衛(wèi)星林業(yè)應用與發(fā)展分析

● 文 | 中國空間技術研究院 柯 倫

一、衛(wèi)星數(shù)據(jù)在林業(yè)上的應用現(xiàn)狀和成效

1．遙感衛(wèi)星應用

衛(wèi)星遙感技術可以實現(xiàn)利用星上傳感器對目標地區(qū)進行大面積、多頻次地觀測地表信息，遙感數(shù)據(jù)已廣泛應用在林業(yè)、農(nóng)業(yè)、水利、氣象、資源環(huán)境等領域。自1972 年陸地衛(wèi)星1（Landsat-1）成功發(fā)射以來，以美國為首的許多航天大國陸續(xù)發(fā)射了多顆遙感衛(wèi)星，遙感數(shù)據(jù)的空間分辨率從公里級覆蓋到亞米級，至今已積累了海量遙感數(shù)據(jù)，為相關領域應用提供了豐富的數(shù)據(jù)源。

森林為人類的生存和發(fā)展提供了寶貴物質(zhì)資源，同時在維持生態(tài)平衡、保護稀缺資源方面具有不可替代的作用。目前利用衛(wèi)星遙感技術進行林業(yè)普查和監(jiān)測已取得較大進展，遙感數(shù)據(jù)在林業(yè)方面的應用具有廣闊前景。

（1）林業(yè)防火應用

現(xiàn)階段由地面巡護、高塔瞭望、飛機巡查和衛(wèi)星監(jiān)測組成的立體林火監(jiān)測體系已成為森林火災預防和撲救工作的重要方法。隨著高新科學技術的飛躍發(fā)展，衛(wèi)星林火監(jiān)測手段已在我國森林防火工作中得到廣泛推廣，并占據(jù)了重要的位置，為各地區(qū)森林火災的預防和撲救工作做出了特殊貢獻。

典型應用案例：黑龍江省北部大小興安嶺、長白山一帶豐富的林業(yè)資源是我國的重要自然資源。多年來，由于氣象條件多變和人類活動影響，森林火災時常發(fā)生，著名的1987年5月6日大火、2003年黑河大火、2005年呼瑪大火都使寶貴的林業(yè)資源付之一炬。通過黑龍江省遙感衛(wèi)星接收處理系統(tǒng)，黑龍江省在其北部廣大林區(qū)部署了森林火情衛(wèi)星監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對林火的動態(tài)監(jiān)測、預測和災后評估工作，衛(wèi)星遙感技術在黑龍江省森林防火方面的監(jiān)測應用情況使其森林防火工作的成效有了明顯好轉(zhuǎn)。

（2）林業(yè)資源調(diào)查應用

林業(yè)資源是我國寶貴的自然資源之一，對于社會經(jīng)濟的發(fā)展以及人們生活的穩(wěn)定發(fā)揮著重要作用。當前，傳統(tǒng)的方式對林業(yè)資源的管理水平還偏低，而隨著衛(wèi)星遙感技術的發(fā)展，衛(wèi)星為現(xiàn)代化林業(yè)資源調(diào)查與管理提供了一種新型高效的技術手段，強化了林業(yè)資源監(jiān)管保護與管理力度。

典型應用案例：新疆各地區(qū)在進行林業(yè)調(diào)查設計時都會采用衛(wèi)星遙感影像技術。新疆維吾爾自治區(qū)阜康市利用遙感衛(wèi)星對森林資源進行清查，阜康市林業(yè)局管理人員根據(jù)利用衛(wèi)星遙感技術獲取到的兩期變化區(qū)域生成的變化圖像，對實際情況進行分析解讀，進而判斷出林業(yè)資源是否發(fā)生違法占用或受到其他危害，便于林業(yè)管理人員及時發(fā)現(xiàn)違法占用林業(yè)資源情況，并迅速出動人力進行實地勘察，對違法行為及時阻止，對違法人員進行處理，進而及時保護林業(yè)資源。

