3S技術(shù)在林業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

羅曉輝

[摘 要]隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，遙感技術(shù)、全球定位技術(shù)以及地理信息技術(shù)的成熟運(yùn)用在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展中起到了更大的作用。本文介紹了林業(yè)領(lǐng)域、遙感的概念、全球定位系統(tǒng)的概念、地理信息系統(tǒng)的概念以及3S系統(tǒng)中的遙感（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）三個(gè)系統(tǒng)在林業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]遙感;全球定位系統(tǒng);地理信息系統(tǒng);林業(yè)領(lǐng)域

[中圖分類號(hào)]S712 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

地理信息系統(tǒng)、遙感和全球定位系統(tǒng)通常被稱為3S系統(tǒng)。通常來說，森林的面積及范圍較大，人工收集信息難度普遍升高，而3S系統(tǒng)可以建立林業(yè)領(lǐng)域資源信息的管理系統(tǒng)，進(jìn)而快速搜索、分析以及提供森林信息的存儲(chǔ)。3S系統(tǒng)可用于各種林業(yè)經(jīng)營計(jì)劃的比較和評(píng)價(jià)當(dāng)中，從而實(shí)現(xiàn)森林資源的科學(xué)管理。

1 林業(yè)領(lǐng)域

森林在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)過程中是不可替代的資源，因此建立良好的森林資源管理模式十分重要?，F(xiàn)代林業(yè)通常存在一個(gè)廣泛的問題，即所謂的用途管理問題，森林的用途包括提供木材、燃料木材、野生動(dòng)物棲息地、自然水質(zhì)管理、娛樂、景觀和社會(huì)保護(hù)、就業(yè)、美學(xué)景觀、生物多樣性管理、流域管理等，且森林包含抵御侵蝕和基于大氣二氧化碳的匯集等作用。林業(yè)從業(yè)者被稱為林業(yè)員或被稱為綠化者或造林主義者。森林栽培方面比林業(yè)栽培少，森林栽培只涉及森林植物，但通常與林業(yè)栽培同義。森林生態(tài)系統(tǒng)已被視為生物圈最重要的組成部分，林業(yè)已成為一項(xiàng)重要的應(yīng)用科學(xué)、工藝和技術(shù)。

2 對(duì)3S系統(tǒng)進(jìn)行概況

3S系統(tǒng)通常由地理信息系統(tǒng)、遙感和全球定位系統(tǒng)組成。

2.1 遙感系統(tǒng)（RS）

2.1.1 遙感系統(tǒng)的定義

遙感是不需要與物體進(jìn)行物理接觸即可獲取物體或現(xiàn)象的信息技術(shù)。遙感被應(yīng)用于許多領(lǐng)域，包括地理、土地測(cè)量和大多數(shù)地球科學(xué)學(xué)科（例如水文、氣象、海洋學(xué)、冰川學(xué)、地質(zhì)學(xué)）;它也應(yīng)用于軍事、情報(bào)、商業(yè)、經(jīng)濟(jì)、規(guī)劃和人道主義。

在目前的使用中，遙感即通常使用衛(wèi)星或飛機(jī)傳感器技術(shù)基于傳播信號(hào)和電磁輻射來對(duì)地球上的物體進(jìn)行檢測(cè)、分類，其中包括地球表面、大氣和海洋。

2.1.2 遙感的數(shù)據(jù)特征

遙感數(shù)據(jù)特征包括空間分辨率、光譜分辨率、輻射分辨率和時(shí)間分辨率。

?——空間分辨率表示圖像中記錄的像素的大小。

——光譜分辨率記錄不同頻帶的波長。

——輻射分辨率能夠分辨出不同輻射強(qiáng)度的數(shù)值。

——時(shí)間分辨率記載衛(wèi)星或飛機(jī)飛越立交橋的頻率，只與時(shí)間序列研究或需要平均圖像或鑲嵌圖像的研究（如砍伐森林監(jiān)測(cè)）相關(guān)。

