遙感技術(shù)在湖北省林業(yè)中的應(yīng)用

王曉光 王海芳 黃光體 等

摘要：本文從遙感技術(shù)的特點及發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合湖北省遙感技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，從森林資源調(diào)查監(jiān)測、林業(yè)重點工程、征用占用林地、森林災(zāi)害防治等方面闡述遙感在湖北省林業(yè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：遙感；林業(yè)；湖北省

中圖分類號：X87文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1004-3020（2014）06-0044-03

遙感是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的新興綜合性科學(xué)技術(shù)，它是根據(jù)電磁波理論，運(yùn)用各種傳感器對遠(yuǎn)距離目標(biāo)所輻射和反射的電磁波信息，進(jìn)行收集、處理，并成像，從而對地面各種景物進(jìn)行探測和識別的一種綜合技術(shù)，具有宏觀視野、動態(tài)監(jiān)測、信息獲取方便、圖像直觀及立體覆蓋能力等特點。另外，衛(wèi)星遙感對地物同景幅圖像成像時間上基本一致，便于人們在森林資源調(diào)查中，能認(rèn)識同一時刻各地類植被的分布規(guī)律。90年代以來，遙感技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，主要表現(xiàn)在：商業(yè)衛(wèi)星影像的空間分辨率有了空前提高，高光譜遙感迅速興起，機(jī)載、星載SAR日益普及，逐漸形成了高、中、低軌道結(jié)合，大、小、微型衛(wèi)星協(xié)同，粗、精、細(xì)分辨率互補(bǔ)，全天候、全天時的遙感網(wǎng)絡(luò)[1]。這也為遙感在林業(yè)中的應(yīng)用提供了前所未有的機(jī)遇。國產(chǎn)衛(wèi)星的飛速發(fā)展，為湖北省遙感技術(shù)普及提供了可能。

林業(yè)部門的主要工作對象是森林資源，而森林資源不僅分布廣泛，而且還處在實時變化中。森林資源的現(xiàn)代化管理，要求隨時掌握森林資源的現(xiàn)狀和動態(tài)，遙感作為一種新興的先進(jìn)技術(shù)，在林業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用，并取得了一系列成果。

1在森林資源調(diào)查監(jiān)測中的應(yīng)用

我國的森林資源調(diào)查監(jiān)測工作始于20世紀(jì)50年代初。到70年代末，已初步建成集森林資源現(xiàn)狀與消長變化的國家森林資源連續(xù)清查體系；從1998年開始，遙感、全球定位、地理信息系統(tǒng)（3S）等新技術(shù)已逐步得到推廣應(yīng)用；到目前為止，森林資源連續(xù)清查體系的監(jiān)測范圍已經(jīng)覆蓋全國，整個監(jiān)測體系也日趨完善。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，我國森林資源清查體系不僅清查方法和技術(shù)手段與國際接軌，而且組織管理和系統(tǒng)運(yùn)行也規(guī)范高效，居于世界先進(jìn)行列。同時該體系又被賦予更多的使命，成為我國宏觀決策和科學(xué)研究最可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一。

遙感在林業(yè)調(diào)查監(jiān)測中的主要優(yōu)勢表現(xiàn)在：一方面提高了抽樣精度，減輕了野外工作量；另一方面，通過專業(yè)的數(shù)字地學(xué)模型估算蓄積，預(yù)測可靠性高，成本降低；再者遙感影像可以提供比傳統(tǒng)林業(yè)制圖更豐富的地物信息，數(shù)據(jù)來源更真實可靠。在一類調(diào)查中，遙感監(jiān)測與樣地地面調(diào)查技術(shù)相結(jié)合，通過統(tǒng)計方法估算出森林資源數(shù)據(jù)[2]，并通過區(qū)劃形成森林資源分布圖。在二類調(diào)查業(yè)務(wù)中，遙感主要用在林相圖區(qū)劃上，此外，遙感技術(shù)還可以應(yīng)用于森林生物量遙感估算[3]。

