“3S”技術(shù)在森林資源調(diào)查規(guī)劃中的應(yīng)用分析

趙興強(qiáng) 梁麗華

（廣西壯族自治區(qū)國有東門林場，廣西 扶綏 532199）

森林資源調(diào)查規(guī)劃設(shè)計從本質(zhì)上講屬于林業(yè)基礎(chǔ)性工作，主要利用技術(shù)手段對森林資源生長情況、病蟲害發(fā)生情況等進(jìn)行統(tǒng)計，對各類信息進(jìn)行采集，最終整合成原始數(shù)據(jù)資料。但目前部分地區(qū)林業(yè)部門資源調(diào)查規(guī)劃設(shè)計不夠充分，尤其是“3S”技術(shù)的使用率不足，調(diào)查工作滯后、拖拉，科技水平低，數(shù)據(jù)信息可分享性和及時性不足，數(shù)據(jù)統(tǒng)計不夠嚴(yán)謹(jǐn)，地面調(diào)查數(shù)據(jù)更新速度慢，工作效率不高。從這一層面來講，“3S”技術(shù)的普及和廣泛應(yīng)用對推動森林資源調(diào)查規(guī)劃工作具有重要作用。

1 廣西壯族自治區(qū)國有東門林場基本介紹

廣西國有東門林場始建于1965年，屬于直屬大型國有林場，位于廣西壯族自治區(qū)西南部，是目前亞洲最大的桉樹基因庫，經(jīng)營總面積4.37 萬hm2，資產(chǎn)總額超14 億元。廣西壯族自治區(qū)國有東門林場經(jīng)營以土地開發(fā)、良種苗木、林下經(jīng)濟(jì)、速豐林種植為主，截至2020年森林蓄積總量已超過260萬m3，被評為全國林業(yè)先進(jìn)集體，并獲得生態(tài)建設(shè)突出貢獻(xiàn)獎。但在當(dāng)前也出現(xiàn)了一些森林資源發(fā)展問題，如林地被侵占嚴(yán)重，林地生產(chǎn)力難以充分發(fā)揮，樹種結(jié)構(gòu)不夠合理，森林保護(hù)管理工作難以深入落實(shí)，林木盜伐問題嚴(yán)重，大徑材資源逐年降低等。如何從宏觀層面，全面掌控廣西壯族自治區(qū)國有東門林場的植被覆蓋情況、樹種情況、森林資源多樣性情況和盜伐情況顯得尤為重要［1］。因此，筆者認(rèn)為，相關(guān)部門和技術(shù)人員應(yīng)重視森林資源調(diào)查規(guī)劃工作，從預(yù)設(shè)、預(yù)想、預(yù)警3 個方向，利用信息化電子設(shè)備，加強(qiáng)林地資源保護(hù)力度，調(diào)整林業(yè)結(jié)構(gòu)，提升“3S”技術(shù)的使用覆蓋率，做好林業(yè)資源信息采集工作，為后續(xù)森林資源調(diào)查規(guī)劃提供實(shí)時、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

2 “3S”技術(shù)的基本介紹

“3S”技術(shù)即全球定位系統(tǒng)、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)［2］。“3S”技術(shù)中全球定位系統(tǒng)（GPS）誕生于20 世紀(jì)70年代，總的來講可以分為3 個方面［3-4］，即空間星座+用戶設(shè)備+地面控制，因此可以實(shí)現(xiàn)海、陸、空全方位監(jiān)測和觀察，滿足現(xiàn)代化軍事、工業(yè)、建筑、農(nóng)業(yè)的實(shí)際發(fā)展需要，突出導(dǎo)航和定位功能的實(shí)用性和實(shí)效性。GPS在森林資源調(diào)查工作中具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，能夠從點(diǎn)、線、面等多種維度，全方位觀察被監(jiān)測者。遙感技術(shù)（RS）主要是通過電磁波信息從高空接收來自地表的信息，并對該種電磁波信息進(jìn)行掃描或攝影處理。因此該技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，在森林資源調(diào)查過程中可以應(yīng)用到病蟲害預(yù)測、植被資源和種類調(diào)查、氣候氣象預(yù)測、氣象災(zāi)害預(yù)警等方面。地理信息系統(tǒng)（GIS）在我國興起時間較晚，但應(yīng)用性極強(qiáng)，融合了計算機(jī)科學(xué)、電子信息技術(shù)、幾何學(xué)、傳媒學(xué)等多種學(xué)科，能夠有機(jī)融合圖文信息，并將結(jié)果實(shí)時傳遞給監(jiān)測人員和技術(shù)人員，應(yīng)用效果明顯?？梢杂行Ы档土謽I(yè)資源經(jīng)費(fèi)支出水平，節(jié)省調(diào)查經(jīng)費(fèi)，利用GIS技術(shù)整理業(yè)內(nèi)工作，開展圖表交互式統(tǒng)計，制出林業(yè)專題圖（林相圖），提升工作效率，更新資源數(shù)據(jù)，為后續(xù)的分析工作打下基礎(chǔ)，便于科學(xué)決策。