（3）林業(yè)病蟲害監(jiān)測的應用

植被被病蟲侵擾時，衛(wèi)星遙感影像中的特定光譜曲線會發(fā)生改變，通過遙感技術，分析災害的種類、程度以及布局情況等，對于控制病蟲害有著極大的好處。我國科研人員全面開展了森林病蟲災害遙感監(jiān)測及預警技術的研究，不斷完善林業(yè)病蟲害監(jiān)測系統(tǒng)，并基于林業(yè)業(yè)務主管部門決策需求，提出了森林病蟲災害的遙感地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)技術集成應用模式。

典型應用案例：通過法國對地觀測系統(tǒng)（SPOT）衛(wèi)星對松樹林松線蟲已暴發(fā)區(qū)域的多光譜影像分析處理，大連市林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院判讀松樹發(fā)病區(qū)域內(nèi)不同發(fā)病時段松樹的反射光譜，得出松樹林的整體病蟲害受災情況，并預判和提取了大連整個區(qū)域內(nèi)相應像素點的坐標，通過GPS定位技術對預判的各個像素區(qū)域進行實地調(diào)查，最終確定是否為發(fā)病區(qū)域以及發(fā)病區(qū)域的范圍和面積。

（4）森林保險理賠中的應用

政策性森林保險涵蓋的主要對象為森林災害，按發(fā)生原因可歸納為自然災害與社會風險災害。自然災害一般是指由于自然力不規(guī)則作用引起的各種災害，社會風險災害是指由于社會或者個別個體的行為，對森林生產(chǎn)和經(jīng)營造成各種損失的可能性，這種行為一般包括過失不當以及故意等。利用遙感衛(wèi)星機動快速、覆蓋范圍大等特點，可以迅速地對各種災情做出客觀評估，因而衛(wèi)星遙感技術在森林災害監(jiān)測和保險理賠中占據(jù)著重要地位。

典型應用案例：2015年，受中國人民財產(chǎn)保險股份有限公司內(nèi)蒙古自治區(qū)分公司委托，有關遙感機構承擔了內(nèi)蒙古自治區(qū)東部主要林區(qū)森林火災與森林病蟲害多源遙感監(jiān)測與損失評估工作。2015年夏季，內(nèi)蒙古大興安嶺地區(qū)松針毒蛾危害較為嚴重，基于松針毒蛾的危害特點，利用2014年7月及2015年7月的Landsat多光譜影像，分別對應災前與災后數(shù)據(jù)，進而通過失葉量（%）等指標的分析判讀情況來評估病蟲害損失，為2015年森林病蟲害的快速理賠提供數(shù)據(jù)支持。

（5）林業(yè)信息化綜合應用

衛(wèi)星遙感技術結(jié)合地面大數(shù)據(jù)信息化網(wǎng)絡，形成天地一體化的應用服務格局，開拓信息技術在林業(yè)領域的應用。大力發(fā)展“智慧林業(yè)”既是林業(yè)現(xiàn)代化建設的重要組成部分，也是林業(yè)從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代的必由之路和必然選擇。

典型應用案例：吉林省森林類型和地形地貌呈多樣化特征，依靠傳統(tǒng)手段對森林資源進行保護和管理的難度大、效果不明顯，利用先進的衛(wèi)星動態(tài)遙感技術，能夠使林業(yè)管理水平大幅度躍升，對森林資源實施有效、精準的保護、管理及合理開發(fā)利用。隨著我國首顆林業(yè)衛(wèi)星“吉林林業(yè)一號”衛(wèi)星及后續(xù)林業(yè)衛(wèi)星的發(fā)射和應用，衛(wèi)星遙感技術將全面提高林業(yè)遙感信息化水平。林業(yè)衛(wèi)星星座由 5顆衛(wèi)星構成，主要使命是提供高時間分辨率、高光譜分辨率的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)有的“吉林一號”衛(wèi)星星座中的高分辨率衛(wèi)星，更加全面地覆蓋目標監(jiān)測林區(qū)。到 2018 年，全部林業(yè)衛(wèi)星將完成發(fā)射組網(wǎng)，主要用于獲取目標區(qū)域高清彩色視頻影像，為森林資源普查、森林火災監(jiān)測、樹種分類調(diào)查、野生動物保護、沙漠化防治、濕地監(jiān)測、病蟲害監(jiān)測、環(huán)境保護等領域提供信息支持服務。