2.2 全球定位系統(tǒng)（GPS）

全球定位系統(tǒng)是由已知位置的GPS專用衛(wèi)星組成的。每一顆GPS衛(wèi)星都會(huì)不斷地發(fā)送一個(gè)無線電信號(hào)，其中包括當(dāng)前的時(shí)間和關(guān)于其位置的數(shù)據(jù)。因?yàn)闊o線電波的速度是恒定的，與衛(wèi)星的速度無關(guān)，衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)和接收機(jī)接收信號(hào)之間的時(shí)間差與衛(wèi)星到接收機(jī)的距離成正比。GPS接收機(jī)監(jiān)視多顆衛(wèi)星，并通過求解方程來確定接收機(jī)的精確位置及其與真實(shí)時(shí)間的偏差。至少要有四顆衛(wèi)星在接收器的視野內(nèi)才能計(jì)算出四個(gè)未知數(shù)（三個(gè)位置坐標(biāo)和時(shí)鐘與衛(wèi)星時(shí)間的偏差）。

2.3 地理信息系統(tǒng)（GIS）

地理信息系統(tǒng)是一個(gè)旨在捕獲、存儲(chǔ)、操作、分析、管理和呈現(xiàn)空間或地理數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。GIS應(yīng)用程序是允許用戶創(chuàng)建交互式查詢（用戶創(chuàng)建的搜索）、分析空間信息、編輯地圖中的數(shù)據(jù)并給出所有這些操作的結(jié)果的工具。地理信息系統(tǒng)可以利用位置作為關(guān)鍵指標(biāo)變量來關(guān)聯(lián)不相關(guān)的信息，地球空間時(shí)間中的位置或范圍可以記錄為發(fā)生的日期或時(shí)間，以及分別表示經(jīng)度、緯度和高程的x、y和z坐標(biāo)。所有基于地球的時(shí)空位置和范圍的引用都應(yīng)該相互關(guān)聯(lián)，并最終與真實(shí)的物理位置或范圍相關(guān)聯(lián)。地理信息系統(tǒng)的這一關(guān)鍵特征，為科學(xué)探究開辟了新的途徑。

3 論3S技術(shù)在林業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.1 遙感在林業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

遙感在林業(yè)資源管理中的基本功能是獲取陸地信息。通過人工或計(jì)算機(jī)識(shí)別，從遙感技術(shù)獲取的航空攝影、衛(wèi)星攝影和多光譜電子掃描攝影中提取各種環(huán)境信息，并利用這些信息建立數(shù)字地形模型（DTM）。利用DTM技術(shù)，我們可以用立體圖來生動(dòng)地描述森林、樹林中物體的平面、空間分布和形態(tài)。在DTM立體圖中，我們可以猜出地形和每個(gè)截面。遙感在土方開挖、道路規(guī)劃、坡面圖制作、地貌分析等方面的計(jì)算中有著廣泛的應(yīng)用。在計(jì)算機(jī)上，只要允許使用計(jì)算機(jī)資源，用戶可以使用DTM從任何視點(diǎn)和角度繪制立體圖和平面圖。同時(shí)，結(jié)合GIS可以完成DTM中任意位置屬性特征的查詢。

利用遙感技術(shù)制作森林圖是可行的，包括森林平面圖、森林地形圖、森林立地類型圖、森林土壤圖等。使用航空攝影、衛(wèi)星攝影、多光譜攝影和雷達(dá)攝影制作這些地圖。林業(yè)工作人員可以采用遙感技術(shù)進(jìn)行空中目測(cè)、森林區(qū)劃和制圖、森林資源勘查和抽樣調(diào)查。森林資源管理包括森林資源監(jiān)測(cè)、森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)、有害生物監(jiān)測(cè)、森林生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)以及林地利用圖和立地類型圖的編制等。