本世紀(jì)初，湖北省開始大規(guī)模應(yīng)用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行森林資源調(diào)查，尤其是在2009年湖北省森林資源二類調(diào)查中，首次使用高分辨率衛(wèi)星影像，采用遙感技術(shù)與地面調(diào)查相結(jié)合的方法，完成全省變化小班提取，并有針對性的進(jìn)行實地核查，整理入庫。遙感技術(shù)成功應(yīng)用于全省森林資源“二類”調(diào)查，改變了傳統(tǒng)的森林資源調(diào)查方法，降低了外業(yè)工作強(qiáng)度，提高了工作效率，保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量，充分證明其在森林資源調(diào)查應(yīng)用中的可行性。

湖北省在森林資源“二類”調(diào)查的基礎(chǔ)上集全省300多萬小班、高分辨衛(wèi)星影像、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)等研發(fā)了湖北省森林資源信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的建立有效地解決了長期以來全國森林資源監(jiān)管普遍存在的資源數(shù)據(jù)不清，信息采集與處理手段落后、耗時多、成本高、精度差、周期長；數(shù)據(jù)處理能力弱，信息利用效率低，交流速度慢，共享性差等突出問題。徹底改變了湖北省森林資源監(jiān)測與管理傳統(tǒng)模式和方法，實現(xiàn)了全省森林資源一張圖、一套數(shù)、監(jiān)測管理一盤棋。2012年林地和蓄積量更新中，國產(chǎn)高分辨率遙感數(shù)據(jù)開始發(fā)揮作用，國產(chǎn)數(shù)據(jù)的優(yōu)勢在于降低了數(shù)據(jù)成本，縮短了數(shù)據(jù)獲取周期，提高了判讀和估算精度。高分辨率遙感數(shù)據(jù)的普及和使用為實現(xiàn)湖北省省廳和地方森林資源監(jiān)測一體化，實現(xiàn)湖北省森林資源動態(tài)監(jiān)測的數(shù)字化、現(xiàn)代化、標(biāo)準(zhǔn)化、精準(zhǔn)化，為推進(jìn)湖北省生態(tài)文明建設(shè)，為推進(jìn)“綠滿荊楚”行動做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

湖北林業(yè)科技第43卷第6期王曉光 等：遙感技術(shù)在湖北省林業(yè)中的應(yīng)用2在林業(yè)重點工程中的應(yīng)用

湖北地處華中，生態(tài)地位及其重要，國家在湖北省布局有“五大林業(yè)重點工程”，是國家林業(yè)重點工程分布最多的省份之一。林業(yè)工程項目逐年增多，為加強(qiáng)對項目的監(jiān)管，對重大工程項目實施情況的監(jiān)測也越來越迫切。遙感在林業(yè)重點工程中的應(yīng)用主要集中在工程區(qū)域規(guī)劃、面積核查、復(fù)查、林種監(jiān)測、林木生情況多年連續(xù)監(jiān)測、項目實施后生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會效益評價等方面[4-5]。

就湖北省來講，退耕還林和長防林監(jiān)測、核查、驗收，林地更新調(diào)查，石漠化、沙化調(diào)查等都離不開遙感數(shù)據(jù)的支持。通常是根據(jù)多時相的遙感數(shù)據(jù)來判斷項目的實施情況，根據(jù)遙感影像所表現(xiàn)出來的特征來判斷地類、位置、估測林木的長勢，進(jìn)而有針對性的進(jìn)行現(xiàn)場核實。2009年林成軍等[6]運(yùn)用資源二號全色數(shù)據(jù)和ALOS多光譜數(shù)據(jù)，以紅安實施的長防林工程為例，探討了遙感在長防林工程監(jiān)測中的應(yīng)用，研究表明現(xiàn)有高分辨率遙感影像可以直接為工程項目提供支持，提高了精度、縮短了監(jiān)測周期，減少了外業(yè)工作量，節(jié)省了人力物力；高分辨率影像可以為資源監(jiān)測提供基礎(chǔ)，通過人機(jī)交互式處理后可直接出成果、成圖，如今已在資源監(jiān)測中廣泛應(yīng)用。在重點工程項目監(jiān)測、監(jiān)理中推廣應(yīng)用遙感技術(shù)，可提高監(jiān)測的時效性，實現(xiàn)“實時出數(shù)”、“年年出數(shù)”，為政績考核提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。

