行定量測量。 另一方面，多光譜數(shù)據(jù)主要依賴于輻射信息，其中從地面反射或發(fā)射的光的強(qiáng)度是在多個(gè)離散波段（ 通常是光譜的可見和紅外部分）中測量的。 通過比較地面在不同波長下的反射率，可以將這些數(shù)據(jù)與地面和植被冠層的特性相關(guān)聯(lián)。 最有潛力的地區(qū)是種群數(shù)量的評估，植被類型的分類以及估計(jì)的森林參數(shù)，例如高度，基礎(chǔ)面積和體積。 具有高光譜分辨率的傳感器可以以養(yǎng)分和水分缺乏以及病蟲害造成的損害的形式用于繪制森林健康圖。

2.2 雷達(dá)傳感器

雷達(dá)傳感器（ 無線電檢測和測距）是有源系統(tǒng)，它們將自身的能量源作為無線電信號發(fā)射并確定回波的特征[3]。 它們在電磁波譜的微波區(qū)域（ 主要是X，C，L 和P 波段）工作。每個(gè)波長與林冠相互作用的方式不同， 從而可以更好地定義其組成部分。較長的波長（ P 或VHF）可以在一定程度上穿透森林冠層并檢索有關(guān)潛在土壤特性的信息。 由于微波對森林結(jié)構(gòu)和冠層的水分含量敏感，因此它們可以生成有關(guān)森林冠層的完整三維信息。

2.3 光檢測和測距

光檢測和測距是一種有源傳感器， 它發(fā)射激光脈沖并使用超高精度時(shí)鐘測量每個(gè)光束在傳感器和目標(biāo)之間傳播的返回時(shí)間。 通過使用差分GPS 和由慣性測量單元獲得的定向參數(shù)的精確運(yùn)動(dòng)定位，可以精確定位到已知坐標(biāo)系的每一次返回。 大多數(shù)商業(yè)系統(tǒng)每秒可以收集20,000 至75,000 點(diǎn)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)很高的垂直和水平精度，范圍從垂直方向15-20cm 均方根誤差到水平方向20-30cm。 光檢測和測距儀器可用于生成樹冠高度模型，隨后可提供對重要森林參數(shù)（ 如樹冠高度，林分體積和森林冠層的垂直結(jié)構(gòu)）的準(zhǔn)確估算。

3 遙感在林業(yè)中的應(yīng)用

3.1 預(yù)測物種分布

沒有遙感就很難預(yù)測森林中物種的分布。 衛(wèi)星圖像可提供覆蓋廣泛區(qū)域的照片，從而幫助研究人員追蹤不同的物種。 此外，通過GIS 集成，科學(xué)家可以獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果。 預(yù)測物種分布非常重要，尤其是在研究和保護(hù)瀕危物種時(shí)。 例如，可以使用GIS 和遙感技術(shù)來定位瀕危物種，并將其置于保護(hù)之下。

3.2 發(fā)現(xiàn)人與自然的影響

人為和自然影響可能會對森林產(chǎn)生巨大影響。 人類對林業(yè)的影響的一個(gè)很好的例子是森林砍伐和森林大火。 幸運(yùn)的是，借助遙感技術(shù)，很容易找到受影響的區(qū)域。 這樣可以更快地采取必要的措施。 如果森林在燃燒，則特殊的衛(wèi)星傳感器會收集數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到指揮中心。 與使用手動(dòng)方式相比，接收到的數(shù)據(jù)始終準(zhǔn)確，快速。 某些人類影響是積極的，例如植樹和砍伐森林。遙感技術(shù)用于幫助所有這些程序。例如，它提供數(shù)據(jù)，例如完成之前還剩下多少掩護(hù)以及需要出勤的區(qū)域。

3.3 森林生產(chǎn)力評估

衛(wèi)星傳感器可以準(zhǔn)確檢測全世界的森林生產(chǎn)力。 與傳統(tǒng)的調(diào)查方法相比，這些技術(shù)準(zhǔn)確且具有成本效益。 由于使用了準(zhǔn)確的衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)展， 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)正在提高生產(chǎn)力。 沒有其他可靠的方法可以用來預(yù)測森林生產(chǎn)力， 而不是將GIS 和遙感相結(jié)合。

3.4 監(jiān)測不斷變化的生物多樣性

生物多樣性在不斷變化，因此監(jiān)測非常重要。 此外，來自遙感的數(shù)據(jù)可用于預(yù)測某些物種被清除后的環(huán)境。 通常，不使用遙感數(shù)據(jù)來預(yù)測雙分集的變化將非常困難。 但是， 現(xiàn)在研究人員可以通過玩遙感信息來填補(bǔ)準(zhǔn)確的結(jié)果，從而填補(bǔ)空白。 例如，如果您要預(yù)測沒有樹木的情況下某個(gè)地方的環(huán)境，那么您只需要擦除樹木的數(shù)據(jù)并與其余的一起工作即可。 提供的結(jié)果總是準(zhǔn)確的或接近的，因此使其成為可靠的來源。

4 遙感技術(shù)在林業(yè)應(yīng)用中的展望

自上世紀(jì)遙感技術(shù)迅速發(fā)展以來， 各種相關(guān)的硬件軟件也一片欣欣向榮，如各種衛(wèi)星的發(fā)射、各國政府放寬的政策以及各國之間遙感技術(shù)的交流互通，這也為遙感技術(shù)的發(fā)展提供了巨大的契機(jī)。 在大數(shù)據(jù)時(shí)代，一個(gè)鮮明的特征就是各種技術(shù)的相融，因此，遙感技術(shù)的應(yīng)用在未來必然是與其他技術(shù)相輔相成的，包括各種遙感技術(shù)之間的結(jié)合、遙感技術(shù)與其他技術(shù)的結(jié)合。 比如機(jī)載激光掃描和數(shù)字航空攝影測量的結(jié)合在未來十年可能對森林清查實(shí)踐產(chǎn)生最大的影響、 將林業(yè)遙感與林業(yè)GIS、GPS 有機(jī)結(jié)合,形成一個(gè)綜合的體系,實(shí)現(xiàn)森林資源調(diào)查、規(guī)劃、經(jīng)營管理的自動(dòng)化。

5 結(jié)論

在過去的50 年中，林業(yè)清查和監(jiān)測技術(shù)變革的步伐令人矚目，這主要是由于各種形式的遙感數(shù)據(jù)的可用性增加所致。 同時(shí)，林業(yè)資源是我國重要的自然資源，對林業(yè)生產(chǎn)的檢測和管理工作十分重要，因此，我們要進(jìn)一步的大力發(fā)展遙感技術(shù)，加強(qiáng)林業(yè)中遙感技術(shù)的應(yīng)用， 使其成為解決林業(yè)問題的有力工具，以促進(jìn)我們國家林業(yè)更好地發(fā)展。