“3S”技術(shù)在橫峰縣森林資源管理中的實踐應(yīng)用

李桂林

摘 要 在當前智慧林業(yè)發(fā)展背景下，“3S”技術(shù)的應(yīng)用在森林資源調(diào)查和數(shù)據(jù)統(tǒng)計中發(fā)揮重要作用，有助于林業(yè)工作者動態(tài)性獲取并監(jiān)測林業(yè)資源。闡述森林資源管理和“3S”技術(shù)的基本概念與內(nèi)容，以江西省上饒市橫峰縣為例，分析“3S”技術(shù)在森林資源管理中的應(yīng)用優(yōu)勢，發(fā)現(xiàn)森林資源管理是一種具有組織性、決策性和目的性的活動，應(yīng)用“3S”技術(shù)可實現(xiàn)屬性因子與地圖調(diào)查的互動，自動求算小班面積，實時監(jiān)測森林狀態(tài)，便于應(yīng)急預(yù)警，推動森林資源調(diào)查項目走深走實。

關(guān)鍵詞 森林資源管理;“3S”技術(shù);實踐應(yīng)用;江西省上饒市橫峰縣

中圖分類號：S712;S757 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.16.074

《中國智慧林業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見》的出臺，標志著我國林業(yè)已經(jīng)逐漸步入了“數(shù)字林業(yè)”和“智慧林業(yè)”發(fā)展階段，為新時期林業(yè)現(xiàn)代化的實現(xiàn)奠定基礎(chǔ)?；诖?，文章以“3S”技術(shù)為例，分析“3S”技術(shù)在森林資源管理中的作用與優(yōu)勢，以此推動林業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型與升級，重塑林業(yè)系統(tǒng)管理機制，提高林業(yè)協(xié)同管理水平。

1 概念解讀

1.1 森林資源管理

森林資源管理是一種具有組織性、決策性和目的性的活動[1]。具體是指營林技術(shù)人員、外業(yè)調(diào)查人員按照上級部門的指示要求，對管轄區(qū)域內(nèi)森林資源進行更新、培育、調(diào)查、保護、管理、規(guī)劃和設(shè)計，其是衡量林業(yè)工作成效最重要的標志，也是林業(yè)生產(chǎn)的前提。橫峰縣森林資源管理的對象主要是縣域內(nèi)的森林環(huán)境、林地面積、森林資源質(zhì)量、森林內(nèi)野生動物;管理手段為現(xiàn)代化信息系統(tǒng)和信息平臺;管理內(nèi)容主要為橫峰縣林地林權(quán)、采伐消耗、采伐限額、造林更新檢查與驗收、隊伍建設(shè)、造林成效評估、森林生長因子、作業(yè)設(shè)計、林業(yè)生產(chǎn)條件、優(yōu)勢樹種調(diào)查、森林環(huán)境評價等。

1.2 “3S”技術(shù)

“3S”技術(shù)即“地理信息系統(tǒng)+遙感技術(shù)+全球定位系統(tǒng)”的總稱，將計算機技術(shù)、通訊技術(shù)相結(jié)合對空間信息進行采集、處理，三者在動態(tài)分析、信息收集整理更新、信息使用與管理等方面各具優(yōu)勢與特色，是環(huán)境科學研究的一個重要發(fā)展方向，為森林管理提供科學依據(jù)。

2 “3S”技術(shù)在森林資源管理中的應(yīng)用優(yōu)勢

“3S”技術(shù)經(jīng)常與PDA動態(tài)導(dǎo)航結(jié)合使用，在森林資源管理中發(fā)揮出以下優(yōu)勢與作用。

2.1 自動求算小班面積

橫峰縣森林資源小班調(diào)查主要涉及點狀小班、線狀小班和面狀小班這3個方面[2]。在小班區(qū)劃線閉合后，面狀小班自動產(chǎn)生“投影理論面積”，通過PDA編輯工具自動求出該圖形所圍面積，利用前期應(yīng)用“3S”技術(shù)獲得的資料將面積數(shù)據(jù)代入“屬性庫”中，如果需要平差，在給出寬度后，系統(tǒng)會自動得出線狀面積。而在傳統(tǒng)方式中，需求積儀、求算表，攜帶圖板等用具，操作煩瑣，平均一個林班用時約30 min，而利用“3S”技術(shù)與PDA動態(tài)導(dǎo)航相結(jié)合用時不到1 min，極大地提升了森林資源調(diào)查與管理的工作效率。

