3S技術(shù)在森林資源監(jiān)測中的應(yīng)用研究

黃 超

（云南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院營林分院，云南 昆明 650021）

1.3S技術(shù)概述

1.1 RS遙感技術(shù)

RS遙感技術(shù)在3S技術(shù)中發(fā)揮關(guān)鍵性作用，主要是借助于衛(wèi)星上搭載的傳感器(遙感器)，根據(jù)地表物體的電磁波輻射，反射特性進行非接觸的、遠距離探測。在實際應(yīng)用過程中，遙感技術(shù)的工作內(nèi)容就是信息收集，利用電磁波的反射原理，收集測量區(qū)域內(nèi)的相關(guān)信息，保障后續(xù)工作得到順利開展?，F(xiàn)如今，信息化技術(shù)發(fā)展迅猛，保證測繪工作得到高效開展。有了RS遙感技術(shù)的有力支撐，能夠結(jié)合測量區(qū)域的實際狀況選擇人造衛(wèi)星或飛機。

1.2 GIS地理信息系統(tǒng)

GIS技術(shù)，即地理信息系統(tǒng)，指利用計算機軟、硬件技術(shù)，對空間中的地理數(shù)據(jù)進行采集、儲存、運算、分析、管理的技術(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在3S的整體應(yīng)用過程中主要是發(fā)揮輔助性作用。地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中儲存有大量的信息，應(yīng)用價值極強，在完成某一區(qū)域的測量工作后，就可以通過GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，對該區(qū)域內(nèi)的具體地理信息進行檢索，以便對后續(xù)工作做出合理安排。對于地理信息系統(tǒng)來說，擁有強大的信息數(shù)據(jù)處理能力，只需將收集的數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中，就可以進行數(shù)據(jù)分析了。當(dāng)前，現(xiàn)代信息化技術(shù)不斷進步，賦予了GIS可視化的功能，如果將其應(yīng)用到林業(yè)資源的監(jiān)測管理過程中，就能幫助管理部門更加高效地開展相關(guān)工作。

1.3 GPS全球定位系統(tǒng)

GPS全球定位系統(tǒng)推出以后，就在國防、交通以及建筑等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。GPS技術(shù)主要是利用衛(wèi)星，準(zhǔn)確獲取所在具體位置，并在移動端設(shè)備中予以顯示，經(jīng)過不斷地改進與完善，GPS定位越來越精準(zhǔn)，誤差大大縮小。整個系統(tǒng)主要包括衛(wèi)星部分、地面接收部分以及用戶終端三部分，借助于GPS技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)實時定位、勘界、測距以及收集矢量數(shù)據(jù)。

2.3S技術(shù)的發(fā)展特點及其問題

2.1 應(yīng)用特點

近年來，得益于信息技術(shù)的發(fā)展，森林資源監(jiān)測技術(shù)得到了進一步發(fā)展與創(chuàng)新，其發(fā)展總體上呈現(xiàn)出如下的發(fā)展特點：一是技術(shù)的綜合性。對于森林資源監(jiān)測技術(shù)而言，是由多種技術(shù)、多種學(xué)科綜合而成的，并非是一個單一的技術(shù)。它集GIS與空間分析、航空攝影判讀、GPS、衛(wèi)星遙感、抽樣技術(shù)、數(shù)據(jù)建模、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等于一身，形成了森林資源監(jiān)測的一體化技術(shù)。二是數(shù)據(jù)的多樣性。在新的時期，開展森林調(diào)查監(jiān)測工作，是為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，監(jiān)測內(nèi)容不僅涉及森林資源，還會涉及生態(tài)環(huán)境，調(diào)查監(jiān)測的數(shù)據(jù)也是多樣的。三是信息的時效性。由于森林資源具有廣闊的空間分布，且具有動態(tài)的時間分布，所以，森林監(jiān)測對時效性的要求比較高。發(fā)揮衛(wèi)星遙感的技術(shù)優(yōu)勢，能夠快速收集數(shù)據(jù)，使得森林資源監(jiān)測信息滿足時效性的要求，尤其是時間分辨率、空間分辨率上，得到了有效提升，再加上傳輸技術(shù)的進步，進一步保證了監(jiān)測的時效性。四是成果的共享性。隨著計算機與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷進步，對于GPS采集的數(shù)據(jù)信息和遙感技術(shù)獲取的圖像信息，就可以運用GIS軟件進行處理，然后發(fā)布于網(wǎng)絡(luò)上，方便不同的用戶使用，促進了森林資源調(diào)查監(jiān)測信息的共享。