2.導航衛(wèi)星應用

目前利用衛(wèi)星導航定位技術發(fā)展林業(yè)已經(jīng)成為了新的趨勢，將多模衛(wèi)星導航定位技術引入到林業(yè)應用中，為精準林業(yè)技術體系的發(fā)展及應用提供了新的技術支持，實現(xiàn)了林業(yè)管理的數(shù)字化發(fā)展，同時為森林資源監(jiān)測管理、森林病蟲害防治、森林防火等諸多領域提供了要求越來越高的定位技術與位置服務。

典型應用案例：2015年前，湖北省衛(wèi)星導航主要采用美國的全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)GPS，進行湖北森林資源連續(xù)清查（一類清查）、森林資源規(guī)劃設計調(diào)查（二類調(diào)查）以及造林作業(yè)調(diào)查設計與伐區(qū)調(diào)查規(guī)劃設計（三類調(diào)查）等，具體體現(xiàn)在森林資源監(jiān)測、森林防火、野生動植物保護等三個方面。

2016年，國家發(fā)展和改革委員會、交通運輸部、住房和城鄉(xiāng)建設部、國土資源部、工業(yè)和信息化部等國家部委相繼出臺北斗系統(tǒng)應用與產(chǎn)業(yè)化政策，以國家力量助推北斗系統(tǒng)發(fā)展的同時，也為北斗系統(tǒng)更好地應用到各行各業(yè)提供了政策指導與保障。同年，北京、黑龍江、河南、湖北、湖南、安徽、福建等省市出臺了各種北斗應用與產(chǎn)業(yè)化政策。各地相關政策更加貼合當?shù)氐膶嶋H需求，對于北斗產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃更加細致。北斗系統(tǒng)被視為各地經(jīng)濟發(fā)展的重要動力，將服務各地的工業(yè)生產(chǎn)與人民生活。

2016 年下半年，北斗林業(yè)應用成效顯著。各大林業(yè)局、國有林場、國家濕地公園，紛紛下發(fā)北斗林業(yè)巡護終端，裝備護林員。有了北斗林業(yè)終端，森林防火、資源監(jiān)管、病蟲害防治等情況通過北斗終端進行實時采集和上報，可以對林地情況進行科學有效管控，實現(xiàn)了“數(shù)字林場”。此外，如果林地出現(xiàn)災害，北斗林業(yè)終端也可以第一時間上報災情信息，為迅速組織力量控制災情提供技術服務。例如，湖北省太子山國有林場裝備70臺北斗巡護終端，拉開了湖北省應用北斗林業(yè)終端的序幕。湖北省的北斗林業(yè)應用為各省市林業(yè)資源保護與防災減災提供了全新的思路。浙江、廣西等省也在逐步應用北斗林業(yè)終端。北斗，化身森林衛(wèi)士，為國家的林業(yè)資源保護與防災減災貢獻著北斗智慧。

3．通信衛(wèi)星應用

衛(wèi)星通信以其覆蓋范圍廣、組網(wǎng)靈活、不受地理環(huán)境限制等優(yōu)勢，在野外勘探、邊境巡邏、抗震救災等活動中發(fā)揮了巨大作用。移動通信衛(wèi)星就是可以為移動和便攜式終端提供通信的衛(wèi)星。它的優(yōu)勢體現(xiàn)在可以在任何時間為任何地點的車輛、飛機、船舶和個人等移動用戶提供語音、數(shù)據(jù)等通信服務，并可以實現(xiàn)用戶終端的小型化、手機化。相對于地面移動通信系統(tǒng)會受地面基站覆蓋區(qū)域的限制，移動通信衛(wèi)星系統(tǒng)可以在邊遠山區(qū)、沙漠戈壁、森林、邊境等地區(qū)實現(xiàn)通信的全覆蓋。因此在一些地面移動通信無法覆蓋的林區(qū)可以利用其來保持通信暢通，保證通信質(zhì)量。

