“3S”技術(shù)在橫峰縣森林資源管理中的實(shí)踐應(yīng)用

李桂林

（橫峰縣林業(yè)局，江西橫峰 334300）

《中國(guó)智慧林業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)》的出臺(tái)，標(biāo)志著我國(guó)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(shí)期林業(yè)現(xiàn)代化的實(shí)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(shì)，以此推動(dòng)林業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型與升級(jí)，重塑林業(yè)系統(tǒng)管理機(jī)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(dòng)[1]。具體是指營(yíng)林技術(shù)人員、外業(yè)調(diào)查人員按照上級(jí)部門(mén)的指示要求，對(duì)管轄區(qū)域內(nèi)森林資源進(jìn)行更新、培育、調(diào)查、保護(hù)、管理、規(guī)劃和設(shè)計(jì)，其是衡量林業(yè)工作成效最重要的標(biāo)志，也是林業(yè)生產(chǎn)的前提。橫峰縣森林資源管理的對(duì)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(dòng)物；管理手段為現(xiàn)代化信息系統(tǒng)和信息平臺(tái)；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(yàn)收、隊(duì)伍建設(shè)、造林成效評(píng)估、森林生長(zhǎng)因子、作業(yè)設(shè)計(jì)、林業(yè)生產(chǎn)條件、優(yōu)勢(shì)樹(shù)種調(diào)查、森林環(huán)境評(píng)價(jià)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(chēng)，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)相結(jié)合對(duì)空間信息進(jìn)行采集、處理，三者在動(dòng)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(shì)與特色，是環(huán)境科學(xué)研究的一個(gè)重要發(fā)展方向，為森林管理提供科學(xué)依據(jù)。

2 “3S”技術(shù)在森林資源管理中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

“3S”技術(shù)經(jīng)常與PDA 動(dòng)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(shì)與作用。

2.1 自動(dòng)求算小班面積

橫峰縣森林資源小班調(diào)查主要涉及點(diǎn)狀小班、線狀小班和面狀小班這3 個(gè)方面[2]。在小班區(qū)劃線閉合后，面狀小班自動(dòng)產(chǎn)生“投影理論面積”，通過(guò)PDA編輯工具自動(dòng)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(kù)”中，如果需要平差，在給出寬度后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)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(gè)林班用時(shí)約30 min，而利用“3S”技術(shù)與PDA 動(dòng)態(tài)導(dǎo)航相結(jié)合用時(shí)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(shí)現(xiàn)屬性因子與地圖調(diào)查的互動(dòng)

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(dòng)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(xiě)，可防止漏項(xiàng)和出錯(cuò)，由地圖界面直接進(jìn)入屬性因子界面，之后自動(dòng)獲取小班信息，輸入“樣地號(hào)”登錄，可獲取GPS實(shí)際坐標(biāo)值。

2.3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)森林資源數(shù)據(jù)庫(kù)的一體化查詢，保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，還可對(duì)森林資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[3]。例如，通過(guò)技術(shù)分析進(jìn)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(jì)科學(xué)性，增強(qiáng)林業(yè)設(shè)計(jì)水平，使封育設(shè)計(jì)更合理且更易實(shí)施。利用“3S”技術(shù)可對(duì)森林防火觀望塔通視性進(jìn)行分析，技術(shù)人員輸入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)運(yùn)行模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)森林火險(xiǎn)的及時(shí)預(yù)報(bào)，上級(jí)指揮部門(mén)按火災(zāi)狀況及時(shí)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(dòng)下進(jìn)行撲火應(yīng)急部署。

