遙感技術(shù)在森林覆蓋率中的應(yīng)用探究

黃平良

【摘要】：現(xiàn)階段，我國森林資源的監(jiān)測由傳統(tǒng)單一化轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合化，監(jiān)測內(nèi)容也日益豐富，在森林資源的監(jiān)測中，森林的覆蓋率、蓄積量是主要的監(jiān)測重點(diǎn)，隨著遙感衛(wèi)星的發(fā)展，促使遙感技術(shù)集中了空間電子計(jì)算機(jī)通信，地理學(xué)等學(xué)科的成就，成為一種重要的高新技術(shù)。遙感技術(shù)能夠獲取豐富的地理信息，在林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用具有綜合性能高、成本低等特點(diǎn)。筆者結(jié)合工作實(shí)際對(duì)遙感技術(shù)在森林覆蓋率中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，以期為后續(xù)林業(yè)調(diào)查監(jiān)測提供參考。

【關(guān)鍵詞】：森林覆蓋率；遙感技術(shù)；應(yīng)用情況；發(fā)展趨勢

在陸地生態(tài)系統(tǒng)中森林占有主體地位，總面積超過41公頃，占到陸地總面積的31%[1]。20世紀(jì)后，森林覆蓋率以及森林質(zhì)量開始下降，生環(huán)環(huán)境事件也不斷出現(xiàn)。以往森林資源監(jiān)測中，傳統(tǒng)的原地觀測與受控實(shí)驗(yàn)需要大量的人力和物力，并且速度緩慢，時(shí)間序列可比性差，在偏遠(yuǎn)地區(qū)調(diào)查則面臨更大的困難，存在較大的局限[2]。遙感技術(shù)的應(yīng)用為人們提供了海量的信息并且視野更加廣闊，人們獲取的信息也更加連續(xù)、客觀、重復(fù)和動(dòng)態(tài)，遙感資料分辨率也更高。林業(yè)作為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)，其充分利用資源具有非常大的難度，我們需要采取先進(jìn)的生產(chǎn)方式來進(jìn)行開發(fā)，而利用遙感遙感技術(shù)研究森林資源開始得到重視。

1森林覆蓋率

森林以喬木為主，同時(shí)包括了草本植物灌木以及其它生物。森林占空間大，同時(shí)會(huì)對(duì)周邊的生物群落造成一定的影響。在森林資源的調(diào)查過程中，森林的覆蓋率不僅顯示了所在區(qū)域，或者國家的森林覆蓋程度，同時(shí)還代表了整個(gè)國家的綠化程度。國家林業(yè)的發(fā)展方向和經(jīng)營方向是以國家森林覆蓋率為制定依據(jù)的。同時(shí)，森林覆蓋率也是主導(dǎo)水土保持和森林效益的重要分子，國家計(jì)劃自然資源的重要指標(biāo)[3]。當(dāng)前，國內(nèi)外關(guān)于森林覆蓋率的計(jì)算方法并無統(tǒng)一的定論，尤其是林分的密度，計(jì)算范疇與林帶行數(shù)等爭議最大。通常情況下，都是根據(jù)自己的實(shí)際國情按照以往計(jì)算方法計(jì)算森林覆蓋率的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，森林覆蓋率也受到越來越多的關(guān)注，最主要的三種監(jiān)測方法包括航天調(diào)查、地面調(diào)查以及衛(wèi)星遙感監(jiān)測。其中，地面監(jiān)測的效果最差，并且耗費(fèi)時(shí)間長，人力物力耗費(fèi)多，衛(wèi)星遙感則成本低，監(jiān)測效果好，影像獲取周期短，因此得到越來越廣泛的應(yīng)用。

