森林資源管理中“空天地”一體化技術(shù)集成應(yīng)用

張銘晉

（湖南省森林資源和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，湖南長沙 410000）

0 引言

一般情況下空天地一體化技術(shù)主要包括“天基”“空基”以及“地基”三個(gè)層面，通過不同類型遙感衛(wèi)星、飛行器以及衛(wèi)星地面站、紅外監(jiān)控、人工智能等建立起的一體化平臺具有覆蓋空間大、視距傳輸損耗低等特點(diǎn)，能夠?qū)θS空間進(jìn)行高速通信覆蓋，其具體形式如圖1 所示。

圖1“空天地”一體化技術(shù)

在森林資源管理中采取“空天地”一體化技術(shù)，能夠更加準(zhǔn)確、有效地進(jìn)行森林資源的調(diào)查，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)管，提升監(jiān)管的準(zhǔn)確性，有效提升森林資源監(jiān)測管理信息化程度，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)和現(xiàn)地實(shí)情的有效銜接，全方位提高森林資源信息化管理水平。

1 森林資源管理中應(yīng)用“空天地”一體化技術(shù)的意義

湖南省是我國擁有豐富林業(yè)資源的大省，林業(yè)占地面積在湖南省總面積中占到一半以上。近些年，在智慧林業(yè)的發(fā)展方面，林業(yè)有關(guān)單位為了加快發(fā)展速度，在國內(nèi)率先使用大數(shù)據(jù)、衛(wèi)星等先進(jìn)的信息技術(shù)展開林業(yè)探究，力爭在提高森林資源動(dòng)態(tài)監(jiān)控、林業(yè)資源調(diào)研、野生動(dòng)植物保護(hù)水平、森林火災(zāi)防范等方面有實(shí)質(zhì)性發(fā)展，從而讓智慧林業(yè)穩(wěn)健發(fā)展，并取得顯著成效。湖南省的地形地貌、林業(yè)類別體現(xiàn)出多元化特點(diǎn)，依托常規(guī)的方式進(jìn)行管理，存在困難程度高、成效不理想的問題，唯有使用最發(fā)達(dá)的衛(wèi)星系統(tǒng)，才能夠讓林業(yè)管控工作步入全新的發(fā)展階段，對林業(yè)資源進(jìn)行最全面的保護(hù)、管理，最科學(xué)地進(jìn)行開發(fā)運(yùn)用。

2 森林資源管理中“空天地”一體化技術(shù)的應(yīng)用

2.1 在森林資源調(diào)查方面的應(yīng)用

森林資源調(diào)查是非常辛苦的工作，若是通過人工的方式進(jìn)行調(diào)查需要消耗非常大的工作量，而利用“空天地”一體化技術(shù)可以通過機(jī)載激光雷達(dá)相對簡單地完成工作，通過較高分辨率的航空航天遙感數(shù)據(jù)以及激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再結(jié)合地面調(diào)查通過較短時(shí)間就能夠完成森林資源的調(diào)查。

（1）激光雷達(dá)設(shè)備有兩個(gè)端口，一個(gè)是接收器，一個(gè)是發(fā)射器，發(fā)射器所發(fā)射的激光在接觸到物體之后會(huì)返回到接收器。激光雷達(dá)存在高精度掃描儀，有關(guān)參數(shù)指標(biāo)詳情見表1。掃描儀激光點(diǎn)會(huì)掃射到樹木的各個(gè)部位，例如樹頂、樹冠、地面等，之后利用激光的往返時(shí)間和速度就能夠獲得發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)之間的距離，在此基礎(chǔ)上利用軟件處理后就能夠得到三維立體圖，如圖2所示。

表1 激光掃描儀參數(shù)

圖2 林分的三維立體

（2）三維立體圖中有非常豐富的信息量，可以更加直觀、精準(zhǔn)地獲取林分的平均樹高以及郁閉度。相關(guān)調(diào)查人員利用“空天地”一體化技術(shù)能夠使信息數(shù)據(jù)和地面樣地調(diào)查數(shù)據(jù)相結(jié)合，以此為基礎(chǔ)建立起相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，從而能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出不同林分的公頃蓄積量等相關(guān)參數(shù)。

（3）利用該技術(shù)能夠有效提升樹高以及林分蓄積量等林分因子的調(diào)查精度，相比傳統(tǒng)調(diào)查方式，該技術(shù)可以提升5%左右的精確度。之所以能夠進(jìn)一步提升調(diào)查精度，主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)調(diào)查方式（不管是手工繪圖、航天影像圖還是航空影像圖）所形成的都是平面模式，而空天地一體化技術(shù)所形成的是三維立面圖，更加具體詳盡。

2.2 在森林火災(zāi)救護(hù)方面的應(yīng)用

（1）森林火情的預(yù)報(bào)。一旦巡視人員發(fā)現(xiàn)森林中存在火情，就可以利用人工智能巡護(hù)設(shè)備將火情及時(shí)發(fā)送給防撲火指揮管理部門，也可以利用遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控方式獲取野外監(jiān)控的關(guān)鍵信息，可以更加準(zhǔn)確地獲取火災(zāi)情況，將其及時(shí)上報(bào)給防撲火指揮管理部門。此外，人工智能巡護(hù)管理平臺經(jīng)過應(yīng)用移動(dòng)4G 傳輸、GPS、互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，能夠即時(shí)監(jiān)控護(hù)林員管理、保護(hù)林業(yè)資源工作狀況。