2.2 實現(xiàn)屬性因子與地圖調(diào)查的互動

在“3S”技術(shù)的應(yīng)用下，PDA中可直接記載橫峰縣森林資源林分和散生木的面積及平均直徑，采取電子地圖與屬性因子模版互動模式，雙軌制輸入調(diào)查屬性信息，避免傳統(tǒng)用小班卡片手工填寫，可防止漏項和出錯，由地圖界面直接進入屬性因子界面，之后自動獲取小班信息，輸入“樣地號”登錄，可獲取GPS實際坐標值。

2.3 實時監(jiān)測森林狀態(tài)，便于應(yīng)急預(yù)警

“3S”技術(shù)的應(yīng)用不僅可實現(xiàn)森林資源數(shù)據(jù)庫的一體化查詢，保證數(shù)據(jù)實時更新，還可對森林資源進行動態(tài)監(jiān)測[3]。例如，通過技術(shù)分析進行造林規(guī)劃，優(yōu)化森林資源整合，提高速生豐產(chǎn)林培育效率，提高造林設(shè)計科學性，增強林業(yè)設(shè)計水平，使封育設(shè)計更合理且更易實施。利用“3S”技術(shù)可對森林防火觀望塔通視性進行分析，技術(shù)人員輸入實時數(shù)據(jù)運行模型，實現(xiàn)對森林火險的及時預(yù)報，上級指揮部門按火災(zāi)狀況及時就近調(diào)集人員裝備，在森林防火撲救指揮系統(tǒng)的調(diào)動下進行撲火應(yīng)急部署。

3 “3S”技術(shù)在森林資源管理中的實踐應(yīng)用

橫峰縣位于上饒市西部，屬中亞熱帶季風濕潤氣候，整個橫峰縣境內(nèi)以低山丘陵為主，土層深厚、肥沃。該縣共有山地面積4萬余 hm2，且該地區(qū)氣候溫和、四季分明，大于等于10 ℃積溫為5 750 ℃，無霜期長，年日照時間1 789.9 h，因此較適合森林資源生長，林業(yè)用地約為413萬hm2。橫峰縣林業(yè)局根據(jù)機構(gòu)編制設(shè)定和實際工作需要，貫徹落實國家、省、市和縣有關(guān)森林生態(tài)環(huán)境建設(shè)有關(guān)政策，在營林生產(chǎn)計劃、組織營造林、森林撫育等方面取得突出成就。同時，上饒市橫峰縣在“十四五”開年，不斷響應(yīng)和貫徹落實“數(shù)字林業(yè)”政策，通過數(shù)字技術(shù)促進林長制工作走深做實，致力于實現(xiàn)全縣范圍網(wǎng)絡(luò)全覆蓋和全縣森林資源網(wǎng)格化管理，在現(xiàn)有林地“一張圖”基礎(chǔ)上，利用“3S”技術(shù)使得森林督查更加精準高效，方便快捷地掌控護林員巡山護林信息，實時監(jiān)測林地生長因子，最終實現(xiàn)“天上看、圖上比、地上巡”的工作目標?；诖?，文章以森林資源二類調(diào)查為例，總結(jié)“3S”技術(shù)在橫峰縣林業(yè)局森林資源二類調(diào)查工作中的應(yīng)用方法，以此助推各項林業(yè)建設(shè)。

3.1 調(diào)查樣點布設(shè)

在森林資源二類調(diào)查中，外業(yè)人員在原有林地區(qū)劃系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對己發(fā)生變化或原區(qū)劃不合理之處進行劃分，同時核對森林經(jīng)營單位境界線，調(diào)查各類林地面積，調(diào)查與森林資源有關(guān)的生態(tài)環(huán)境因素，計算現(xiàn)實林分森林生長量與消耗量，如果是場外造林，應(yīng)以分場為單位進行區(qū)劃調(diào)查，調(diào)查各類森林、林木蓄積情況。同時，在調(diào)查過程中應(yīng)將總體蓄積量抽樣控制精度維持在90%。生態(tài)公益林小班允許誤差采用等級B，主要調(diào)查因子允許誤差采用等級A[4]。