典型應用案例：天通一號衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)作為通信衛(wèi)星應用的代表應用在林區(qū)，解決了在森林深處通信不暢、無法互聯(lián)互通的問題，可基本滿足護林員通信以及應急救援隊伍快速機動的通信需求。目前黑龍江、甘肅等地林區(qū)都擬配套該型號衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為護林員的巡護裝備，這將大大提升林區(qū)作業(yè)人員的實時通信能力，更好地為林業(yè)信息化建設提供技術保障。

二、林業(yè)行業(yè)內(nèi)衛(wèi)星應用的發(fā)展和建議

經(jīng)過“十三五”的發(fā)展，力爭到2020年使中國衛(wèi)星應用產(chǎn)業(yè)發(fā)展達到新的水平，預計2020年產(chǎn)值將達到5000億元。林業(yè)緊跟發(fā)展大趨勢，利用衛(wèi)星不斷完善原有森林監(jiān)管、防護體系，不斷向“智慧林業(yè)”邁進。

1．衛(wèi)星遙感走向商業(yè)化

統(tǒng)籌建設遙感衛(wèi)星接收站網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、共享網(wǎng)絡平臺和共性應用支撐平臺，形成衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)全球接收與全球服務能力。目前，高分一號、二號、三號、四號、五號、六號衛(wèi)星已經(jīng)成功部署并展開應用，將加強數(shù)據(jù)區(qū)域應用推廣，加大成果轉(zhuǎn)化、技術扶持等工作力度，鼓勵和支持包括民營企業(yè)在內(nèi)的實體開展商業(yè)化增值服務。各地都在加緊部署，為實現(xiàn)精準林業(yè)而不斷探索努力。

2．北斗產(chǎn)品對國內(nèi)市場貢獻率不斷提升

到2020年，將建成由35顆衛(wèi)星組成的北斗全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，具有優(yōu)于10m定位精度、20ns授時精度的服務能力；北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)及其兼容產(chǎn)品在林業(yè)領域得到廣泛運用，對國內(nèi)衛(wèi)星導航應用市場的貢獻率達到60%，重要應用領域達到80%以上，在全球市場具有較強的國際競爭力。

3．衛(wèi)星通信服務“寬帶中國”和全球化戰(zhàn)略

“十三五”期間，衛(wèi)星通信廣播系統(tǒng)將重點發(fā)展固定通信廣播、移動通信廣播和數(shù)據(jù)中繼三個衛(wèi)星系列，逐步覆蓋全球主要地區(qū)，并與地面通信網(wǎng)絡融合。建設天基骨干傳輸網(wǎng)、天基移動寬帶接入網(wǎng)和地面節(jié)點網(wǎng)，開發(fā)商用應用終端，形成網(wǎng)絡互連、全球覆蓋、寬帶服務和移動保障的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，與地面寬帶網(wǎng)絡、第五代移動通信系統(tǒng)等互聯(lián)融合，形成我國自主的空天地一體化網(wǎng)絡。林業(yè)盲區(qū)也將逐漸消失，實現(xiàn)林區(qū)全通信，方便林業(yè)治理。

三、結(jié)束語

傳統(tǒng)的林業(yè)生產(chǎn)方式已經(jīng)不適應現(xiàn)代社會的發(fā)展，迫切需要采用先進的技術手段。而天基資源因其宏觀性、綜合性、可重復性等特點，自然成為后續(xù)林業(yè)發(fā)展的重點方向。遙感、地理信息系統(tǒng)、定位系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)相結(jié)合，已經(jīng)應用于林業(yè)的諸多領域，顯示出了強大的生命力。下一步，要進一步梳理、牽引用戶需求，進一步挖掘衛(wèi)星應用能力，不斷拓展衛(wèi)星在林業(yè)中的應用，為我國林業(yè)的發(fā)展提供更好的服務。