2森林覆蓋率調(diào)查方法

地面調(diào)查。地面調(diào)查主要采用小班調(diào)查和抽樣調(diào)查組合方式。其中，小班調(diào)查負(fù)責(zé)將面積與蓄積等資源數(shù)據(jù)落實(shí)到小班地塊當(dāng)中。抽樣控制則負(fù)責(zé)控制總體的蓄積精度，為小班調(diào)查的順利進(jìn)行提供基礎(chǔ)和前提。地面調(diào)查方式一方面能夠確保將面積數(shù)據(jù)落實(shí)到小班，另一方面可以確保蓄積精度，讓后續(xù)監(jiān)測工作可操作性更強(qiáng)。

航片調(diào)查。我國于上世紀(jì)50年代開始使用航片調(diào)查，其主要在西北部荒漠地帶和原始森林調(diào)查中使用，而在人工林或次生林覆蓋率調(diào)查中很少使用。航片調(diào)查方式進(jìn)行森林覆蓋率的監(jiān)測由于需要準(zhǔn)確的野外調(diào)查數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備，因此將耗費(fèi)大量的人力與物力。

遙感調(diào)查。我國現(xiàn)已擁有多顆遙感衛(wèi)星，同時(shí)建立了國家遙感中心。為資源環(huán)境的研究以及國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展建設(shè)提供了寶貴的空間數(shù)據(jù)資料，當(dāng)前，衛(wèi)星遙感技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，影像分辨率大幅度提高，光譜分辨率已經(jīng)達(dá)到亞米級(jí)水平，可實(shí)現(xiàn)全天候觀測，并形成了遙感網(wǎng)絡(luò)。

3森林覆蓋率調(diào)查中遙感技術(shù)的應(yīng)用

傳感器是遙感技術(shù)的核心部分。根據(jù)不同的搭載平臺(tái)可分為星載、機(jī)載、氣球與手持四種類型，其中衛(wèi)星傳感器的研究與應(yīng)用最為廣泛[4]。

3.1遙感技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

第一，由于遙感衛(wèi)星能夠圍繞地球進(jìn)行周期性的運(yùn)轉(zhuǎn)，因此可提供地球結(jié)構(gòu)與地球表面的數(shù)據(jù)和圖像，通過衛(wèi)星遙感影像和數(shù)據(jù)能夠直觀的看到被砍伐的樹木和森林。森林大肆被砍伐或破壞，森林面積減少，森林覆蓋率都能夠通過遙感技術(shù)直觀地了解到。

第二，遙感技術(shù)能夠提供云層覆蓋的森林狀況。衛(wèi)星遙感在降水量大、云雨較多的地區(qū)較難獲得精準(zhǔn)的森林覆蓋率，陸地衛(wèi)星遙感也捕捉到比較完整的數(shù)據(jù)影像。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)衛(wèi)星的出現(xiàn)大大提高了衛(wèi)星遙感的空間分布率，同時(shí)可以在晝夜獲取準(zhǔn)確的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，讓森林資源監(jiān)測得到延展。

第三，遙感技術(shù)可提供準(zhǔn)確的森林覆蓋數(shù)據(jù)。衛(wèi)星遙感可在一到兩天的時(shí)間重復(fù)覆蓋同一地區(qū)?？梢娦l(wèi)星遙感監(jiān)測森林覆蓋率時(shí)所需的周期短，并且衛(wèi)星遙感可根據(jù)實(shí)際情況自行調(diào)整周期。當(dāng)前衛(wèi)星遙感的信息化水平大大提高，減少了人力物力，同時(shí)在處理森林火災(zāi)、森林污染，病蟲害防治等方面更加有優(yōu)勢[5]。

3.2森林覆蓋率調(diào)查遙感技術(shù)的具體應(yīng)用

森林覆蓋率的動(dòng)態(tài)變化是森林健康狀況的直接表現(xiàn)，遙感圖像估算森林覆蓋率的方法主要有直接分類法與模型法。直接分類法是利用最大似然分類、支持向量機(jī)分類、決策樹分類等算法方式，將森林與非森林分開，獲得森林覆蓋率。模型法則建立在地面調(diào)查基礎(chǔ)之上，采用與森林覆蓋率相關(guān)性高的波段或者變量建立起多元回歸模型，包括線性回歸模型與非線性回歸模型（如?；貧w樹、輻射傳輸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、Logistic回歸等），模型法的優(yōu)勢在于準(zhǔn)確、客觀、可重復(fù)性[6]。