3在征用占用林地檢查中的應(yīng)用

林地是森林資源的重要載體，是林業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)性要素。為保護(hù)和發(fā)展林地資源，全面掌握各地保護(hù)、管理和審核、審批林地以及恢復(fù)森林植被的情況，查出違法審核審批林地、違法占用林地和擅自改變林地用途的行為，推動林地保護(hù)和管理工作全面納入法治軌道，促進(jìn)林地管理水平的提高，為林地宏觀管理提供抉擇依據(jù)，為此，從1994年開始，國家林業(yè)局在全國范圍內(nèi)開展了占用征用林地檢查工作[7]。另外，征占用林地現(xiàn)狀調(diào)查也是編制建設(shè)項目占用林地可行性報告的基礎(chǔ)性工作。其調(diào)查質(zhì)量直接影響可行性報告數(shù)據(jù)的正確性，可信度，也涉及各方面的利益，尤其是林地、林木所有者的利益。征占用林地現(xiàn)狀調(diào)查不同于其他林地調(diào)查，有其特殊性，調(diào)查內(nèi)容側(cè)重于林地面積、地類、林種及權(quán)屬，因此調(diào)查方法必須科學(xué)得當(dāng)，調(diào)查者必須掌握正確且先進(jìn)的調(diào)查方法，才可能提供符合實際的、可信的、正確的數(shù)據(jù)。

響應(yīng)國家號召，強(qiáng)化林地管理，湖北省加大了征占用林地檢查力度，遙感在其中發(fā)揮了重要的作用，其主要技術(shù)路線，首先是通過同一區(qū)域前后兩期遙感正射影像與二類調(diào)查數(shù)據(jù)疊加，根據(jù)遙感影像數(shù)據(jù)特征變化，判讀出林地資源變化小班。然后根據(jù)當(dāng)?shù)亓謽I(yè)部門提供的依法占地小班設(shè)計資料對提取出來的變化小班進(jìn)行篩查，勾繪依法占地圖斑和非法占地圖斑。最后現(xiàn)地驗證，對于存在疑問或爭議的，要進(jìn)行現(xiàn)場對照，確定林地性質(zhì)，面積等。湖北省在連續(xù)幾年的林地征占用核查都使用了遙感影像，尤其是近幾年高分辨影像優(yōu)勢突出，一方面在提高了數(shù)據(jù)的全面性，在一定程度上避免了原有抽樣方法中未抽取鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)生違法而未發(fā)現(xiàn)的情況。另一方面室內(nèi)判圖既準(zhǔn)確的控制了占地范圍，又掌握了主要工作量，縮短了調(diào)查周期，減少了外業(yè)工作量，節(jié)省了人力物力；再者，提高了現(xiàn)地調(diào)查的針對性，減少了傳統(tǒng)方法中的盲目性，為現(xiàn)地驗證提供可靠的依據(jù)，調(diào)查成果真實可靠。

4在森林災(zāi)害防治中的應(yīng)用

4.1在森林病蟲害中的應(yīng)用

運(yùn)用先進(jìn)而實用的遙感技術(shù)可以迅速、全面、客觀的反應(yīng)森林病蟲害的發(fā)展動態(tài)，進(jìn)而及時、有針對性地的采取防治措施，這將極大地提高森林病蟲害監(jiān)測、預(yù)測預(yù)報和防治決策水平。因而，遙感在森林保護(hù)上有著深遠(yuǎn)的應(yīng)用潛力。

