測繪新技術(shù)在智慧林業(yè)中的應(yīng)用

趙棟

（沈陽市勘察測繪研究院有限公司，遼寧沈陽 110004）

2013年8月，原國家林業(yè)局印發(fā)《中國智慧林業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見》，標志著我國林業(yè)信息化由“數(shù)字林業(yè)”步入“智慧林業(yè)”發(fā)展新階段[1]。相較于之前的數(shù)字林業(yè)，智慧林業(yè)全面應(yīng)用云計算，物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，將使林業(yè)實現(xiàn)智慧感知、智慧管理和智慧服務(wù)，這是林業(yè)從傳統(tǒng)邁向現(xiàn)代的必選路徑。

2017年6月，《遼寧省林業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》出臺，規(guī)劃要求搭建 “智慧林業(yè)”基礎(chǔ)框架，建成覆蓋林業(yè)主體業(yè)務(wù)的、貫穿上下的信息化政務(wù)體系和規(guī)范、科學(xué)的網(wǎng)絡(luò)化林業(yè)資源管理流程，提高管理水平，提升工作效率。

一、測繪新技術(shù)在智慧林業(yè)建設(shè)中的應(yīng)用

1.林業(yè)管理

（1）森林資源調(diào)查

森林資源調(diào)查是針對森林資源相關(guān)的數(shù)量、質(zhì)量、樹種、生態(tài)等情況進行相關(guān)調(diào)查，能掌握森林資源保護和發(fā)展情況，為制定林業(yè)可持續(xù)發(fā)展策略提供參考。目前，森林資源核查領(lǐng)域已發(fā)展出兩種相對成熟的核查體系：被稱為森林資源一類清查的全國森林資源連續(xù)調(diào)查和被稱為森林資源二類調(diào)查的森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查[2]，前者是為了解整體情況，精度要求不高，這里主要討論后者。森林資源的調(diào)查方式很多，目前比較快速有效的是借助遙感影像和機載激光雷達。

很多遙感衛(wèi)星的影像可以用作森林資源調(diào)查，影像經(jīng)過處理得到正射影像，再結(jié)合現(xiàn)有林業(yè)小班數(shù)據(jù)，將二者疊加，影像為0.5米分辨率的數(shù)字正射影像疊加林業(yè)小班數(shù)據(jù)，可針對變化區(qū)域重新采集，采集精度完全滿足林業(yè)調(diào)查精度，可快速實現(xiàn)更新。

機載激光掃描系統(tǒng)通常由POS系統(tǒng)，激光掃描儀，高分辨率數(shù)碼相機，中心控制單元組成，通常以固定翼飛機、直升飛機或無人機為搭載平臺進行森林資源調(diào)查。激光具有植被穿透能力，能夠多次回波，獲取較完整的地形、植被信息，進行樹高樹冠的提取，得到數(shù)字表面模型和數(shù)字高程模型，兩者做差就能得到冠層高度模型，截取垂直剖面圖可得到林隙、樹高以及樹冠大小，還可進行蓄積量估測。機載激光雷達可以實現(xiàn)無地面控制測量，大大減少外業(yè)工作量，特別適合難以量測地區(qū)作業(yè)，對天氣要求相對寬松，具備全天時作業(yè)能力。

（2）林業(yè)不動產(chǎn)登記

我國不動產(chǎn)登記主要貫徹實行以人為本，權(quán)利主體的思想，這對我國更好地推進社會主義市場經(jīng)濟體制，保護人民的基本財產(chǎn)權(quán)益有巨大意義。在推進現(xiàn)代林業(yè)建設(shè)過程中，不動產(chǎn)等級通過實施確權(quán)公布的方式來完善人們對于自己產(chǎn)業(yè)的保護[3]。但林業(yè)確權(quán)在實施過程中出現(xiàn)了很多困難與挫折，應(yīng)引起充分重視。

