3S技術(shù)在森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查中的應(yīng)用

賴宇燕

(廣東省嶺南綜合勘察設(shè)計(jì)院，廣州 510000)

為適應(yīng)國(guó)內(nèi)林業(yè)建設(shè)的總體節(jié)奏，應(yīng)當(dāng)針對(duì)森林資源的現(xiàn)有及未來(lái)規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)行調(diào)查分析，并落實(shí)由數(shù)據(jù)至技術(shù)層面的轉(zhuǎn)化升級(jí)。運(yùn)用3S技術(shù)能切實(shí)適應(yīng)設(shè)計(jì)調(diào)查需求，繼而提高工作效率，推動(dòng)管理行為的自動(dòng)化程度。

1 3S技術(shù)

1.1 遙感技術(shù)

“遙感”表示在不發(fā)生接觸的狀況下，對(duì)具體對(duì)象實(shí)行遠(yuǎn)距離感知的技術(shù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在高空或外層環(huán)境的各類平臺(tái)上，借助傳感裝置采集地表特征反映出的各類信息，通過(guò)傳送及變換、處理方式，提煉出有價(jià)值的數(shù)據(jù)內(nèi)容，以滿足對(duì)空間形態(tài)及各類參數(shù)和環(huán)境之間內(nèi)在聯(lián)系的研究需要。遙感技術(shù)逐漸成熟，讓有關(guān)的研究課題也層出不窮，廣譜及空間分辨率等信息也被多個(gè)領(lǐng)域所應(yīng)用，并把數(shù)據(jù)處理和相應(yīng)的專業(yè)應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)。目前在林業(yè)、水文及地理等多類研究項(xiàng)目中均有使用，并創(chuàng)造出較高的經(jīng)濟(jì)效益。不同專業(yè)領(lǐng)域結(jié)合專業(yè)特征，借助特定遙感信息，分析所在領(lǐng)域的運(yùn)用規(guī)律與技術(shù)手段。對(duì)此，以應(yīng)用層面為突破口，對(duì)遙感技術(shù)加以分析，完善該項(xiàng)技術(shù)。

1.2 地理信息系統(tǒng)

該系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱為GIS，在上世紀(jì)便已出現(xiàn)，可將各類數(shù)據(jù)和地理位置、視圖融合起來(lái)，涉及的學(xué)科包含地理、幾何等，實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)的集約化，依托于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)采集及顯示、分析等。GIS在計(jì)算機(jī)及有關(guān)技術(shù)的發(fā)展中，其實(shí)際運(yùn)用程度隨之深化，運(yùn)用范圍也有所擴(kuò)張。GIS可貢獻(xiàn)的功能包括：首先是空間數(shù)據(jù)輸入，在應(yīng)用GIS時(shí)，對(duì)其資本投入量至少達(dá)到總數(shù)的70%，而數(shù)據(jù)輸入一般是將普通的地理信息調(diào)整成數(shù)字化的形式。如今，人工處理方式比較常見，并且掃描信息化和有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)也在逐漸完善中，并實(shí)現(xiàn)商品化。其次，存儲(chǔ)及檢索，以往的GIS把空間與屬性信息獨(dú)立管理，前者使用文件系統(tǒng)，后者利用數(shù)據(jù)庫(kù)。而為改善存儲(chǔ)條件，讓空間數(shù)據(jù)能構(gòu)成用戶/服務(wù)器模式的就是引擎技術(shù)，如今有關(guān)廠商及企業(yè)均推出處理計(jì)劃。再次，數(shù)據(jù)分析及處理，該子系統(tǒng)會(huì)結(jié)合客戶需要，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類空間的數(shù)據(jù)處理，包括疊加等，可輸出分析模型。其中，空間分析為GIS的核心部分，同時(shí)也是該系統(tǒng)的突出特點(diǎn)。目前，在商業(yè)系統(tǒng)內(nèi)，依舊無(wú)兼容性極高的程序或模型工具。最后，數(shù)據(jù)輸出，GIS可向外提供不同形式的數(shù)據(jù)資料，此種界定能直接排除諸多軟件系統(tǒng)。比如，機(jī)械工程項(xiàng)目會(huì)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中應(yīng)用CAD，但其缺少拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所以也不屬于GIS范疇。GIS有別于常規(guī)的系統(tǒng)，既擁有空間分布特征以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間的多項(xiàng)處理，又能形成新數(shù)據(jù)，達(dá)到全局分析的效果，可供決策管理[1]。

1.3 全球定位系統(tǒng)

