林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)中3S技術(shù)的應(yīng)用分析

楊艷鳳

摘 ? ?要：3S技術(shù)是遙感技術(shù)（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）3種技術(shù)的統(tǒng)稱。3S技術(shù)在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用效果較好，降低了工作量，提高了森林資源的測量精度。主要分析了林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)中3S技術(shù)的應(yīng)用，以期為相關(guān)工作者提供理論支持。

關(guān)鍵詞：林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì);3S技術(shù);應(yīng)用

文章編號： 1005-2690（2021）05-0121-02 ? ? ? 中國圖書分類號： S757.4 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃中，由于部分區(qū)域較閉塞，并且人力資源不足、資金投入不夠充分，導(dǎo)致林業(yè)管理的力度較薄弱，林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)方案不夠具體。不僅如此，很多單位制訂的林業(yè)調(diào)查規(guī)劃方案大多數(shù)采用巡邏的方式，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間、精力和體力，也不能保證林業(yè)調(diào)查規(guī)劃的全面性，難以建立有效的森林自然災(zāi)害數(shù)據(jù)庫。針對這些情況，應(yīng)在林業(yè)調(diào)查設(shè)計(jì)中應(yīng)用3S技術(shù)，實(shí)現(xiàn)林業(yè)的全面定位、調(diào)查和規(guī)劃，確保林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)性和動態(tài)性。

1 ? 3S技術(shù)相關(guān)闡述

3S技術(shù)實(shí)現(xiàn)了RS、GPS、GIS的優(yōu)勢互補(bǔ)。RS是指通過遙感器在空中對地面的物體性質(zhì)進(jìn)行探測，隨著陸地衛(wèi)星的應(yīng)用及發(fā)展，航天遙感迅速應(yīng)用。航天遙感主要通過不同物體產(chǎn)生的波譜進(jìn)行識別，信息采集和獲取能力十分強(qiáng)大，具有豐富性、動態(tài)性、宏觀性等特點(diǎn)[1]。目前，航天遙感已經(jīng)成為了GIS的重要數(shù)據(jù)獲取源。

GIS技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)的硬件和軟件對地理數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析與科學(xué)管理，是3S技術(shù)集成的基礎(chǔ)平臺，可以實(shí)現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的存儲和分析等功能。此外，通過GIS還可以實(shí)現(xiàn)不同來源時(shí)空數(shù)據(jù)的處理、模擬等，從而得到最優(yōu)決策。

GPS是由美國開發(fā)的，在1994年部署完成的空間導(dǎo)航系統(tǒng)，GPS可以實(shí)現(xiàn)全球性和高精度的實(shí)時(shí)定位導(dǎo)航，為RS、GIS提供十分精確的空間定位信息。當(dāng)前，GPS技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛。

3S技術(shù)及其集成在地球空間研究中應(yīng)用十分廣泛，是空間信息科學(xué)的核心關(guān)鍵技術(shù)，通過3S技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)信息獲取、信息處理及信息應(yīng)用的一體化，并且確保了信息應(yīng)用的精度。RS、GIS、GPS的綜合應(yīng)用成為各種空間信息獲取和決策輔助的最有力手段。3S技術(shù)在應(yīng)用中首先通過RS技術(shù)獲得影像信息源，利用GPS技術(shù)獲取影像信息中的位置信息，再通過GIS技術(shù)平臺實(shí)現(xiàn)圖像處理和分析應(yīng)用。

2 ? 林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)中3S技術(shù)的應(yīng)用概述

傳統(tǒng)林業(yè)調(diào)查方法的周期長、實(shí)時(shí)性差，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)技術(shù)要求，而3S技術(shù)可以解決上述問題。