在本次橫峰縣林業(yè)局森林資源二類調(diào)查工作中，以總面積為抽樣總體，對樣本單元數(shù)進行計算，通過小班平均每公頃蓄積量標準差得到變動系數(shù)，之后計算樣點距，在萬分之一的地形圖上按公里網(wǎng)加密法，利用ArcGIS軟件完成，添加林場邊界，添加4張柵格地形圖并完成配準，做好林班邊界矢量圖層，將電子表（含有287個樣點坐標的電子表）中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖層中點對象，利用數(shù)據(jù)顯示得到系統(tǒng)抽樣樣點分布圖。在GPS樣點定位時，利用地形圖上標注的坐標計算樣地，利用手持GPS導(dǎo)航方法，測定平面直角橫坐標和縱坐標及海拔，采用公里網(wǎng)格加密的方法布設(shè)樣點，按照布點時計算出的樣點間距，按高斯平面直角坐標建立航點，實現(xiàn)GPS接收機坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。用GPS接收機進行存點操作，將海拔數(shù)據(jù)存入GPS接收機內(nèi)建立航點，之后以樣點為中心，用激光測高器測定其樹高、每公頃蓄積量。

3.2 二類調(diào)查小班區(qū)劃

在本次調(diào)查中采用林場、林班、小班三級區(qū)劃系統(tǒng)，按原有公益林區(qū)劃界定界線保持不變，建立目視解譯標志，采用全查法現(xiàn)地核實全部小班，對室內(nèi)目視解譯區(qū)劃與現(xiàn)地不符的小班進行現(xiàn)場重新區(qū)劃。1）根據(jù)橫峰縣林場衛(wèi)星影像圖上各森林分布特點，進入實地對照考察，填寫詳細的解譯標志表，根據(jù)不同樹種組、不同年齡組描述各種不同類型地塊顏色;根據(jù)不同郁閉度等級、不同土地種類描述不同紋理與形狀，并附上各地塊的衛(wèi)星影像典型樣片。2）安排2～3名有豐富調(diào)查經(jīng)驗的技術(shù)人員，對照目視解譯標志確定小班劃分方案，開始編輯小班面圖層，當判讀區(qū)劃結(jié)果一致率超過95%時，視為達到合格標準;無法達成統(tǒng)一意見的，應(yīng)該對5%不一致的小班進入現(xiàn)地對照核實[5]。3）進行小班面積計算，在未使用“3S”技術(shù)之前，一般采用透明方格點數(shù)法或求積儀法，而在“3S”技術(shù)的應(yīng)用下，可利用ArcGIS軟件計算小班面積，按實地驗證最終區(qū)劃結(jié)果，添加配準好的柵格地形圖，通過編輯工具條中的整形要素、裁剪面工具和編輯折點，判斷實地驗證最終區(qū)劃結(jié)果與外業(yè)工作手圖是否吻合。

同時應(yīng)該注意到，小班與小班相鄰之間可能存在縫隙和重疊區(qū)域，造成計算結(jié)果偏大或偏小，如果相對誤差在1%以內(nèi)，每個小班面積要乘以平差系數(shù)，通過該種方式進行平差，保證各小班平差后面積相加與林班控制面積一致即可。如橫峰縣林業(yè)局在調(diào)查某森林地塊時，將林地總面積分為10個小班，小班面積分別為6.4 hm2、1.5 hm2、4.5 hm2、14.8 hm2、

4.9 hm2、10.4 hm2、9.4 hm2、9.3 hm2、5.3 hm2、4.9 hm2，合計面積為71.4 hm2，控制面積為70.9 hm2，相對誤差為0.82%，之后測定平差系數(shù)并分別得出平差面積。

3.3 制作專題圖

二類調(diào)查外業(yè)工作結(jié)束后，技術(shù)人員應(yīng)制作專題圖，配準好柵格地形圖。如在制作林相圖時，在ArcMap中單擊添加按鈕，從上到下按點、線、面、底層順序添加小班、林班、林場線圖層，之后設(shè)置點線面樣式，將小班圖層顯示透明度設(shè)為35%;在制作布局視圖時，選擇元素工具點，單擊“視圖—布局視圖”菜單，右鍵單擊新圖框任一位置，向內(nèi)調(diào)整圖框四邊至適當位置，將地圖比例尺設(shè)置為1∶10 000。在制作森林分布圖時，以土地種類或優(yōu)勢樹種為依據(jù)，建立居民點圖層，添加構(gòu)成森林分布圖的所有圖層，按點、線、面從上到下對圖層進行排序，之后插入圖頭名稱、圖銜落款。值得注意的是，在制圖過程中應(yīng)注意林相圖、森林分布圖和基本圖的區(qū)別，基本圖以圖幅為單位出圖（疊加地形圖底圖），林相圖以鄉(xiāng)鎮(zhèn)或分場為單位出圖（不繪制小班界），而森林分布圖以林場為單位出圖（不疊加地形圖底圖），小班面圖層包含有一個屬性數(shù)據(jù)表。之后增加林相圖著色字段，解決境界線水平重疊問題，避免造成界線樣式?jīng)_突[6]。

