遙感技術(shù)在林業(yè)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

明鳴 鄒建成

(江西省吉安市森林資源監(jiān)測(cè)中心，江西 吉安 343000)

遙感技術(shù)具體是指通過(guò)人造衛(wèi)星、飛機(jī)或者其它飛行器實(shí)現(xiàn)對(duì)地物目標(biāo)的電磁輻射信息的收集，以此來(lái)判斷環(huán)境以及資源情況。該項(xiàng)技術(shù)支持周期性觀(guān)測(cè)操作，能夠在短時(shí)間內(nèi)快速實(shí)現(xiàn)大范圍地面信息的獲取，以此保證有關(guān)環(huán)境信息資源的全面性。隨著各項(xiàng)技術(shù)的逐漸完善，遙感技術(shù)在林業(yè)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域也得到了良好應(yīng)用，主要運(yùn)用衛(wèi)星或飛機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)林業(yè)資源的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，推動(dòng)數(shù)字林業(yè)的發(fā)展建設(shè)，對(duì)于林業(yè)決策具有支撐作用。

1 林業(yè)遙感數(shù)據(jù)源分析

1.1 高空間分辨率

在林業(yè)監(jiān)測(cè)中所運(yùn)用的遙感技術(shù)主要以光學(xué)遙感數(shù)據(jù)為主，其中最為常見(jiàn)的包括TM和SPOT。就TM數(shù)據(jù)而言，無(wú)論是在空間分辨率或是光譜分辨率方面都十分優(yōu)異，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大量信息的收集、獲取，并且投入成本并不高，也是當(dāng)前林業(yè)遙感技術(shù)最為重要的信息源，而不足之處在于30m空間分辨率和應(yīng)用精度并不高，涉及到一些宏觀(guān)的森林資源監(jiān)測(cè)時(shí)，一般選擇NOAA數(shù)據(jù)，性?xún)r(jià)比更高，并且所涉及到的信息總量相對(duì)較少，能夠保證信息來(lái)源的可靠性。林業(yè)遙感水平的主要影響因素在于高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)，目前常用的森林資源監(jiān)測(cè)方式主要以IKONOS的衛(wèi)星圖像為主。

1.2 高光譜遙感數(shù)據(jù)

運(yùn)用高光譜遙感技術(shù)主要針對(duì)一些細(xì)微光譜差異的物質(zhì)進(jìn)行探測(cè)，在林業(yè)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域則主要針對(duì)各類(lèi)植物的類(lèi)別進(jìn)行識(shí)別和分類(lèi)。該項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于擁有十分豐富的光譜信息，無(wú)論是森林分類(lèi)或者森林資源變化的信息提取等方面都具有較高精準(zhǔn)度，因此，通常應(yīng)用于森林資源管理中，能夠保障該項(xiàng)工作的科學(xué)性。除此之外，采用混合光譜分解的方式能夠針對(duì)森林郁閉度進(jìn)行全面反應(yīng)，有關(guān)森林的結(jié)構(gòu)以及環(huán)境等方面的信息獲取也更加全面。

1.3 雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)

當(dāng)森林上方出現(xiàn)云層覆蓋或者是因天氣原因而無(wú)法對(duì)森林的可見(jiàn)光進(jìn)行有效捕捉，在上述狀況下，無(wú)法保證關(guān)于林業(yè)信息的準(zhǔn)確獲取，而借助遙感技術(shù)則可以解決上述問(wèn)題，主要憑借合成孔徑雷達(dá)技術(shù)(SAR)實(shí)現(xiàn)，即使存在云層遮蓋，該項(xiàng)技術(shù)也可以針對(duì)地表結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行準(zhǔn)確獲取，實(shí)現(xiàn)對(duì)于林業(yè)遙感數(shù)據(jù)源的填補(bǔ)。并且該項(xiàng)技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)不同類(lèi)型森林生物物理參數(shù)的獲取，這些數(shù)據(jù)能夠應(yīng)用于關(guān)于森林類(lèi)型和森林密度的識(shí)別。尤其是在熱帶雨林環(huán)境下，為達(dá)到有效砍伐監(jiān)測(cè)效果，也會(huì)依靠雷達(dá)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的獲取。

2 遙感技術(shù)在林業(yè)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 森林資源遙感調(diào)查