該系統(tǒng)是人們熟知的GPS全球定位系統(tǒng)，通過(guò)衛(wèi)星信號(hào)獲取地面上的準(zhǔn)確點(diǎn)位信息，實(shí)現(xiàn)全球化及全天候的工作狀態(tài)，輸出三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。其最早出現(xiàn)在上世紀(jì)中期，用于軍事。

2 研究區(qū)概況

2.1 客觀條件

2.1.1 地理位置

研究區(qū)地處廣東省的西南部，地理坐標(biāo)是110°40′36″～111°40′39″E，22°11′16″～22°42′26″N。和羅定市、陽(yáng)春市、高州市、北流市等毗鄰。整體形狀比較狹長(zhǎng)，形似靈龜，東西方向長(zhǎng)度是102.7 km，南北寬度為57.6 km。

2.1.2 交通情況

研究區(qū)的交通狀況較好，鄉(xiāng)村公路整體為放射狀，可謂是四通八達(dá)。并且市區(qū)部署3個(gè)客運(yùn)站，有鐵路交通經(jīng)過(guò)，本市路段長(zhǎng)53 km左右，當(dāng)前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)交通化運(yùn)營(yíng)的模式。

2.1.3 地形地貌

研究區(qū)多是山地，且地勢(shì)整體呈東北高、西南低的特點(diǎn)。區(qū)域內(nèi)有諸多山嶺，海拔從50～1 704 m不等。其中超過(guò)千米的山嶺多達(dá)數(shù)十座，最高點(diǎn)為大田頂，最低點(diǎn)是溫屋河尾。

2.1.4 水文氣候

研究區(qū)水資源豐富，是諸條河流的發(fā)源地。區(qū)域內(nèi)的集雨面積超過(guò)100 m2，河流多達(dá)12條。分水嶺是西北-東南走向，河流有鑒江水系與珠江水系。自然條件較好，位于亞熱帶季風(fēng)區(qū)，并兼顧山區(qū)氣候，夏熱冬涼，有明顯的四季之分。雖然降水量豐富，但分布不均，年均氣溫能達(dá)到22.6℃。

2.2 森林經(jīng)營(yíng)狀況

2005年，研究區(qū)的林業(yè)用地達(dá)到206 105.5 hm2，其中商品林占據(jù)73.47%，其余為公益林。若按照地類進(jìn)行分類，林地面積占據(jù)92.68%、疏林地僅有0.22%、灌木林的面積是2.31%左右，還有未建成的林地以及輔助性生產(chǎn)用地，商品林大部分為用材林。如今，森林蓄積量達(dá)到10 606 354 m3，喬木林占比在95.33%左右。研究區(qū)內(nèi)林木總生長(zhǎng)情況是519 437 m3，平均價(jià)生產(chǎn)率為4.90%，森林覆蓋率達(dá)到66.40%。

3 3S技術(shù)在森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查中的應(yīng)用分析

3.1 研究?jī)?nèi)容與方式

使用3S技術(shù)對(duì)研究區(qū)當(dāng)前森林資源的實(shí)際規(guī)劃情況加以分析，此過(guò)程著重分析數(shù)據(jù)采集技術(shù)，并側(cè)重于遙感數(shù)據(jù)。設(shè)置相關(guān)管理系統(tǒng)，明確功能規(guī)劃及邏輯設(shè)計(jì)。研究方式包括數(shù)據(jù)采集、整理、精度把控及管理系統(tǒng)編制等。

3.2 數(shù)據(jù)分類及構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)

3.2.1 空間數(shù)據(jù)

空間數(shù)據(jù)可分成基礎(chǔ)與專題兩個(gè)部分。前者涉及到正射影像及柵格地圖、高程模型。其中，正射影像具備形成周期短、數(shù)據(jù)量與直觀性的特征，有明顯可判讀性。該課題研究使用衛(wèi)星遙感信息，是主要的分析來(lái)源。在設(shè)計(jì)調(diào)查期間，高清的遙感圖像極為重要，邊界清晰、高分辨率、可供信息處理與提取等功能。而柵格地圖是在原本紙張為承載物的地圖資料上，通過(guò)全面掃描及合理化調(diào)整，生成數(shù)字化地圖，有極高的幾何精度，且造價(jià)不高。其可以用在對(duì)遙感信息糾正及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集等工作上；高程模型則是用于描述地表起伏情況的信息集合；專題數(shù)據(jù)則包括柵格信息與矢量信息兩類。其中，前者是行政劃分格局、土地使用情況及森林資源的分布狀況等。矢量信息則涉及到研究區(qū)的位置、整體形態(tài)及空間聯(lián)系等，突出特點(diǎn)是空間點(diǎn)位、幾何類型以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，三者的功能分別對(duì)應(yīng)：對(duì)象處于坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)的方位、研究對(duì)象形狀、表示各實(shí)體間的位置對(duì)應(yīng)關(guān)系。此類信息能分成點(diǎn)線面三種，其中“點(diǎn)”代表地理空間上的實(shí)體，涉及到高程點(diǎn)、河流、小班注記等?！熬€”采用線描繪研究對(duì)象的形狀及立體空間上的實(shí)體，涉及到行政區(qū)域分界線、線形河流等。“面”是指有幾何形狀的研究實(shí)體，如小班畫及居民區(qū)等[2]。