林業(yè)的特殊性導(dǎo)致其確權(quán)困難，其中采集難度大是主要的問題之一，可以利用遙感影像、地理國情普查數(shù)據(jù)、“三調(diào)”數(shù)據(jù)共同進行小斑面范圍的邊線確認，針對變化較大或無法內(nèi)業(yè)判讀區(qū)域，進行外業(yè)的實地調(diào)查核實。

（3）林業(yè)違法監(jiān)測

林業(yè)用地類違法案件最有效的監(jiān)測方法就是應(yīng)用衛(wèi)星遙感影像，或無人機航拍影像，在影像上可識別出疑似違法圖斑，通過衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS進行精確定位，再把核查任務(wù)派發(fā)到各市縣林業(yè)部門，護林員可通過導(dǎo)航快速準確找到問題圖斑，核實變化情況。

2.森林病蟲害監(jiān)測

森林病蟲害一旦發(fā)生難以控制，會給森林帶來毀滅性的災(zāi)害。在我國，森林病蟲害有8000多種，危害極其嚴重的有 200 多種，近20 年來，幾乎每年都有 3~5 種過去多為零星發(fā)生的病蟲害轉(zhuǎn)為大面積暴發(fā)成災(zāi)，危害極其嚴重[4]。因此需要用多種技術(shù)手段對其進行監(jiān)測，彌補傳統(tǒng)監(jiān)測的不足。

目前，利用遙感影像和GIS技術(shù)，結(jié)合當?shù)厣仲Y源、病蟲害信息、環(huán)境信息建立的病蟲害監(jiān)測預(yù)測系統(tǒng)，能提高病蟲害監(jiān)測預(yù)報的及時性、科學(xué)性和準確性，最大限度地降低災(zāi)害發(fā)生[5]。利用高光譜影像可以發(fā)現(xiàn)病蟲害的地塊，并且可建立監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)病蟲害的有效控制。

3.林業(yè)應(yīng)急保障

森林應(yīng)急響應(yīng)中最重要的當屬森林火災(zāi)的應(yīng)急處理，我國森林資源數(shù)量、質(zhì)量穩(wěn)步提高，但依然存在受火災(zāi)干擾嚴重的問題[6]，森林火災(zāi)具有發(fā)生突然，蔓延迅速，難以控制，危害極大，損失嚴重等特點，是世界各國防范與應(yīng)對自然災(zāi)害的重中之重與難中之難，導(dǎo)致森林火災(zāi)的原因多樣，既包括雷擊等自然原因，也包括人的過失行為等社會原因，各國尚沒有應(yīng)對的百靈百驗之策。森林火災(zāi)一旦發(fā)生，就可能造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失，并使生態(tài)遭到嚴重破壞，危及山水田湖的系統(tǒng)安全[7]。

對于一些有名貴樹種的森林保護區(qū)，可在林區(qū)重點位置布設(shè)覆蓋范圍全面的傳感器設(shè)備，如煙霧傳感器，溫度傳感器，能迅速感應(yīng)到火情，將報警信號及時傳遞給監(jiān)控中心。

同時要建立應(yīng)急響應(yīng)小組，由應(yīng)急車隊和無人機應(yīng)急小組組成，發(fā)生火災(zāi)后迅速到達現(xiàn)場，指揮拍攝將第一手視頻影像資料實時同步傳輸至應(yīng)急指揮大廳，供指揮和決策。