森林資源遙感調(diào)查主要目的是針對(duì)森林的類(lèi)型進(jìn)行判斷，調(diào)查形式以野外調(diào)查和衛(wèi)星圖像對(duì)照為主。將所獲取到的數(shù)據(jù)用于模型的建立實(shí)現(xiàn)對(duì)森林資源總量和森林面積的估計(jì)。在實(shí)踐中通常會(huì)使用多時(shí)相遙感影像針對(duì)森林的覆蓋率進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。早在20世紀(jì)50年代左右，我國(guó)就已經(jīng)完成了森林調(diào)查技術(shù)體系的建立，但是在調(diào)查形式上主要以航空照片和地形圖為主，通過(guò)手繪的方式實(shí)現(xiàn)林相圖區(qū)劃，可以發(fā)現(xiàn)，這種傳統(tǒng)的方式耗時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)，并且存在較多的誤差因素，這也激發(fā)了關(guān)于遙感技術(shù)應(yīng)用的需求。我國(guó)于2003年正式將高空間分辨率衛(wèi)星影像應(yīng)用于林業(yè)資源調(diào)查技術(shù)體系中，實(shí)現(xiàn)了林業(yè)資源調(diào)查數(shù)字化的建設(shè)。早期發(fā)展過(guò)程中更是在多個(gè)地區(qū)建立試點(diǎn)工作，形成當(dāng)前有關(guān)林業(yè)資源調(diào)查數(shù)字化的基礎(chǔ)。其中值得一提的是有關(guān)高光譜遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用，通過(guò)預(yù)處理星載高光譜遙感數(shù)據(jù)的方式，結(jié)合統(tǒng)計(jì)模型共同使用完成有關(guān)森林郁閉度以及葉面積指數(shù)的預(yù)測(cè)，并且所得結(jié)果較為精確，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于傳統(tǒng)森林資源調(diào)查模式的替代，無(wú)論是在效率或者是準(zhǔn)確度方面都得到了顯著的提升。

2.2 森林火災(zāi)遙感監(jiān)測(cè)

森林火災(zāi)會(huì)造成嚴(yán)重破壞，引發(fā)森林資源的重大損失，對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害也十分明顯。因此，針對(duì)森林火災(zāi)進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)十分必要，其主要目的是針對(duì)森林火災(zāi)進(jìn)行及時(shí)預(yù)報(bào)，便于在最快時(shí)間內(nèi)對(duì)森林火災(zāi)進(jìn)行反應(yīng)，降低其破壞程度。因此針對(duì)森林火災(zāi)的監(jiān)測(cè)一直以來(lái)都備受關(guān)注。早在20世紀(jì)50年代左右，我國(guó)林業(yè)部就已經(jīng)開(kāi)始將航空遙感技術(shù)應(yīng)用于森林火災(zāi)監(jiān)控工作中，而隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，到了20世紀(jì)80年代左右，各種類(lèi)型的衛(wèi)星數(shù)據(jù)也在森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)中得到了有效運(yùn)用，為森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)的工作提供了有效支撐。隨著遙感技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善，該項(xiàng)技術(shù)在森林防火應(yīng)用方面取得的成果較多。如，將MODIS數(shù)據(jù)應(yīng)用于森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)測(cè)，借助衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)對(duì)森林火災(zāi)數(shù)據(jù)的快速獲取，在此基礎(chǔ)上，衍生出森林火災(zāi)信息提取技術(shù)系統(tǒng)，能夠保障對(duì)于森林火災(zāi)的全天候監(jiān)測(cè)和預(yù)防，并且在該方面也逐漸形成一套趨于完善的應(yīng)用體系。除此之外，衛(wèi)星技術(shù)也開(kāi)始逐漸在森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)中展露頭腳。

2.3 森林病蟲(chóng)災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)