（2）進(jìn)行火情的準(zhǔn)確偵察。防撲火指揮管理部門在獲取火情之后就可以及時(shí)啟動(dòng)撲火預(yù)案，可以立即安排視頻監(jiān)控部門、無人機(jī)偵察部門、信息技術(shù)部門等開始工作。

（3）制定有針對性的撲救措施?？梢岳么髷?shù)據(jù)應(yīng)用平臺，按照地理信息系統(tǒng)（GIS）以及無人機(jī)所監(jiān)控到的畫面、數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確獲取火點(diǎn)位置，同時(shí)可以對相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算，包括火源面積、火點(diǎn)與附近林區(qū)的距離、尋找距離火場最近的水源、撲火道路等。相應(yīng)指揮管理部門可以按照當(dāng)時(shí)的風(fēng)力情況、監(jiān)控所得的火情、水源、森林資源情況、周邊建筑情況等制定出更具針對性的撲火措施。

（4）有效組織指揮進(jìn)行火災(zāi)撲滅。指揮管理部門可以利用通訊技術(shù)第一時(shí)間指揮消防車、物資運(yùn)輸車等設(shè)備和人員進(jìn)行火災(zāi)的撲救，同時(shí)無人機(jī)等飛行器可以對火災(zāi)撲滅的過程加以監(jiān)視，而且把監(jiān)測的數(shù)據(jù)第一時(shí)間傳遞到撲火指揮管理機(jī)構(gòu)的顯示屏幕上，以便管理部門及時(shí)了解火災(zāi)的撲救過程。

2.3 在森林生態(tài)環(huán)境治理方面的應(yīng)用

（1）進(jìn)行智能性篩選，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題所在。可以利用衛(wèi)星獲取森林所在區(qū)域不同階段的高清影像，將其在地球地理系統(tǒng)軟件中實(shí)施疊加，之后利用智能化篩選的方式就可以及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)變化的圖斑情況。再利用人工識別的方式可以將非林地的變化圖斑、依法申請批準(zhǔn)的采伐圖斑、依法批準(zhǔn)的占用林地圖斑排除掉。

（2）進(jìn)行實(shí)地勘查。一旦發(fā)現(xiàn)存在疑似圖斑，就可以利用GPS、地形圖以及智能終端等到實(shí)地進(jìn)行核查，明確是否真正屬于亂砍濫伐、盜伐或者非法占用林地情況，對其實(shí)施標(biāo)注。在此基礎(chǔ)上按照遙感判讀林地變化圖斑與林地檔案對照情況、現(xiàn)地核實(shí)調(diào)查情況，形成林地變化數(shù)據(jù)庫。

（3）實(shí)施植被的恢復(fù)。可以利用遙感影像對比以及PDA 等對于違規(guī)情況（例如未批先建或毀林開墾圖斑等）實(shí)施跟蹤核查，可以利用無人機(jī)等飛行器巡航拍攝那些人工無法巡查的區(qū)域，直至實(shí)施植被恢復(fù)措施，并通過專業(yè)部門驗(yàn)收。

2.4 在林政案件巡查方面的應(yīng)用

森林巡護(hù)人員可以通過PDA 等對于已經(jīng)受毀的林區(qū)、受到盜伐的林木甚至捕獵野生動(dòng)物的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝跟蹤，并把此些照片或影像資料傳輸?shù)较到y(tǒng)且報(bào)警。同時(shí)利用大數(shù)據(jù)平臺分析PDA 所上傳的信息，得到案件發(fā)生的具體時(shí)間、地點(diǎn)以及周邊道路情況，在實(shí)施綜合性分析的基礎(chǔ)上能夠鎖定地面的嫌疑人員和車輛，同時(shí)會(huì)將跟蹤發(fā)現(xiàn)的情況實(shí)時(shí)進(jìn)行上傳報(bào)告，以便及時(shí)安排相應(yīng)警力進(jìn)行治理。

2.5 在野生動(dòng)物監(jiān)測方面的應(yīng)用

可以利用紅外監(jiān)控系統(tǒng)來感知野生動(dòng)物的活動(dòng)情況，一旦動(dòng)物等發(fā)熱體進(jìn)入到紅外監(jiān)控區(qū)域就可以利用相機(jī)及時(shí)抓拍，能夠得到相應(yīng)的圖片和視頻。在動(dòng)物等發(fā)熱體離開紅外監(jiān)控區(qū)域后紅外監(jiān)控相機(jī)就會(huì)進(jìn)入到休眠待機(jī)狀態(tài)。紅外監(jiān)控系統(tǒng)可以定期將所抓拍到的圖片和視頻上傳到系統(tǒng)中心，以便及時(shí)獲取野生動(dòng)物的活動(dòng)情況。利用野外監(jiān)控終端能夠?qū)σ欢▍^(qū)域范圍內(nèi)野生動(dòng)物活動(dòng)規(guī)律、數(shù)量等實(shí)施統(tǒng)計(jì)監(jiān)測，從而獲取所在區(qū)域生物發(fā)展情況。

3 結(jié)語

本文主要介紹森林資源管理中“空天地”一體化技術(shù)的應(yīng)用，此技術(shù)能夠提升森林資源調(diào)查、森林火災(zāi)救護(hù)、森林生態(tài)環(huán)境治理、林政案件巡查、野生動(dòng)物監(jiān)測等多方面的應(yīng)用效果，對于現(xiàn)代森林資源管理具有非常重要的作用。