國外自上個世紀(jì)30年代就揭開了森林病蟲害遙感監(jiān)測的序幕，我國在這方面的研究起步較晚，但已取得了可喜的成績。目前遙感技術(shù)一般是通過三種途徑開展病蟲害監(jiān)測：①運(yùn)用雷達(dá)進(jìn)行害蟲行為（遷飛、遷移等）的監(jiān)測；②運(yùn)用航空遙感進(jìn)行病蟲害癥狀監(jiān)測；③運(yùn)用航天遙感對害蟲生存環(huán)境的監(jiān)測。其中第二種途徑應(yīng)用比較廣泛，其原理就是森林受病蟲害侵襲前后，其光譜特性會發(fā)生明顯變化。根據(jù)光譜反射率差異和結(jié)構(gòu)異常在遙感數(shù)字圖像上的記錄，通過遙感數(shù)據(jù)處理和遙感地學(xué)分析，可以分析出病蟲害的發(fā)源地、災(zāi)情分布和發(fā)展?fàn)顩r。目前，已有學(xué)者以湖北省咸寧市為例[8]，對林業(yè)有害生物監(jiān)測體系進(jìn)行了可行性研究，初步建立了咸寧市林業(yè)有害生物動態(tài)檢測體系。

4.2在森林火災(zāi)中的應(yīng)用

森林防火是國家林業(yè)部門提出的加快林業(yè)建設(shè)步伐的重要組成部分，開展森林火災(zāi)監(jiān)測，對保護(hù)森林資源，促進(jìn)生態(tài)建設(shè)和林業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。近年來，遙感技術(shù)的一系列方法手段被廣泛的應(yīng)用于森林防火研究領(lǐng)域中，并貫穿于森林防火工作的每一個階段[9]。在預(yù)防階段，綜合一定時期內(nèi)的氣象要素、地形、可燃物的干濕程度、可燃物類型特點和貨源等、對森林可燃物燃燒危險性進(jìn)行分析預(yù)測。在林火監(jiān)測中，對可能發(fā)生的林火信息實施及時獲取、傳遞、分析和應(yīng)用的過程，其直接作用就是指導(dǎo)人們對林火實施撲救。森林火災(zāi)發(fā)生以后，有關(guān)單位和部門應(yīng)該及時組織人力對起火時間、地點、原因、受害面積和蓄積、撲救情況、物資耗損、投入的人力、人員傷亡情況進(jìn)行評估，為災(zāi)后跡地清理、植被恢復(fù)、火災(zāi)事故認(rèn)定以及宏觀決策部門提供更多的科學(xué)依據(jù)。

利用遙感技術(shù)監(jiān)測森林火災(zāi)，在國外始于20世紀(jì)60年代初，當(dāng)時采用的是航空紅外探測技術(shù)，80年代隨著衛(wèi)星遙感應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)，利用氣象衛(wèi)星監(jiān)測森林火災(zāi)在國內(nèi)外受到愈來愈廣泛的重視。湖北省早在90年代初就開始利用NOAA/AVHRR資料及遙感探測技術(shù)對全省范圍的森林火災(zāi)進(jìn)行監(jiān)測服務(wù)[10]。如今，湖北省已建成了全省森林防火地理信息專題數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)分市防火指揮中心、縣防火指揮中心、瞭望臺、護(hù)林點等7個防火專題圖層，并與全省森林資源一張圖無縫整合，并行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。

5小結(jié)與展望

雷達(dá)、航空和航天遙感將各自發(fā)揮其獨特的優(yōu)勢，綜合應(yīng)用于林業(yè)管理之中。隨著新型傳感器的研制，空間分辨率和光譜分辨率的不斷提高，拓寬了林業(yè)遙感應(yīng)用的深度和廣度，給森林資源清查和監(jiān)測工作帶來新的契機(jī)。遙感數(shù)據(jù)價格的逐步下降，使得遙感技術(shù)在林業(yè)中的實用性和普遍性將不斷加強(qiáng)。尤其是在當(dāng)前國家高度重視生態(tài)環(huán)境建設(shè)的大背景下，隨著遙感在林業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的廣泛開展，衛(wèi)星數(shù)據(jù)將發(fā)揮越來越大的作用，應(yīng)用前景廣闊。但值得說明的是，遙感并非一門獨立的技術(shù)，不能完全取代常規(guī)的林業(yè)野外調(diào)查工作，在使用過程中要結(jié)合基礎(chǔ)資料、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、運(yùn)用合理的數(shù)據(jù)分析模型，才能充分顯示它的優(yōu)越性，從而使現(xiàn)有林業(yè)調(diào)查技術(shù)發(fā)生巨大飛躍。

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（責(zé)任編輯：鄭京津）