3 森林資源調(diào)查規(guī)劃的基本作用

“3S”技術(shù)集成計算機(jī)技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)、空間技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)等，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集。利用“3S”技術(shù)，可以讓技術(shù)人員和信息采集人員利用信息化手段，降低工作難度并提升數(shù)據(jù)獲得、數(shù)據(jù)整理、資源規(guī)劃的全面性和科學(xué)性，有效保護(hù)森林資源，夯實(shí)林業(yè)生產(chǎn)建設(shè)，平衡生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益之間的關(guān)系，在保護(hù)農(nóng)戶權(quán)益的同時，避免廣西壯族自治區(qū)國有東門林場（森林）資源受到不法侵害。具體體現(xiàn)在以下幾方面。

第一，凸顯工作任務(wù)和內(nèi)容，有效收集樹木的種類，有利于進(jìn)行科學(xué)指導(dǎo)，明確森林資源區(qū)域，提升保護(hù)方案的針對性。第二，提升信息化技術(shù)應(yīng)用效率，關(guān)注林業(yè)生產(chǎn)建設(shè)的重點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，實(shí)時監(jiān)測林業(yè)資源的變化量，對生產(chǎn)建設(shè)和規(guī)劃的科學(xué)性、效率性進(jìn)行評估和分析，提升實(shí)質(zhì)性成效。第三，有效提高調(diào)查規(guī)劃設(shè)計部門的工作能力和技術(shù)運(yùn)用能力，做好規(guī)劃設(shè)計，在實(shí)踐活動中提高應(yīng)用水平，提升基層人員和部門的綜合素養(yǎng)。第四，降低經(jīng)費(fèi)支出水平，過去森林資源圖形繪制周期較長，一般以人力資源繪制為主要工作方式，繪制流程繁雜，基本繪制時間在7 d 左右，內(nèi)業(yè)整理工作需經(jīng)過“草圖勾繪—描色—整理—統(tǒng)計—分析”等程序，即使運(yùn)用到計算機(jī)，也只是在數(shù)據(jù)加和計算方面、數(shù)據(jù)統(tǒng)計方面、表格制作方面發(fā)揮其“用武之地”。如果將“3S”技術(shù)應(yīng)用其中，利用“GIS+計算機(jī)軟件程序”，可繪制出各種林業(yè)專題圖，在降低圖像制作費(fèi)用的同時，得出更加優(yōu)質(zhì)和準(zhǔn)確的造林規(guī)劃圖、資源分布圖等，借助科學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)林業(yè)資源規(guī)劃的信息化和智能化［3］。

4 “3S”技術(shù)手段在森林資源調(diào)查規(guī)劃中的具體應(yīng)用

4.1 GPS技術(shù)的應(yīng)用

在森林資源規(guī)劃調(diào)查工作中，調(diào)查重點(diǎn)是個別樹種和成片林［5］。利用GPS 技術(shù)，第一，可以監(jiān)測動態(tài)測繪點(diǎn)，圍繞調(diào)查對象作出實(shí)時測繪，及時掌握其變動情況，隨時隨地進(jìn)行工作。第二，利用衛(wèi)星信號進(jìn)行監(jiān)測，受到氣候變化和天氣影響的概率較小，不容易被外界干擾。第三，可將動態(tài)監(jiān)測和靜態(tài)監(jiān)測相結(jié)合［6］。例如，在調(diào)研成片林時，由于林區(qū)的覆蓋面積較廣，采集數(shù)據(jù)軌跡范圍難度大，不適宜小班作業(yè)。利用GPS系統(tǒng)，在調(diào)研檢測前標(biāo)記網(wǎng)格點(diǎn)，確定監(jiān)測點(diǎn)（調(diào)查點(diǎn)）在地形圖中的具體位置，并且將該位置上傳至系統(tǒng)中，以監(jiān)測點(diǎn)（調(diào)查點(diǎn)）為圓心畫圓，確定圓形調(diào)查范圍。這一操作環(huán)節(jié)，可大大降低人工排查和監(jiān)測的時間，避免受到天氣影響，提高了工作效率和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

