森林資源管理的遙感技術(shù)應(yīng)用探究

喬和文

（山西省桑干河楊樹豐產(chǎn)林實(shí)驗(yàn)局，山西大同 037046）

遙感技術(shù)在森林資源管理中的應(yīng)用，主要是監(jiān)測(cè)和調(diào)查森林資源的現(xiàn)狀，為森林資源管理提供準(zhǔn)確的依據(jù)，比如，通過對(duì)衛(wèi)星遙感圖像的分析，并參考實(shí)地調(diào)查的信息，可獲知森林各個(gè)年度的變化情況。運(yùn)用無人機(jī)遙感技術(shù)，可對(duì)森林資源進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)，可航拍出高精度的遙感影像，使該項(xiàng)技術(shù)在森林巡查、森林資源調(diào)查、森林防火、有害生物監(jiān)測(cè)中得到有效的應(yīng)用，并發(fā)揮出良好的監(jiān)測(cè)作用，為森林資源管理提供了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)信息。

1 衛(wèi)星遙感圖像在森林資源管理中的應(yīng)用

確定森林資源研究對(duì)象區(qū)域后，從某衛(wèi)星獲取遙感圖像，一共需要三期衛(wèi)星遙感圖像數(shù)據(jù)，分別是2015 年、2017 年、2019年，遙感圖像要具有代表性，然后使用專業(yè)的地理信息軟件與圖像處理軟件，對(duì)這些遙感圖像進(jìn)行處理分析。

1.1 處理地面調(diào)查數(shù)據(jù)

（1）將地面調(diào)查獲取的森林資源數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中作為輔助性資料，幫助遙感圖像處理軟件（ERDAS IMAGINE）進(jìn)行遙感圖像處理，并且采用地理信息軟件（ARC-INFO）進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、管理、顯示、轉(zhuǎn)換；

（2）為保證地面調(diào)查分析符合遙感技術(shù)的需要，需結(jié)合當(dāng)?shù)厣仲Y源管理的實(shí)際情況進(jìn)行地面調(diào)查，但是地面調(diào)查數(shù)據(jù)不可當(dāng)做主要依據(jù)，只可作為參考數(shù)據(jù)，以保證遙感技術(shù)在森林資源管理中應(yīng)用的準(zhǔn)確性。所以先要確定遙感圖像數(shù)據(jù)處理所需的項(xiàng)目，包括了森林資源所在區(qū)的編號(hào)、林班、小班、小塊小班、小班面積；森林資源所處位置的地形地貌、海拔、邊坡信息；以及樹木信息，像樹種、胸徑、樹高、郁閉度、林種等；還有造林信息，包括時(shí)間、密度、方式以及間伐時(shí)間等；

（3）為了加快圖像處理的速度，進(jìn)行分時(shí)操作，將地面調(diào)查獲取的數(shù)據(jù)信息輸入至計(jì)算機(jī)中，保存為DBASE 格式，然后使用地理信息軟件將DBASE 格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，保存為INFO 格式，進(jìn)而完成地面數(shù)據(jù)處理與輸入數(shù)據(jù)庫的工作。此外，地面調(diào)查不只是文字?jǐn)?shù)據(jù)，還有圖形數(shù)據(jù)，需將圖形進(jìn)行數(shù)字化處理，然后將數(shù)據(jù)輸入至數(shù)據(jù)庫中。

1.2 遙感圖像解譯

本次選擇的是某衛(wèi)星三期圖片，由于成像的時(shí)間差異，需要在遙感圖像處理軟件中分別解譯，首先進(jìn)行的是常規(guī)解譯，需要對(duì)遙感圖像進(jìn)行處理，包括了轉(zhuǎn)換格式、變換坐標(biāo)、幾何糾正等。

1.2.1 切割圖像

依據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象的實(shí)際面積，對(duì)遙感圖像進(jìn)行切割，比如，設(shè)定此次切割的坐標(biāo)為，左下角：X=610000，Y=3010000；右上角：X=604000，Y=2900000，完成切割后，獲取了三個(gè)圖形文件，設(shè)定為TM70，TM80，TM90。

1.2.2 圖形指數(shù)化

本次獲取的遙感圖像一共有7 個(gè)波段，在圖像指數(shù)化時(shí)，需依據(jù)圖像的實(shí)際應(yīng)用，針對(duì)不同波段的數(shù)據(jù)采用不同的圖像指數(shù)化計(jì)算方法，由于本文論述的是森林資源管理，應(yīng)依據(jù)植被光譜反射和土地覆蓋的情況，進(jìn)行圖像指數(shù)化的計(jì)算，具體公式如下：