3 “3S”技術(shù)在森林資源管理中的實(shí)踐應(yīng)用

橫峰縣位于上饒市西部，屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，整個(gè)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(wàn)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(wú)霜期長(zhǎng)，年日照時(shí)間1 789.9 h，因此較適合森林資源生長(zhǎng)，林業(yè)用地約為413 萬(wàn)hm2。橫峰縣林業(yè)局根據(jù)機(jī)構(gòu)編制設(shè)定和實(shí)際工作需要，貫徹落實(shí)國(guó)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(yíng)林生產(chǎn)計(jì)劃、組織營(yíng)造林、森林撫育等方面取得突出成就。同時(shí)，上饒市橫峰縣在“十四五”開(kāi)年，不斷響應(yīng)和貫徹落實(shí)“數(shù)字林業(yè)”政策，通過(guò)數(shù)字技術(shù)促進(jìn)林長(zhǎng)制工作走深做實(shí)，致力于實(shí)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(zhǔn)高效，方便快捷地掌控護(hù)林員巡山護(hù)林信息，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)林地生長(zhǎng)因子，最終實(shí)現(xiàn)“天上看、圖上比、地上巡”的工作目標(biāo)?；诖?，文章以森林資源二類(lèi)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(lèi)調(diào)查工作中的應(yīng)用方法，以此助推各項(xiàng)林業(yè)建設(shè)。

3.1 調(diào)查樣點(diǎn)布設(shè)

在森林資源二類(lèi)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(duì)己發(fā)生變化或原區(qū)劃不合理之處進(jìn)行劃分，同時(shí)核對(duì)森林經(jīng)營(yíng)單位境界線，調(diào)查各類(lèi)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(jì)算現(xiàn)實(shí)林分森林生長(zhǎng)量與消耗量，如果是場(chǎng)外造林，應(yīng)以分場(chǎng)為單位進(jìn)行區(qū)劃調(diào)查，調(diào)查各類(lèi)森林、林木蓄積情況。同時(shí)，在調(diào)查過(guò)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(jí)B，主要調(diào)查因子允許誤差采用等級(jí)A[4]。

在本次橫峰縣林業(yè)局森林資源二類(lèi)調(diào)查工作中，以總面積為抽樣總體，對(duì)樣本單元數(shù)進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)小班平均每公頃蓄積量標(biāo)準(zhǔn)差得到變動(dòng)系數(shù)，之后計(jì)算樣點(diǎn)距，在萬(wàn)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(chǎng)邊界，添加4 張柵格地形圖并完成配準(zhǔn)，做好林班邊界矢量圖層，將電子表（含有287 個(gè)樣點(diǎn)坐標(biāo)的電子表）中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖層中點(diǎn)對(duì)象，利用數(shù)據(jù)顯示得到系統(tǒng)抽樣樣點(diǎn)分布圖。在GPS 樣點(diǎn)定位時(shí)，利用地形圖上標(biāo)注的坐標(biāo)計(jì)算樣地，利用手持GPS 導(dǎo)航方法，測(cè)定平面直角橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)及海拔，采用公里網(wǎng)格加密的方法布設(shè)樣點(diǎn)，按照布點(diǎn)時(shí)計(jì)算出的樣點(diǎn)間距，按高斯平面直角坐標(biāo)建立航點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)GPS 接收機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。用GPS 接收機(jī)進(jìn)行存點(diǎn)操作，將海拔數(shù)據(jù)存入GPS 接收機(jī)內(nèi)建立航點(diǎn)，之后以樣點(diǎn)為中心，用激光測(cè)高器測(cè)定其樹(shù)高、每公頃蓄積量。

3.2 二類(lèi)調(diào)查小班區(qū)劃

在本次調(diào)查中采用林場(chǎng)、林班、小班三級(jí)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(biāo)志，采用全查法現(xiàn)地核實(shí)全部小班，對(duì)室內(nèi)目視解譯區(qū)劃與現(xiàn)地不符的小班進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)重新區(qū)劃。1）根據(jù)橫峰縣林場(chǎng)衛(wèi)星影像圖上各森林分布特點(diǎn)，進(jìn)入實(shí)地對(duì)照考察，填寫(xiě)詳細(xì)的解譯標(biāo)志表，根據(jù)不同樹(shù)種組、不同年齡組描述各種不同類(lèi)型地塊顏色；根據(jù)不同郁閉度等級(jí)、不同土地種類(lèi)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(yàn)的技術(shù)人員，對(duì)照目視解譯標(biāo)志確定小班劃分方案，開(kāi)始編輯小班面圖層，當(dāng)判讀區(qū)劃結(jié)果一致率超過(guò)95%時(shí)，視為達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)；無(wú)法達(dá)成統(tǒng)一意見(jiàn)的，應(yīng)該對(duì)5%不一致的小班進(jìn)入現(xiàn)地對(duì)照核實(shí)[5]。3）進(jìn)行小班面積計(jì)算，在未使用“3S”技術(shù)之前，一般采用透明方格點(diǎn)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(jì)算小班面積，按實(shí)地驗(yàn)證最終區(qū)劃結(jié)果，添加配準(zhǔn)好的柵格地形圖，通過(guò)編輯工具條中的整形要素、裁剪面工具和編輯折點(diǎn)，判斷實(shí)地驗(yàn)證最終區(qū)劃結(jié)果與外業(yè)工作手圖是否吻合。