3S技術(shù)在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用概述如下：①應(yīng)用3S技術(shù)對森林資源進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，根據(jù)各自不同區(qū)域森林的光譜觀測波段和分辨率獲得RS影像數(shù)據(jù)，以RS影像數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，可以實(shí)時(shí)獲取不同區(qū)域的森林資源區(qū)域特征，通過GPS空間定位、GIS的數(shù)據(jù)分析和匯總，可以實(shí)現(xiàn)森林資源的動態(tài)、高精度監(jiān)測。②GPS技術(shù)可以提高森林樣地野外定位、面積測量和距離測量的精度。利用3S技術(shù)進(jìn)行森林資源清查，可以提高森林調(diào)查的精確度和效率。例如，在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)中，某地區(qū)準(zhǔn)備進(jìn)行次生林建設(shè)，可借助 3S 技術(shù)了解目標(biāo)區(qū)域的空間態(tài)勢，并生成詳細(xì)的資料圖，作為后續(xù)林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)的依托和輔助。③利用3S技術(shù)進(jìn)行伐區(qū)定位、合理規(guī)劃伐區(qū)，確定合理的采伐面積、采伐順序及最優(yōu)集材方式等。④利用3S技術(shù)評價(jià)采伐地的水土流失程度、土壤及植被，從而確定最佳的采伐后造林計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)適地適樹。⑤3S技術(shù)在繪制林業(yè)專題圖方面的應(yīng)用。利用傳統(tǒng)的方法制作林業(yè)專題圖，作圖的周期長，并且需要投入大量的成本，手工繪制的工作量巨大，而采用3S技術(shù)可以利用計(jì)算機(jī)取代手工繪圖，各種調(diào)查數(shù)據(jù)通過軟件平臺可以實(shí)現(xiàn)快速分析和成圖[2]。

3 ? 林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)中3S技術(shù)應(yīng)用的技術(shù)路線

應(yīng)用3S技術(shù)進(jìn)行林業(yè)資源調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的可操作性和實(shí)用性，可以形成完整、科學(xué)的森林資源獲取體系，具體技術(shù)路線如下。

3.1 ? 數(shù)據(jù)獲取及管理

GIS為森林資源圖像、數(shù)據(jù)及圖形的綜合信息管理平臺，RS為森林資源的動態(tài)數(shù)據(jù)源，GPS為重要的森林資源信息矢量數(shù)據(jù)源。林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)中獲得的空間數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)，其中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括森林資源的數(shù)字柵格地圖、森林資源的數(shù)字正射影像、森林資源的數(shù)據(jù)高程模型。森林資源GIS專題數(shù)據(jù)包括柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)兩種。柵格數(shù)據(jù)包括森林利用土地形狀圖、森林資源分布圖、行政區(qū)域圖等，可以確定林業(yè)區(qū)域的經(jīng)營范圍，實(shí)現(xiàn)土地利用類型分類。矢量數(shù)據(jù)包括地理對象的面數(shù)據(jù)（居民區(qū)、面狀河流等）、線數(shù)據(jù)（小班區(qū)劃界、現(xiàn)狀河流等）、點(diǎn)數(shù)據(jù)（小班注記、山脈注記等）。屬性數(shù)據(jù)是與空間位置信息無關(guān)的數(shù)據(jù)，形成小班調(diào)查因子數(shù)據(jù)庫（包括小班樹種、樹木的郁閉度、林種、齡組、地貌、坡度、經(jīng)濟(jì)林產(chǎn)期、作業(yè)年度等信息）、圖片信息（遙感影像與實(shí)地真實(shí)情況相對應(yīng)的直觀體現(xiàn)）及文檔數(shù)據(jù)（工程管理文件、資源調(diào)查報(bào)告等信息）等。小班調(diào)查因子數(shù)據(jù)庫是林業(yè)資源規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)獲取之后在GIS平臺進(jìn)行分析管理，統(tǒng)一將空間數(shù)據(jù)庫中的矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Shape格式，在Arc GIS軟件支持下判讀解釋SPOT5衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為Shape格式。文本數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用Word格式。坐標(biāo)系可以采用北京54坐標(biāo)系或西安80坐標(biāo)系。比例尺應(yīng)完全一致，根據(jù)測量范圍選擇取1∶1 000、1∶1 500等固定比例。