火災(zāi)撲救后要進行森林過火面積統(tǒng)計、經(jīng)濟損失評估等。以往的森林火災(zāi)的評價及火燒跡地的恢復(fù)監(jiān)測工作，主要是運用實際考察結(jié)合目視解譯分類或者結(jié)合野外飛行數(shù)據(jù)獲取林分結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法，該方法用于小范圍地勢平坦的人工林較為可行，但是對于復(fù)雜地表上的大面積林分中隨機分布的過火區(qū)監(jiān)測較為困難，需投入大量人力物力監(jiān)測，監(jiān)測效率低下很難保證時效性和周期性。隨著我國航天遙感事業(yè)的發(fā)展，新興傳感器不斷涌現(xiàn)，如高分系列衛(wèi)星、資源三號01/02 星等，不僅在時間、空間、光譜分辨率上不斷提升，同時可以通過立體攝影測量技術(shù)獲取數(shù)字表面模型（DSM）和數(shù)字高程模型（DEM）從而獲取垂直結(jié)構(gòu)信息。監(jiān)測能力的提升和不斷豐富的國產(chǎn)遙感數(shù)據(jù)源增強了森林火點識別、火燒跡地面積提取、森林火災(zāi)燃燒 AGB 估算的精度，為森林火燒跡地的科學(xué)評價提供了有效的支持。此外遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)的不斷提升，為準確識別地物信息，定量獲取地物參數(shù)提供了有利的保障。豐富的數(shù)據(jù)源和良好的技術(shù)保證使得監(jiān)測和評價火燒跡地恢復(fù)生長動態(tài)變化進入了一個全新的階段[8]。

二、搭建智慧林業(yè)信息一體化平臺

林業(yè)信息化平臺構(gòu)建的基本思路是建立起“防火、防蟲害、防盜”的監(jiān)管調(diào)度辦公一體化平臺，實現(xiàn)各部門網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、信息資源共享等，最終實現(xiàn)遠程有效監(jiān)管護林、及時高效處理林業(yè)案件、各部門高效協(xié)同的目的。

1.平臺框架

平臺框架的基本構(gòu)成為“一網(wǎng)一庫三平臺”，一網(wǎng)即實時監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，一庫為林業(yè)信息數(shù)據(jù)庫，三平臺分別為實時指揮中心平臺、林業(yè)地理信息平臺、位置服務(wù)與調(diào)度平臺。

2.建設(shè)內(nèi)容

（1）視頻監(jiān)控系統(tǒng)

可通過高清晰度攝像機和大倍率鏡頭實時監(jiān)控林區(qū)圖像，熱成像設(shè)備能夠全天候成像，即使霧天、全黑環(huán)境也能正常成像，能夠定位云臺回傳角度值，與地理信息系統(tǒng)結(jié)合，發(fā)現(xiàn)火情，并立即確定火災(zāi)點位置。

（2）地理信息系統(tǒng)

能夠結(jié)合定位云臺，實現(xiàn)野外現(xiàn)場采集圖像與電子地圖聯(lián)動，對林區(qū)管轄范圍內(nèi)的林種、林向、樹齡、物種進行管理，為撲救森林火災(zāi)提供輔助決策功能。

（3）無線傳輸系統(tǒng)

采用技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定的網(wǎng)橋架設(shè)無線鏈路，數(shù)據(jù)傳輸快速、連貫、可靠，適配式模塊化設(shè)計，最優(yōu)化空中速率，充分保證視頻圖像的質(zhì)量，無線數(shù)字傳輸，可擴展性強。

（4）火情自動識別系統(tǒng)

利用紅外熱成像感溫度成像原理，結(jié)合測溫檢測模塊，可對視角內(nèi)目標進行熱成像，同時做火情分析，發(fā)現(xiàn)火點自動報警，自動識別率高，并保證較低的誤報率、火情虛報率，高效智能。

三、展望

“3S”技術(shù)中，遙感能夠迅速的獲取大范圍的空間信息，衛(wèi)星定位系統(tǒng)能夠準確獲取具體定位信息，地理信息系統(tǒng)能對前兩者的信息迅速作出反應(yīng)，并進行綜合管理。目前，隨著空間、信息、計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，無疑更推進了“3S”一體化、智能化的進程[8]。這種集合了諸多高、精、尖技術(shù)的綜合系統(tǒng)將在智慧林業(yè)中以其獨有的實用性、準確性發(fā)揮著更大的作用，使用“3S”技術(shù)實時動態(tài)監(jiān)測森林資源，為各地方各級政府、林業(yè)、以及相關(guān)部門及時、準確提供動態(tài)監(jiān)測信息，從技術(shù)上保證“智慧林業(yè)”建設(shè)宏偉目標的實現(xiàn)，總結(jié)為一句話就是打造智慧林業(yè)，建設(shè)生態(tài)文明。