3.2.2 屬性數(shù)據(jù)

此類信息包含小班的調(diào)查因子信息庫(kù)、文檔信息與圖片數(shù)據(jù)等。其中小班因子有鄉(xiāng)、村及林班等，還有研究區(qū)地貌、坡向等立地?cái)?shù)據(jù)，樹木品種、齡組等屬于測(cè)樹因子。另外，作業(yè)年度及保護(hù)級(jí)別、工程類別等歸納到其他因子中。文檔資料反映社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況、現(xiàn)行法律及項(xiàng)目管理資料等。圖片數(shù)據(jù)能反映出研究區(qū)的實(shí)物情況，借助遙感技術(shù)，輸出地表形態(tài)最直觀的信息，一般采用柵格存儲(chǔ)形式。

3.2.3 管理方式

為提升系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的效率，需要?jiǎng)澐盅芯抠Y源各種數(shù)據(jù)并采取差異化的管理方式，讓所有數(shù)據(jù)聚能得到充分運(yùn)用。在設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)期間，各個(gè)類別都需借助有關(guān)軟件程序設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)軟件程序完成管理操作，并且由此形成的數(shù)據(jù)資料也能被其他軟件應(yīng)用。

3.2.4 構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，分成圖像、圖形信息、小班調(diào)查信息和輔助信息四個(gè)模塊，利用數(shù)據(jù)集約，構(gòu)成數(shù)據(jù)庫(kù)。其中，圖像數(shù)據(jù)庫(kù)以圖像資料為基礎(chǔ)信息，其負(fù)責(zé)根據(jù)設(shè)計(jì)調(diào)查工作的現(xiàn)實(shí)需求，處理圖像資料，并構(gòu)建完整的圖像庫(kù)。圖形數(shù)據(jù)庫(kù)是GIS中極為關(guān)鍵的部分，關(guān)系到之后的分析質(zhì)量。該數(shù)據(jù)庫(kù)需要完成圖形信息采集以及整理編輯等，所有步驟均需經(jīng)過(guò)嚴(yán)格把控，實(shí)現(xiàn)精確處理，避免發(fā)生人為誤差。

3.2.5 數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)模型對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用性能有較大的影響，其負(fù)責(zé)表示是研究實(shí)體和對(duì)應(yīng)的關(guān)系模型，抽象描繪研究對(duì)象。目前常見的數(shù)據(jù)模型分成兩種，即面向空間對(duì)象；表示空間實(shí)物有關(guān)的屬性特點(diǎn)。二者通常是分開保存，前者采用圖片保存，后者則使用數(shù)據(jù)庫(kù)及文件等[3]。

3.2.6 數(shù)據(jù)組織

數(shù)據(jù)信息基于原本的特征，可分出遙感、圖形以及屬性等，該系統(tǒng)運(yùn)行中，采用常規(guī)的分類管理形式，屬性資料也是按照標(biāo)準(zhǔn)化的信息保存；圖形資料采取“層”的模式完成分類管理，并直接形成拓?fù)渎?lián)系；遙感信息通過(guò)地理映射后，成為獨(dú)立層，采用柵格模式保存，圖片數(shù)據(jù)與其相同。需要注意的是，空間信息和屬性資料應(yīng)當(dāng)分開保存，并借助編碼維系各類數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)關(guān)系