3.4 應(yīng)用效果分析

根據(jù)外業(yè)質(zhì)量檢查統(tǒng)計，蓄積小班有12個，利用系統(tǒng)抽樣進行總體蓄積量抽樣控制，測定系統(tǒng)抽樣估計中間值，抽樣估計精度為95%，最終得出各類地類面積。在本次調(diào)查過程中，全場區(qū)劃總面積1 177.2 hm2，非林地面積4.5 hm2;按土地種類分，苗圃地面積23.6 hm2、灌木林地面積7.0 hm2、被占用林地面積10.5 hm2;全場活立木總蓄積量169 374 m3，其中混交林38 833 m3。在對優(yōu)勢樹種面積統(tǒng)計過程中，得出杉木類面積為10.2 hm2、速生桉384.9 hm2、馬尾松399.0 hm2、其他果木林2.3 hm2，并對優(yōu)勢樹種的林齡進行統(tǒng)計，得出幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林、過熟林的占比，最終得出近、成、過熟林的出材率等級分布。

在本次樣點布設(shè)環(huán)節(jié)中應(yīng)用了GIS技術(shù)，同時利用ArcGIS軟件制作樣點分布圖，并且在GPS導(dǎo)航定位技術(shù)的支持下，縮短布點時間，克服傳統(tǒng)地形圖目視定位缺點，縮小樣地定位誤差，定位精度高、觀測時間短，滿足長時間導(dǎo)航要求。與傳統(tǒng)地形圖小班區(qū)劃方法相比較，“3S”技術(shù)的應(yīng)用使小班區(qū)劃正確率達97.3%，保證面積計算的準確性，而且制作出的專題圖清晰、規(guī)范、美觀，應(yīng)用效果更好。

4 結(jié)語

“3S”技術(shù)在動態(tài)分析、信息收集整理更新、信息使用與管理等方面各具優(yōu)勢與特色，在營林生產(chǎn)計劃、組織營造林、森林撫育等方面應(yīng)用成效顯著。因此，技術(shù)人員應(yīng)從調(diào)查樣點布設(shè)、二類調(diào)查小班區(qū)劃、制作專題圖等方面，以林場為單位出圖，利用系統(tǒng)抽樣進行總體蓄積量抽樣控制，克服傳統(tǒng)地形圖目視定位缺點，縮小樣地定位誤差，不斷提高定位精度。

參考文獻：

[1] 張琦，萬志芳.林業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型對區(qū)域貢獻效率的實證研究：以黑龍江省為例[J].生態(tài)經(jīng)濟，2022，38（6）：131-136.

[2] 李群，劉基偉.林業(yè)生態(tài)、保護、產(chǎn)出及效率視角下的耦合協(xié)調(diào)性分析：基于中國31個?。▍^(qū)、市）面板數(shù)據(jù)的實證檢驗[J].林業(yè)經(jīng)濟，2022，44（3）：5-22.

[3] 戴娜娜.論林業(yè)建設(shè)中生態(tài)環(huán)境的調(diào)查、評價與區(qū)劃：評《森林立地質(zhì)量定量評價——理論 方法 應(yīng)用》[J].世界林業(yè)研究，2022，35（2）：135.

[4] 邢志斌，王培毅，伍剛.無人機圖像采集技術(shù)在森林防火中的應(yīng)用研究[J].消防界（電子版），2022，8（12）：56-58.

[5] 王楚虹，劉浩然，鐘浩，等.聯(lián)合UAV-LiDAR和HMLS技術(shù)的森林樣地點云數(shù)據(jù)融合[J].中南林業(yè)科技大學學報，2022，42（3）：26-38.

[6] 韓茜，梁濤，張曼玉，等.基于紅外相機技術(shù)的秋冬季城市森林公園獐的活動節(jié)律分析和生境選擇[J].生態(tài)學雜志，2022，41（5）：963-972.

（責任編輯：劉寧寧）