以人眼的方式是無(wú)法獲取植物在遭受病蟲(chóng)害后紅外波段波譜值的變化情況的。通常情況下，植物在遭受病蟲(chóng)害侵?jǐn)_時(shí)，其紅外波段的波譜值會(huì)發(fā)生較大波動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)于森林病蟲(chóng)災(zāi)害的有效監(jiān)測(cè)，可以通過(guò)遙感數(shù)據(jù)的方式，針對(duì)波譜值的變化情況進(jìn)行準(zhǔn)確獲取，從而快速尋找病蟲(chóng)害的源頭，還能夠完成關(guān)于病蟲(chóng)害情況的準(zhǔn)確分析，有利于森林病蟲(chóng)害防治工作的開(kāi)展。航天遙感技術(shù)快速發(fā)展，有關(guān)森林病蟲(chóng)害的監(jiān)測(cè)工作也得到航天遙感技術(shù)的大力支持。研究人員發(fā)現(xiàn)，在遭受病蟲(chóng)害的情況下，植物的葉綠素以及水分含量會(huì)快速下降，同時(shí)，葉黃素以及葉紅素含量會(huì)快速上升，而最終結(jié)果是植物的反射率出現(xiàn)較大程度波動(dòng)，這一變化情況為通過(guò)遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)植物病蟲(chóng)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)提供可能性，并以此為基礎(chǔ)，研發(fā)出一套能夠針對(duì)病蟲(chóng)害信息進(jìn)行提取的基礎(chǔ)體系。并且該領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)速度十分迅速，完成了有關(guān)森林病蟲(chóng)害遙感監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)的研發(fā)，并將衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)用于病蟲(chóng)害的信息提取中，其中也涉及到航空路線(xiàn)以及航空，電子勾繪等各種類(lèi)型的遙感技術(shù)。使得有關(guān)森林病蟲(chóng)災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)水平得到大幅度增長(zhǎng)，便于有關(guān)部門(mén)開(kāi)展森林病蟲(chóng)災(zāi)害的各項(xiàng)工作，如預(yù)報(bào)監(jiān)測(cè)、災(zāi)害評(píng)估以及決策等。

2.4 林業(yè)生態(tài)工程遙感監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)

通過(guò)搭建統(tǒng)一技術(shù)平臺(tái)的方式，運(yùn)用遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息的基層處理，主要應(yīng)用于林業(yè)生態(tài)工程的理論支持以及技術(shù)支持。20世紀(jì)70年代左右，我國(guó)西北地區(qū)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的水土流失問(wèn)題，為了對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行有效解決，政府決定建立大型防護(hù)林，并在此基礎(chǔ)上，著手進(jìn)行遙感綜合應(yīng)用項(xiàng)目的調(diào)查研究，憑借遙感技術(shù)的方式，針對(duì)防護(hù)林的森林類(lèi)型，面積以及各類(lèi)參數(shù)進(jìn)行獲取，將這些數(shù)據(jù)用于動(dòng)態(tài)生態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的決策，實(shí)時(shí)了解防護(hù)林所具有的防護(hù)能力，指導(dǎo)后續(xù)森林綜合治理工作的開(kāi)展。

3 遙感技術(shù)在林業(yè)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 科學(xué)應(yīng)用遙感技術(shù)

關(guān)于遙感技術(shù)的應(yīng)用，為了保證技術(shù)效果的發(fā)揮，有必要關(guān)注技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)性。尤其是在林業(yè)監(jiān)測(cè)中，關(guān)于遙感技術(shù)的應(yīng)用，核心點(diǎn)在于有關(guān)林業(yè)遙感資料成圖工作的質(zhì)量水準(zhǔn)。如，在針對(duì)林業(yè)資源面積以及類(lèi)型進(jìn)行判斷的過(guò)程中，都會(huì)使用到遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)制圖以及調(diào)繪；有關(guān)木材蓄積量的評(píng)估過(guò)程中會(huì)涉及到實(shí)地調(diào)查，保證估量試驗(yàn)工作的準(zhǔn)確性，才能夠得到更加準(zhǔn)確和詳細(xì)的蓄積量。除此之外，有關(guān)林分調(diào)查因子估計(jì)的科學(xué)性也需要進(jìn)行保障，這其中涉及到遙感技術(shù)和傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)之間的相互融合，充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)資源整合才能夠保證應(yīng)用的科學(xué)性。

3.2 實(shí)現(xiàn)林業(yè)信息共享

越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始運(yùn)用遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)人力資源信息進(jìn)行調(diào)查和獲取，但是在具體應(yīng)用形式上會(huì)表現(xiàn)出一定差異，其中也涉及到不同的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用，意味著不同形式的資料表現(xiàn)出的可比性并不強(qiáng)，想要達(dá)到信息共享難度較大，因此有必要建立國(guó)家級(jí)的森林資源監(jiān)測(cè)體系，以實(shí)現(xiàn)不同地區(qū)林業(yè)資源信息的共享。如，在林業(yè)資源分類(lèi)以及監(jiān)測(cè)機(jī)制方面，可以吸取發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和形式，為林業(yè)資源信息共享提供支撐。