3.3 管理系統(tǒng)構(gòu)建

3.3.1 需求分析

該系統(tǒng)是基于GIS，圍繞數(shù)據(jù)庫(kù)管理，搭配遙感及定位等技術(shù)，以研究區(qū)的森林資源情況加以分析，提高對(duì)當(dāng)?shù)厣仲Y源管理與附屬設(shè)施等的管理水平，幫助有關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行管理決策。該系統(tǒng)設(shè)置意圖是為主動(dòng)運(yùn)用現(xiàn)有的科技與各類信息技術(shù)，探求符合本地的森林管理模式和推動(dòng)服務(wù)工作的信息化建設(shè)路徑，將森林資源的有關(guān)數(shù)據(jù)作為連接渠道，借助網(wǎng)絡(luò)推動(dòng)各部門的集約化程度，圍繞信息管理及資源設(shè)計(jì)規(guī)劃，形成資源管理系統(tǒng)。另外，此系統(tǒng)的構(gòu)建需解決一系列的問(wèn)題，如資源分析，基于采集到的專題信息，找出其中蘊(yùn)含的內(nèi)在聯(lián)系，繼而確定森林資源的生長(zhǎng)空間規(guī)律。

3.3.2 功能設(shè)計(jì)

一是顯示功能，借助計(jì)算機(jī)屏幕輸出圖形及圖像資料，與對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)信息。二是查詢功能，技術(shù)員通過(guò)操作系統(tǒng)可以查找調(diào)查活動(dòng)數(shù)據(jù)及空間資料、各類數(shù)據(jù)內(nèi)在聯(lián)系等，可供圖形與屬性之間的雙向查找。三是文件管理，可完成各類文件管理需要，實(shí)現(xiàn)文件數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)同步，可基于資料的時(shí)間及類型等完成索引查找。四是統(tǒng)計(jì)及分析，負(fù)責(zé)輸出森林資源和調(diào)查資料的統(tǒng)計(jì)與分析結(jié)果，為相關(guān)管理人員提供各項(xiàng)報(bào)表資料及信息。系統(tǒng)普通用戶能開展信息統(tǒng)計(jì)與空間數(shù)據(jù)分析等，以整理出自身所需的資料。而系統(tǒng)的管理用戶能開展完整的信息統(tǒng)計(jì)分析，并完成資料加工，加大數(shù)據(jù)深度及廣度。五是分析和評(píng)價(jià)。根據(jù)基本數(shù)據(jù)，借助信息和技術(shù)手段、評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)等，完成對(duì)現(xiàn)有資源的整體評(píng)價(jià)，系統(tǒng)則通過(guò)資源分布圖等承載方式，參與到正常的管理任務(wù)中。六是輸出功能，系統(tǒng)基于用戶需要，輸出有關(guān)的森林資源數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)方式多樣化，能適應(yīng)多種數(shù)據(jù)使用要求。

3.3.3 界面設(shè)計(jì)

其一，檔案管理模塊，包含研究區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)形態(tài)、法律法規(guī)等，可進(jìn)行添加及編輯等操作，并能動(dòng)態(tài)更新文件信息。其二，數(shù)據(jù)源庫(kù)，負(fù)責(zé)各類遙感數(shù)據(jù)、蓄積情況等資料的管理，提供正常的數(shù)據(jù)使用操作功能。其三，信息管理模塊，包括屬性數(shù)據(jù)及空間數(shù)據(jù)。此外，還有成果圖模塊、電子沙盤、圖形分析及成果輸出等。

3.4 3S技術(shù)的使用效益

一方面，經(jīng)濟(jì)效益。此項(xiàng)技術(shù)的推廣使用中，使得森林資源的調(diào)查任務(wù)得到較好的改進(jìn)成效，減少調(diào)查時(shí)長(zhǎng)，并提升區(qū)域劃分的精度，節(jié)約部分活動(dòng)工作費(fèi)用，由此節(jié)省下來(lái)的管理經(jīng)費(fèi)是極為可觀的額度。另外，管理系統(tǒng)與各類專項(xiàng)系統(tǒng)的有效運(yùn)用能提升對(duì)森林資源的管理效果，該系統(tǒng)需要在設(shè)計(jì)調(diào)查前后進(jìn)行完整性構(gòu)建。另一方面，社會(huì)效益。有助于提高森林資源的分配效果，并增強(qiáng)管理決策水平，優(yōu)化從業(yè)者的個(gè)人能力，促使林業(yè)得到科技型發(fā)展[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

把3S技術(shù)融入到森林資源的有關(guān)調(diào)查任務(wù)中，可以提高采集數(shù)據(jù)與更新資料的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。通過(guò)遙感技術(shù)獲取相關(guān)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，借助定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)整理，繼而對(duì)所掌握的資料實(shí)行全面性分析，為森林資源今后的合理化利用奠定基礎(chǔ)。