利用遙感技術(shù)森森林覆蓋率已經(jīng)比較成熟，國內(nèi)外以及區(qū)域尺度上均有成功案例。如，2010年全球森林遙感調(diào)查聚焦在森林相關(guān)土地覆蓋和土地使用變化上，尤其是有關(guān)森林砍伐、森林然然擴(kuò)張以及植樹造林等。巴西通過遙感監(jiān)測顯示，亞馬孫熱帶雨林因伐木遭受到極為嚴(yán)重的破壞，現(xiàn)有的五個(gè)主要木材產(chǎn)區(qū)伐區(qū)面積大大減少，毀林面積最高達(dá)123%。2011年北京地區(qū)森林覆蓋統(tǒng)計(jì)監(jiān)測采用了最佳波段組合與融合處理技術(shù)，通過監(jiān)督分類方法提取了森林覆蓋類型、覆蓋率與位置信息，結(jié)果顯示森林覆蓋率達(dá)到46.97%。樂業(yè)地區(qū)利用遙感技術(shù)監(jiān)測顯示，森林覆蓋率自2009年76.4%上升到2017年77.84%。

3.3森林覆蓋率調(diào)查中遙感技術(shù)的發(fā)展趨勢

盡管衛(wèi)星遙感技術(shù)在信息化的發(fā)展下得到越發(fā)廣泛的應(yīng)用，但因多種原因的影響，遙感技術(shù)在森林覆蓋率計(jì)算中的應(yīng)用也受到諸多的限制，雷達(dá)遙感與傳統(tǒng)的遙感技術(shù)相比，空間分辨率和光譜分辨率上都更有優(yōu)勢，大大的延伸了衛(wèi)星雷達(dá)在森林監(jiān)測中的應(yīng)用深度，“數(shù)字林業(yè)”已成為發(fā)展的大趨勢。

一是發(fā)展應(yīng)用高分辨率遙感。森林覆蓋率的監(jiān)測中，衛(wèi)星遙感采用的是光學(xué)遙感數(shù)據(jù)，這是因?yàn)樗c遙感數(shù)據(jù)相比，輸出的信息量更大，空間以及光譜分辨率也更高，成本更低。當(dāng)然衛(wèi)星遙感也存在一定的不足，其空間分辨率往往低于一般的遙感數(shù)據(jù)。因此林業(yè)遙感技術(shù)要想得到改善與提升首先要解決蓄積量穩(wěn)定性問題，并最大程度地提高覆覆蓋率面積和分類的估測精度。解決光學(xué)遙感數(shù)據(jù)空間分辨率較低的問題[7]。

二是發(fā)展應(yīng)用雷達(dá)遙感。一般情況下，在云層較厚，降雨量較大，條件比較惡劣的地區(qū)獲得的森林遙感數(shù)據(jù)往往準(zhǔn)確率低，隨著合成孔雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用該問題得到了解決，即便是云層非常厚的地區(qū)，也能夠進(jìn)行全天候和全方位的監(jiān)測，提供準(zhǔn)確的區(qū)域信息[8]。因此林業(yè)利用雷達(dá)遙感可以更好的監(jiān)測森林覆蓋率，更好的識(shí)別森林類型、森林砍伐、再生狀況、森林密度、估算振林蓄積量等。

結(jié)束語

隨著遙感技術(shù)的迅猛發(fā)展，將人類帶入了一個(gè)立體化、多層面、多角度、全天候與全方位觀測的新時(shí)代，遙感技術(shù)在森林監(jiān)測中的應(yīng)用提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)也提升了人們對(duì)森林資源的重視。我們還需要積極地吸收國際先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，發(fā)展國際交流與合作，讓遙感技術(shù)更好的服務(wù)于林業(yè)監(jiān)測，推動(dòng)森林資源的可持續(xù)發(fā)展。

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