3.3 加強(qiáng)林業(yè)遙感信息融合

隨著科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)一步發(fā)展，遙感技術(shù)應(yīng)用于林業(yè)領(lǐng)域方面的技術(shù)突破重點(diǎn)集中在林業(yè)遙感信息源的多形式應(yīng)用方面。因此，有必要注重對(duì)于信息來(lái)源多樣性的發(fā)展，借助林業(yè)遙感信息融合的方式，實(shí)現(xiàn)多樣化的信息加工功能。并且在信息源多樣性增強(qiáng)的同時(shí)，為信息源的全面融合提供了可能性，能夠更好發(fā)揮不同信息源的優(yōu)勢(shì)。實(shí)現(xiàn)功能疊加。目前主要以林業(yè)遙感信息和地理信息系統(tǒng)以及全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)進(jìn)行融合的方式開(kāi)展林業(yè)監(jiān)測(cè)工作，這是當(dāng)前進(jìn)行信息融合以及優(yōu)化的重要方向。

3.4 保證林業(yè)遙感數(shù)據(jù)的精確度與可靠性

目前有關(guān)航天遙感數(shù)據(jù)在林業(yè)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用問(wèn)題在于衛(wèi)星傳感器的空間分辨率有所不足，導(dǎo)致在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中涉及到一些特殊要求，如針對(duì)樹(shù)種進(jìn)行區(qū)分時(shí)無(wú)法保證信息源的充足等。雖然隨著技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前所提供的信息也能夠在一定程度上針對(duì)樹(shù)種組進(jìn)行區(qū)分，但是其中夾雜著較多的混雜像元，無(wú)法滿(mǎn)足分類(lèi)的精準(zhǔn)度要求。隨著高光譜技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，能夠針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行解決，實(shí)現(xiàn)對(duì)于樹(shù)種的區(qū)分以及森林結(jié)構(gòu)的表達(dá)。這是因?yàn)樵擁?xiàng)技術(shù)能夠通過(guò)細(xì)分光譜波段的方式實(shí)現(xiàn)關(guān)于窄光譜段和地物的聯(lián)系，如此就可以針對(duì)樹(shù)種進(jìn)行鑒別。目前關(guān)于該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用面臨著一定干擾問(wèn)題，但是可以肯定的是，通過(guò)多維光譜空間信息分析的方式將是有關(guān)林業(yè)樹(shù)種區(qū)分的重要依靠。

4 展望

我國(guó)的林業(yè)遙感技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了20a以上的發(fā)展，這其中伴隨著大量的研究以及試驗(yàn)，無(wú)論是監(jiān)測(cè)形式或是技術(shù)經(jīng)驗(yàn)方面都十分豐富，并且擁有一大批具有專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的科研工作者以及監(jiān)測(cè)人員。但是在當(dāng)前環(huán)境下，林業(yè)監(jiān)測(cè)工作面臨著更多挑戰(zhàn)，無(wú)論是社會(huì)的發(fā)展，還是人們?nèi)粘Ｉ畹难葑?，都?duì)林業(yè)監(jiān)測(cè)工作提出了更多要求。不可否認(rèn)的是，現(xiàn)階段的林業(yè)遙感技術(shù)無(wú)法完全滿(mǎn)足各項(xiàng)要求，因此，在今后的發(fā)展過(guò)程中，需要持續(xù)加強(qiáng)有關(guān)林業(yè)遙感技術(shù)的研發(fā)以及應(yīng)用，以建立天空地一體化的林業(yè)遙感應(yīng)用體系為核心發(fā)展目標(biāo)。

4.1 建設(shè)林業(yè)遙感應(yīng)用綜合服務(wù)平臺(tái)