3.2 全球定位系統(tǒng)在林業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

GPS在森林調(diào)查中得到了廣泛的應(yīng)用，GPS在森林管理中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）GPS在野外測(cè)量中有著廣泛的應(yīng)用。提出了一門新的學(xué)科——GPS全球大地測(cè)量學(xué)。采用差分技術(shù)，差分GPS的精度可達(dá)1厘米，滿足森林管理的要求。（2）在森林資源調(diào)查過程中，利用GPS可以快速、準(zhǔn)確地定位森林測(cè)量員的方位。（3）在GPS的幫助下，消防隊(duì)員可以及時(shí)向管理員報(bào)告森林火災(zāi)的準(zhǔn)確位置和高度。（4）在森林施肥中，根據(jù)土壤數(shù)據(jù)，利用合適的軟件，使施肥設(shè)備與GPS同時(shí)工作，即可實(shí)現(xiàn)定位施肥。

3.3 地理信息系統(tǒng)在林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

3.3.1 森林資源檔案管理

利用GIS進(jìn)行的森林資源檔案管理與普通數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有很大的不同。GIS將圖形與數(shù)據(jù)庫有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了森林資源檔案的計(jì)算機(jī)管理。它具有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)：在數(shù)據(jù)查詢和導(dǎo)出方面不僅可以像普通數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)那樣可以導(dǎo)出統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和圖表，還可以導(dǎo)出包含圖形的相關(guān)空間數(shù)據(jù)。采用屬性圖相結(jié)合的方法，可以瞬間了解森林資源狀況，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)森林資源的科學(xué)管理。在GIS中，數(shù)據(jù)庫屬性和地形圖點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以自動(dòng)更新。這意味著當(dāng)?shù)匦蔚膶傩园l(fā)生變化時(shí)，地圖點(diǎn)的狀態(tài)將自動(dòng)更新。

3.3.2 監(jiān)測(cè)森林資源動(dòng)態(tài)變化

普通管理系統(tǒng)只能反映森林資源的數(shù)量變化。而GIS具有自己的空間數(shù)據(jù)和空間分析功能。利用遙感和GPS提供的數(shù)據(jù)，利用相關(guān)分析方法研究森林資源的空間分布規(guī)律及其對(duì)城市未來發(fā)展的影響。這可以為決策者調(diào)整發(fā)展戰(zhàn)略提供對(duì)策，加快森林資源向穩(wěn)定、旺盛方向發(fā)展。首先，利用遙感和GPS同時(shí)采集的數(shù)據(jù)，在GIS中建立各種災(zāi)害預(yù)測(cè)模型。其次，我們可以建立一個(gè)災(zāi)害預(yù)防系統(tǒng)。在GIS中輸入救援人員和裝備的分布情況，為領(lǐng)導(dǎo)部門安排救援人員和提供裝備技術(shù)的方法。例如，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，我們可以使用GIS來選擇最佳的滅火方案，并立即集合救援人員和設(shè)備。最后，利用GIS快速計(jì)算受災(zāi)面積和損失，制訂救援和恢復(fù)計(jì)劃。

4 結(jié)語

森林管理由于更大的環(huán)境壓力而日益復(fù)雜，森林是物種的復(fù)雜組合，通過遙感可以很好地進(jìn)行廣泛的庫存。全球定位系統(tǒng)這樣的衛(wèi)星定位系統(tǒng)在擴(kuò)大傳統(tǒng)森林調(diào)查、收集強(qiáng)有力的地面事實(shí)的數(shù)據(jù)方面發(fā)揮著重要作用。隨著RS、GPS和GIS技術(shù)的廣泛應(yīng)用，森林資源調(diào)查方法得到了很大的改進(jìn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 李蓮英.分析生態(tài)文明視角下的林業(yè)管理及可持續(xù)發(fā)展[J].低碳世界，2019（02）.

[2] 孔輝.3S技術(shù)與智能移動(dòng)端結(jié)合在土地整治工程中的應(yīng)用[J].西部大開發(fā)，2019（02）.

[3] 陳玲，賈佳，王海慶.高分遙感在自然資源調(diào)查中的應(yīng)用綜述[J].國土資源遙感，2019（01）.