在具體的應(yīng)用中，可以詳細(xì)分為“現(xiàn)地調(diào)查”“模型建立”“數(shù)據(jù)處理”等環(huán)節(jié)［7］。其中現(xiàn)地調(diào)查是指利用GPS定位系統(tǒng)，有針對性地現(xiàn)地核實(shí)，根據(jù)典型抽樣方法，對樹種（組）占地面積、種類、生長情況進(jìn)行現(xiàn)地驗(yàn)證，抽樣控制現(xiàn)地精度，確定出調(diào)查等級。在蓄積回歸模型建立中，將樹種、郁閉度、齡組作為基本參數(shù)，確定櫟類、硬闊、軟闊、針葉、幼齡、中齡、密中疏郁閉情況等基本數(shù)據(jù)因子，用GPS做樣地定位調(diào)查，將林分判讀因子、遙感因子、單位面積蓄積和地理環(huán)境因子構(gòu)建成多元回歸模型，做好回歸模型驗(yàn)證，從而定量估測小班蓄積量。在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)中，利用Visual B計算機(jī)語言進(jìn)行邏輯檢查，建立拓?fù)潢P(guān)系，進(jìn)行圖形編輯，修正數(shù)據(jù)庫的同時改正不正確的接線。

4.2 RS技術(shù)的應(yīng)用

RS 技術(shù)是森林資源規(guī)劃調(diào)查中必不可少的一個關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，隨著信息技術(shù)的不斷提升和發(fā)展，該技術(shù)可與無人機(jī)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用［8］。按照不同的遙感任務(wù)，綜合利用光譜成像儀、數(shù)碼相機(jī)、合成孔徑雷達(dá)、紅外掃描儀等設(shè)備，具有質(zhì)量輕、性能完備、數(shù)字化、精確度高、信息存儲量大等特點(diǎn)。在廣西壯族自治區(qū)國有東門林場的資源管理規(guī)劃中，利用RS技術(shù)可以監(jiān)測森林生物量、林火、病蟲害暴發(fā)率、蟲災(zāi)受損面積等。其中，在調(diào)查規(guī)劃環(huán)節(jié)，森林資源監(jiān)測可以獲取林地蓄積，利用人力資源獲取樹高、樹種、地塊等參數(shù)，提升工作效率，讓林業(yè)調(diào)查規(guī)劃工作變得簡單易行。例如，在無人機(jī)設(shè)備中搭載光譜成像儀、高清攝像機(jī)或激光雷達(dá)，可以直接獲取相應(yīng)的遙感影像，構(gòu)建數(shù)字高程模型。通過激光雷達(dá)點(diǎn)，技術(shù)人員可以構(gòu)建出多期數(shù)字表面模型，全面分析森林生長高度和生長空間，提升林地資源調(diào)查的工作效率。

在病蟲害監(jiān)測中，可以借助相關(guān)設(shè)備，通過相關(guān)波段監(jiān)測害蟲暴發(fā)情況，結(jié)合植被指數(shù)數(shù)據(jù)，利用高光譜成像儀、多波段成像傳感器等設(shè)備，對森林病害、蟲害的主要受災(zāi)區(qū)域和面積進(jìn)行劃分，為后續(xù)的農(nóng)藥噴施做好準(zhǔn)備。也可以利用監(jiān)測系統(tǒng)，對病蟲害進(jìn)行技術(shù)預(yù)警，發(fā)出預(yù)警提示，為林木健康生長提供保障［9］。在森林火災(zāi)監(jiān)測環(huán)節(jié)，可以借助無人機(jī)技術(shù)和RS 技術(shù)確定起火點(diǎn)，分析并劃分出火災(zāi)覆蓋范圍，探測出受災(zāi)面積，提取遙感圖像，以火災(zāi)圖像為基礎(chǔ)，構(gòu)建顏色模型，最終完成火災(zāi)識別，識別進(jìn)度和準(zhǔn)備度相比于傳統(tǒng)識別方法，可以提升至90%以上。