3.2 ? 建立解譯標(biāo)志表

深入研究森林資源的分布特點(diǎn)及其與地理環(huán)境因子之間的關(guān)系，采用遙感影像SPOT5信息源，在GIS操作平臺中，以GPS為輔助手段獲取不同的森林資源信息進(jìn)行綜合分析，同時(shí)結(jié)合野外調(diào)查驗(yàn)證方法，建立解譯標(biāo)志表，具體闡述如下：①首先設(shè)定踏查線路，以RS數(shù)據(jù)的景幅物候期為單元，根據(jù)調(diào)查區(qū)域內(nèi)地表植被及種植樹木的特點(diǎn)，選擇3～5條可以全部覆蓋調(diào)查區(qū)域內(nèi)地類和樹種的勘察線路。②通過RS數(shù)據(jù)的影像識別，利用GPS等定位工具，拍攝地面實(shí)況圖片，建立地面實(shí)況和直觀影像特征之間的關(guān)系，最終得到遙感影像圖的判讀樣片。③進(jìn)行室內(nèi)分析。根據(jù)獲得的影像和地面物體之間的對應(yīng)關(guān)系，構(gòu)建RS影像的形態(tài)、結(jié)構(gòu)等與判讀因子之間的關(guān)系。④構(gòu)建解譯標(biāo)志。在RS數(shù)據(jù)上對影像特征進(jìn)行判讀，得到解譯標(biāo)志表。通過高分辨率遙感影像像元（包括地理信息數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、地面調(diào)查數(shù)據(jù)等），采用遙感計(jì)算技術(shù)、統(tǒng)計(jì)方法等篩選出與森林蓄積量相關(guān)的測樹因子、地理環(huán)境因子等信息，利用分類器，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、最小距離判別、最大似然等，進(jìn)行小班分類識別，得到解譯標(biāo)志表。解譯標(biāo)志表包括橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、地貌、海拔、坡度、坡向、破位、地類、起源、優(yōu)勢樹種、齡組、平均樹高、平均胸徑、郁閉度、色彩、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、相關(guān)分布、地域、照片號等相關(guān)信息[3]。

3.3 ? 小班蓄積的計(jì)算與輸出

利用殘差分析方法確定林業(yè)調(diào)查區(qū)域內(nèi)不同樹種的主要相關(guān)因子，在遙感數(shù)據(jù)分析軟件中建立優(yōu)勢樹種的蓄積回歸模型，計(jì)算像元蓄積，根據(jù)不同像元的蓄積值，利用小班聚類歸分析得到小班總蓄積比值，例如林地小班平均面積、林地最小區(qū)劃面積等。之后還需對小班蓄積數(shù)值的精度進(jìn)行驗(yàn)證與分析，實(shí)現(xiàn)森林資源動態(tài)三維模擬，增強(qiáng)林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)的真實(shí)性和科學(xué)性。

4 ? 3S技術(shù)應(yīng)用效益

4.1 ? 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①節(jié)約經(jīng)費(fèi)。3S技術(shù)在林業(yè)規(guī)劃調(diào)查設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可以在一定程度上縮短調(diào)查的時(shí)間、節(jié)約調(diào)查費(fèi)用，并且提高測量精度，與傳統(tǒng)調(diào)查方法相比，可以節(jié)約更多的經(jīng)費(fèi)。②市場前景廣闊。林業(yè)資源調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)對于森林資源的保護(hù)具有十分重要的作用，3S技術(shù)的應(yīng)用便利，應(yīng)用前景廣闊。

4.2 ? 社會效益

社會效益主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①優(yōu)化資源配置。在林業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查中，只有合理利用資源，才能達(dá)到節(jié)約經(jīng)費(fèi)的目的。應(yīng)用3S技術(shù)可以將不同的資源要素快速融入森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查和森林資源管理的各個(gè)工作環(huán)節(jié)，引導(dǎo)資本要素、勞動力要素的重新配置，提高森林資源調(diào)查的科技含量，從而顯著提高林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營能力。②提高決策管理能力。應(yīng)用3S技術(shù)可以快速摸清森林資源的質(zhì)量、森林資源的分布情況、森林資源的數(shù)量，利用技術(shù)獲得相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并且通過相應(yīng)的信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速成圖、虛擬現(xiàn)實(shí)等目的，為林業(yè)政策的制定提供數(shù)據(jù)支持，促進(jìn)林業(yè)科技進(jìn)步。3S技術(shù)的應(yīng)用也可以在一定程度上提高林業(yè)科技人才的素質(zhì)，加強(qiáng)林業(yè)科技知識的傳播。

通過以上分析可知，3S技術(shù)在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用效果較好，并且具有一定的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，通過3S技術(shù)可以快速實(shí)現(xiàn)林業(yè)的森林資源定位、面積定位等，提高了測量的精度，今后還需要繼續(xù)加強(qiáng)3S技術(shù)在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)林業(yè)資源的動態(tài)監(jiān)控和全面管理。

參考文獻(xiàn)：

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