通過公式計(jì)算得到TMVI 值后，將遙感圖像處理為16-bit unsigned 格式，使圖像可以在其他軟件中能被打開。從而使圖像切割獲取的三個(gè)圖形文件轉(zhuǎn)化為TMVI70、TMVI80、TMVI90。

1.2.3 圖像迭加

將處理好的三期圖像進(jìn)行迭加，以獲得森林資源在三個(gè)時(shí)期發(fā)生的變動(dòng)情況，三個(gè)時(shí)期的圖形文件要使用不同顏色進(jìn)行顯示，設(shè)定TMVI70 為RED，TMVI80 為GREEN，TMVI90 為BLUE，完成圖像配色后，將圖像迭加在同一坐標(biāo)系內(nèi)，就可通過顏色發(fā)生的變化，獲得森林資源在這三個(gè)時(shí)期的變化情況。

1.2.4 構(gòu)建色彩識(shí)別圖

借助森林資源調(diào)查獲取的地面數(shù)據(jù)，解讀迭加后帶有色彩的圖像，進(jìn)而運(yùn)用三期圖像構(gòu)建了森林資源變化色彩圖，用H 表示高色彩濃度，L 表示低色彩濃度，以此來構(gòu)建色彩是別圖。

2 無人機(jī)遙感技術(shù)在森林資源管理中的應(yīng)用

2.1 森林巡查

森林中的樹木、動(dòng)植物具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，違法人員為了自身的經(jīng)濟(jì)利益，亂砍濫伐、亂采亂挖，對(duì)森林資源造成損害，為了保護(hù)森林資源，林業(yè)部門會(huì)安排護(hù)林人員對(duì)森林進(jìn)行巡護(hù)，在巡護(hù)工作中，有固定的時(shí)間和路線，巡護(hù)的范圍有限，并且會(huì)受到森林中樹木植物的遮擋，而需要巡護(hù)的森林面積廣大，導(dǎo)致巡護(hù)工作不夠全面。在使用無人機(jī)進(jìn)行巡查后，可從空中對(duì)巡查區(qū)域進(jìn)行全面的巡護(hù)，無人機(jī)配備高清監(jiān)控設(shè)備，可實(shí)時(shí)將巡護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的圖像反饋給控制中心，并且也可收集違法人員損害森林的證據(jù)，以追究其法律責(zé)任。在評(píng)估森林資源遭受破壞的現(xiàn)況時(shí)，無人機(jī)可對(duì)破壞區(qū)域進(jìn)行正射拍攝，然后使用圖像處理軟件進(jìn)行加工，進(jìn)而形成高分辨率的航拍圖像，可對(duì)破壞區(qū)域進(jìn)行精確的勾繪、計(jì)算出實(shí)際的破壞面積，通過使用該方法，可以避免人工勾繪的誤差，并可在惡劣天氣下進(jìn)行該項(xiàng)工作，以為森林資源管理提供可靠的現(xiàn)場(chǎng)信息。

2.2 森林資源調(diào)查

森林中樹木種類豐富，但是內(nèi)部地形復(fù)雜，資源調(diào)查工作難度較大，調(diào)查的內(nèi)容包括了蓄積量、面積、營(yíng)林情況等，以往森林資源調(diào)查工作一般采用的是樣地法，并且還需要深入森林內(nèi)部進(jìn)行實(shí)地的測(cè)量，資源調(diào)查效率較慢，而且手工測(cè)量樹木胸徑，或者是使用測(cè)高器，結(jié)合數(shù)據(jù)模擬去預(yù)測(cè)樹木的高度，這些方法存在著一定的誤差，測(cè)量的精確度不夠。而使用無人機(jī)的遙感技術(shù)可以精確地獲得這些數(shù)據(jù)，以推進(jìn)森林資源管理的現(xiàn)代化、信息化發(fā)展。比如，運(yùn)用無人機(jī)航拍需要測(cè)量的林木，獲得的遙感圖像使用Pix4D Mapper 軟件進(jìn)行處理，然后構(gòu)建數(shù)字模型，獲取林木的實(shí)際高度?；蛘哳A(yù)測(cè)林木的生物量，通過無人機(jī)拍攝的高分辨率遙感影像，計(jì)算出樹冠面積，并評(píng)估單木生物量，根據(jù)實(shí)地測(cè)量的數(shù)據(jù)，構(gòu)建胸徑模型，然后可計(jì)算出生物量。無人機(jī)遙感技術(shù)通過航拍獲取遙感圖像，可作為森林資源分析調(diào)查的依據(jù)，可識(shí)別森林中的植被，估算生物量，為森林資源管理提供技術(shù)支持。