4.3 GIS技術(shù)的應(yīng)用

GIS 技術(shù)從本質(zhì)上講屬于3S 技術(shù)的核心組成部分，利用計算機(jī)技術(shù)，對前期已經(jīng)探測和提取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，應(yīng)用模型圖形，建立空間數(shù)據(jù)庫，完成整個數(shù)據(jù)分析工作。可以應(yīng)用于森林資源規(guī)劃，判定森林資源消長的實(shí)時狀態(tài)，為后續(xù)技術(shù)人員和管理人員的林業(yè)規(guī)劃工作提供數(shù)據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)，提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，采集測繪圖形，獲取森林資源最新信息，從而形成林業(yè)特有的信息系統(tǒng)，及時掌握森林分布位置。例如，利用地理信息系統(tǒng)對林地信息進(jìn)行提取，根據(jù)森林分布數(shù)據(jù)，便于后續(xù)進(jìn)行林冠狀態(tài)變化統(tǒng)計、生產(chǎn)經(jīng)營活動合法性分析、火燒跡地信息提取，提升森林資源評價精度和準(zhǔn)確度，如圖1所示。

圖1 基于GIS技術(shù)得出的監(jiān)測區(qū)森林分布數(shù)據(jù)

GIS技術(shù)一般與RS技術(shù)和GPS技術(shù)綜合使用，通過小班作業(yè)，構(gòu)建信息系統(tǒng)，利用測繪工具監(jiān)測控制點(diǎn)的空間數(shù)據(jù)，之后上傳至數(shù)據(jù)庫，全方面地了解到林區(qū)資源的具體情況［10］。

林區(qū)資源森林規(guī)劃與調(diào)查工作中，3S技術(shù)可以幫助相關(guān)部門和統(tǒng)計人員對林地面積、土地種類、非林地面積、占用面積、林木蓄積、混交林/防護(hù)林/生豐產(chǎn)用材林面/短輪伐期工業(yè)原料用材林占比、樹齡分布結(jié)構(gòu)、各樹種出材率等數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析與對比。應(yīng)用GPS 導(dǎo)航定位技術(shù)，避免傳統(tǒng)紙質(zhì)地形手工布點(diǎn)，在抽樣控制調(diào)查中，其定位精度高，可提升調(diào)查質(zhì)量，充分發(fā)揮信息技術(shù)的作用，克服傳統(tǒng)地形圖定位缺陷與不足，降低定位誤差。同時也彌補(bǔ)了當(dāng)前林業(yè)資源調(diào)查與規(guī)劃工作中的不足，對各類信息進(jìn)行采集，最終整合成原始數(shù)據(jù)資料，提高數(shù)據(jù)統(tǒng)計的嚴(yán)謹(jǐn)性和數(shù)據(jù)信息的可分享性，促使信息技術(shù)的普及和使用，提升調(diào)查工作的實(shí)效性和調(diào)查數(shù)據(jù)的更新速度。圖件制作達(dá)到了效率高、易于修改、精準(zhǔn)統(tǒng)一、美觀清晰、整潔規(guī)范等特定要求。綜合運(yùn)用“3S”技術(shù)，可準(zhǔn)確掌握森林資源分布狀況，社會應(yīng)用價值較高，實(shí)際工作效益明顯。

5 結(jié)語

“3S”技術(shù)在林區(qū)資源森林覆蓋率統(tǒng)計、森林資源區(qū)域面積、病蟲害受災(zāi)區(qū)域、林火監(jiān)測工作中具有明顯的優(yōu)勢。筆者認(rèn)為，應(yīng)該調(diào)整林業(yè)調(diào)查規(guī)劃工作模式，創(chuàng)新工作方法和思路，加大信息技術(shù)的應(yīng)用范圍，提升規(guī)劃設(shè)計工作質(zhì)量。技術(shù)人員和部門管理工作者應(yīng)該充分掌握信息技術(shù)理論，加快信息化建設(shè)，通過數(shù)據(jù)庫建設(shè)，提升調(diào)查規(guī)劃設(shè)計的科學(xué)性和可行性。