通過(guò)建立林業(yè)遙感應(yīng)用綜合服務(wù)平臺(tái)的方式將中高分辨率的衛(wèi)星融入到林業(yè)監(jiān)測(cè)工作中。當(dāng)前主要通過(guò)低分辨率的遙感衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)對(duì)森林火災(zāi)的監(jiān)測(cè)，而中高分辨率的衛(wèi)星則排除在外。除此之外，現(xiàn)階段的遙感技術(shù)應(yīng)用于林業(yè)監(jiān)測(cè)工作中雖然取得了一定成果，但是仍有著較大上升空間，這自然離不開(kāi)林業(yè)遙感應(yīng)用綜合服務(wù)平臺(tái)的支撐。通過(guò)該平臺(tái)的支撐，能夠?qū)崿F(xiàn)林業(yè)遙感技術(shù)應(yīng)用的集成，這為遙感數(shù)據(jù)的共享提供可能性，完成有關(guān)林業(yè)行業(yè)遙感數(shù)據(jù)共享服務(wù)機(jī)制的建立。該平臺(tái)應(yīng)具有能夠支撐海量遙感數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢(xún)功能，具有基于網(wǎng)格的遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用處理和產(chǎn)品加工功能，以及對(duì)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的多層級(jí)分發(fā)與共享等強(qiáng)大功能。該平臺(tái)的建設(shè)將大力促進(jìn)森林資源調(diào)查、森林火災(zāi)、森林病蟲(chóng)災(zāi)害及林業(yè)生態(tài)建設(shè)工程的監(jiān)測(cè)等林業(yè)遙感應(yīng)用業(yè)務(wù)化運(yùn)行系統(tǒng)的建立。

4.2 加快遙感與GIS、GPS的結(jié)合

遙感技術(shù)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)獲取能力，卻在處理和分析這些數(shù)據(jù)時(shí)存在缺陷，地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)具有較為完善的空間數(shù)據(jù)綜合分析處理平臺(tái)，有效地解決了這一難題。概括起來(lái)，GIS在林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究?jī)?nèi)容主要有森林資源信息管理、森林經(jīng)營(yíng)優(yōu)化決策、森林分類(lèi)經(jīng)營(yíng)區(qū)劃、森林抽樣設(shè)計(jì)、林業(yè)專(zhuān)題制圖、林業(yè)采伐設(shè)計(jì)、營(yíng)造林規(guī)劃設(shè)計(jì)、森林資源管理網(wǎng)絡(luò)等，極大地豐富了遙感數(shù)據(jù)的分析處理方法。同時(shí)全球定位系統(tǒng)(Global PositioningSystem，GPS)能夠迅速準(zhǔn)確地定位與導(dǎo)航，可以確定林業(yè)邊界、地塊、形狀、海拔高度等，對(duì)實(shí)現(xiàn)“數(shù)字林業(yè)”具有重要意義。因此，要加強(qiáng)遙感與GIS和GPS的結(jié)合，逐步形成以林業(yè)遙感為基礎(chǔ)，以GPS為輔助手段，以GIS為綜合處理方法的全方位林業(yè)服務(wù)體系，最終實(shí)現(xiàn)林業(yè)資源調(diào)查、規(guī)劃、經(jīng)營(yíng)管理的數(shù)字化。

4.3 重視林業(yè)遙感教育和培訓(xùn)工作

為了持續(xù)推進(jìn)遙感技術(shù)在林業(yè)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，有必要以林業(yè)遙感教學(xué)為主題建立相應(yīng)的教育和培訓(xùn)機(jī)制。這是因?yàn)檫b感技術(shù)作為一種高新技術(shù)，發(fā)展十分迅速，因此必須注重對(duì)于相關(guān)林業(yè)監(jiān)測(cè)人員關(guān)于遙感技術(shù)的應(yīng)用能力的提升，通過(guò)建立良好的教育和培訓(xùn)機(jī)制，持續(xù)不斷地為林業(yè)遙感工作提供人才供應(yīng)。在高校開(kāi)設(shè)林業(yè)遙感課程，并且培養(yǎng)不同層次高新人才，以此提高林業(yè)遙感隊(duì)伍的專(zhuān)業(yè)水平；強(qiáng)調(diào)林業(yè)研究機(jī)構(gòu)在推動(dòng)林業(yè)遙感發(fā)展方面的重要作用，快速推動(dòng)科研成果應(yīng)用于實(shí)踐。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在如今的林業(yè)監(jiān)測(cè)工作中，遙感技術(shù)得到了十分廣泛的應(yīng)用。要想更好地發(fā)揮遙感技術(shù)的作用，就必須嚴(yán)格按照其應(yīng)用的要點(diǎn)來(lái)控制每一個(gè)細(xì)節(jié)，這樣才能有效增強(qiáng)監(jiān)測(cè)效果，推動(dòng)我國(guó)林業(yè)事業(yè)向前發(fā)展。