同時(shí)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(jì)算結(jié)果偏大或偏小，如果相對(duì)誤差在1%以內(nèi)，每個(gè)小班面積要乘以平差系數(shù)，通過(guò)該種方式進(jìn)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(shí)，將林地總面積分為10 個(gè)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(jì)面積為71.4 hm2，控制面積為70.9 hm2，相對(duì)誤差為0.82%，之后測(cè)定平差系數(shù)并分別得出平差面積。

3.3 制作專(zhuān)題圖

二類(lèi)調(diào)查外業(yè)工作結(jié)束后，技術(shù)人員應(yīng)制作專(zhuān)題圖，配準(zhǔn)好柵格地形圖。如在制作林相圖時(shí)，在ArcMap 中單擊添加按鈕，從上到下按點(diǎn)、線、面、底層順序添加小班、林班、林場(chǎng)線圖層，之后設(shè)置點(diǎn)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(shí)，選擇元素工具點(diǎn)，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(dāng)位置，將地圖比例尺設(shè)置為1 ∶10 000。在制作森林分布圖時(shí)，以土地種類(lèi)或優(yōu)勢(shì)樹(shù)種為依據(jù)，建立居民點(diǎn)圖層，添加構(gòu)成森林分布圖的所有圖層，按點(diǎn)、線、面從上到下對(duì)圖層進(jìn)行排序，之后插入圖頭名稱(chēng)、圖銜落款。值得注意的是，在制圖過(guò)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(chǎng)為單位出圖（不繪制小班界），而森林分布圖以林場(chǎng)為單位出圖（不疊加地形圖底圖），小班面圖層包含有一個(gè)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(wèn)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(jì)，蓄積小班有12 個(gè)，利用系統(tǒng)抽樣進(jìn)行總體蓄積量抽樣控制，測(cè)定系統(tǒng)抽樣估計(jì)中間值，抽樣估計(jì)精度為95%，最終得出各類(lèi)地類(lèi)面積。在本次調(diào)查過(guò)程中，全場(chǎng)區(qū)劃總面積1 177.2 hm2，非林地面積4.5 hm2；按土地種類(lèi)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(chǎng)活立木總蓄積量169 374 m3，其中混交林38 833 m3。在對(duì)優(yōu)勢(shì)樹(shù)種面積統(tǒng)計(jì)過(guò)程中，得出杉木類(lèi)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(duì)優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的林齡進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林、過(guò)熟林的占比，最終得出近、成、過(guò)熟林的出材率等級(jí)分布。

在本次樣點(diǎn)布設(shè)環(huán)節(jié)中應(yīng)用了GIS 技術(shù)，同時(shí)利用ArcGIS 軟件制作樣點(diǎn)分布圖，并且在GPS 導(dǎo)航定位技術(shù)的支持下，縮短布點(diǎn)時(shí)間，克服傳統(tǒng)地形圖目視定位缺點(diǎn)，縮小樣地定位誤差，定位精度高、觀測(cè)時(shí)間短，滿足長(zhǎng)時(shí)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(dá)97.3%，保證面積計(jì)算的準(zhǔn)確性，而且制作出的專(zhuān)題圖清晰、規(guī)范、美觀，應(yīng)用效果更好。

4 結(jié)語(yǔ)

“3S”技術(shù)在動(dòng)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(shì)與特色，在營(yíng)林生產(chǎn)計(jì)劃、組織營(yíng)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(diǎn)布設(shè)、二類(lèi)調(diào)查小班區(qū)劃、制作專(zhuān)題圖等方面，以林場(chǎng)為單位出圖，利用系統(tǒng)抽樣進(jìn)行總體蓄積量抽樣控制，克服傳統(tǒng)地形圖目視定位缺點(diǎn)，縮小樣地定位誤差，不斷提高定位精度。