2.3 森林防火

森林火災(zāi)會(huì)對(duì)森林資源造成毀滅性的打擊，具有不可預(yù)測(cè)性，并且火災(zāi)救援難度非常大，森林大火一旦發(fā)生，將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至是導(dǎo)致人員的傷亡。森林深處很少有人類活動(dòng)，也是巡林員巡護(hù)不到的位置，借助無人機(jī)上的高清攝影設(shè)備和紅外線設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)森林深處的日常巡護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)起火點(diǎn)，為森林火災(zāi)處置和救援提供準(zhǔn)確的信息，提高了森林防火的工作效率。而且在火災(zāi)過后，可快速評(píng)估出火災(zāi)造成的森林資源損失。無人機(jī)遙感技術(shù)在森林火災(zāi)防護(hù)中的應(yīng)用具有成本低、監(jiān)測(cè)面積廣的特點(diǎn)，森林防火成效良好，比如，將無人機(jī)拍攝的遙感圖像格式轉(zhuǎn)換為HSV，然后選擇徑向基函數(shù)作為支持向量的核函數(shù)，以此來識(shí)別起火點(diǎn)，準(zhǔn)確度高達(dá)85%以上，而通過設(shè)定林火圖像閾值，與遙感圖像進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)比值超過0.08 時(shí)，則可確定為發(fā)生了森林火災(zāi)。

2.4 有害生物監(jiān)測(cè)

無人機(jī)遙感技術(shù)可獲取森林任何一個(gè)角度的高清圖像，使其在有害生物監(jiān)測(cè)中得到了普遍的應(yīng)用，目前，該項(xiàng)技術(shù)在監(jiān)測(cè)線蟲、薇甘菊方面取得了良好的效果。我國(guó)松林面積非常大，而線蟲對(duì)松林的危害極大，其被稱之為松樹的癌癥，現(xiàn)階段還無有效的治療與預(yù)防手段，一旦松林發(fā)生線蟲入侵，整個(gè)松林的損失將無法估計(jì)。因此，森林有害生物監(jiān)測(cè)工作需要做到實(shí)時(shí)、全面，利用無人機(jī)遙感技術(shù)對(duì)森林中樹木生存現(xiàn)狀進(jìn)行航拍，獲取高分辨率的航片，然后使用圖像處理軟件進(jìn)行處理，從中獲取樹木遭受病害侵害后的特征圖像，以確定樹木是否遭受到病害，并為病害防治提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。比如，研究人員使用ASD 野外光譜儀對(duì)林木進(jìn)行拍攝，獲得了線蟲侵害松樹后松樹不同階段的病態(tài)特征，以作為識(shí)別線蟲病害的依據(jù)。薇甘菊生長(zhǎng)速度快，具有很強(qiáng)的繁殖能力，入侵森林后，會(huì)對(duì)森林資源造成極大的破壞，使用無人機(jī)遙感技術(shù)，結(jié)合運(yùn)用RGB 波段運(yùn)算，以及聯(lián)合使用深度學(xué)習(xí)等方法，可找到該病害的發(fā)病源頭，評(píng)估出病害的覆蓋面積，進(jìn)而為森林病害防治提供可靠的數(shù)據(jù)信息。

3 結(jié)語

森林資源對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有促進(jìn)性的作用，本身其是可再生資源，由于人們的過度開發(fā)，或者是遭受火災(zāi)與病蟲害等的破壞后，影響到了森林資源的可再生能力，通過對(duì)森林資源的高質(zhì)量管理，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)森林資源的發(fā)展?fàn)顩r，確定森林資源樹木種類、生物量、優(yōu)勢(shì)樹種、造林情況等信息，以為森林資源管理提供依據(jù)，其中遙感技術(shù)的應(yīng)用，使森林資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)工作變得更加快捷，森林資源管理運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件、衛(wèi)星遙感圖像、無人機(jī)等，就可獲取精確的數(shù)據(jù)信息，提高了森林資源管理的現(xiàn)代化水平。