2.2 存在的問題

通過3S集成技術(shù)的應(yīng)用，使得森林資源與環(huán)境監(jiān)測更加現(xiàn)代化和數(shù)字化，時效性也得到了顯著提升，在其應(yīng)用過程中，仍然存在一些問題。第一，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。一方面由于衛(wèi)星（飛機）搭載了不同的傳感器，采用了不同的數(shù)據(jù)采集方式，導(dǎo)致了監(jiān)測影像在空間、時間、波段、分辨率、數(shù)據(jù)存儲格式方面都存在不統(tǒng)一。另一方面，目前能夠處理空間數(shù)據(jù)的軟件眾多，數(shù)據(jù)存儲格式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也存在不同。如何建立一個統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，能夠兼容不同數(shù)據(jù)的地理信息數(shù)據(jù)庫是未來3S技術(shù)發(fā)展的一個重要目標(biāo)。第二，數(shù)據(jù)的存儲、壓縮技術(shù)已經(jīng)跟不上3S的發(fā)展速度。隨著人們對高精度數(shù)據(jù)的需求日益提高，空間數(shù)據(jù)的采集手段也在不斷更新，衛(wèi)星影像精度已從20世紀(jì)的幾十米，發(fā)展到如今的亞米級別，各種空間數(shù)據(jù)都呈爆炸式增長。而目前計算機存儲技術(shù)發(fā)展較為緩慢，當(dāng)海量的空間數(shù)據(jù)容納不下時，如何高效地存儲、壓縮數(shù)據(jù)就成了當(dāng)務(wù)之急。第三，監(jiān)測因子無法準(zhǔn)確判讀。由于衛(wèi)星的空間分辨率為1m，無法對樹木組成、樹冠直徑、樹高、株數(shù)、林層等監(jiān)測因子進行準(zhǔn)確判斷，這就需要結(jié)合實地作業(yè)。第四，由于影像色調(diào)變動和輻射光譜存在差異，導(dǎo)致區(qū)劃難問題突出。因受到地形因子、森林植被分布、氣候條件以及拍攝季節(jié)影響，使得TM圖像呈現(xiàn)的色調(diào)不一樣，植被也出現(xiàn)了同物異譜或同譜異物的問題，以至于在小班區(qū)劃過程中，無法準(zhǔn)確判定林況因子與地礦因子，對區(qū)劃精度造成了不利影響。第五，地形因子對GPS定位影響大。在地形開闊區(qū)域，GPS觀測衛(wèi)星數(shù)量較多，信號也比較好，能夠?qū)崿F(xiàn)快速定位，且保證精度。在溝壑或地形狹窄區(qū)域，GPS觀測衛(wèi)星數(shù)量較好，信號穩(wěn)定性差，會出現(xiàn)衛(wèi)星失鎖現(xiàn)象，導(dǎo)致定位緩慢，且無法確保精度，所以，地域因素會對GPS使用產(chǎn)生限制。第六，航天遙感與現(xiàn)行規(guī)程難于協(xié)調(diào)。大量的實踐已經(jīng)表明，航天遙感方法是一個高效的監(jiān)測方法，但在使用過程中卻與現(xiàn)行規(guī)程存在不協(xié)調(diào)的問題，因為規(guī)程中只是簡單地提及航天遙感，并未將其確立為主要的信息源。

3.森林監(jiān)測中3S 技術(shù)的實際應(yīng)用

3.1 森林資源動態(tài)監(jiān)測

在過去，森林資源監(jiān)測工作主要是以人工監(jiān)測的方式對區(qū)域內(nèi)的森林資源進行有效監(jiān)控，監(jiān)測效率十分低下，監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性受工作人員影響較大。而利用3S技術(shù)，就能對森林資源進行科學(xué)監(jiān)測，能夠針對多種目的開展監(jiān)測工作，并在3S技術(shù)體系的基礎(chǔ)上，建立更加完善的專家決策系統(tǒng)。第一，依托RS技術(shù)，可以實現(xiàn)信息的整體性獲取，確保森林資源監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整性。第二，在GPS技術(shù)的支持下，可以獲取森林坐標(biāo)信息，形成動態(tài)信息圖像，能夠?qū)ι仲Y源數(shù)據(jù)進行可視化處理，為監(jiān)測工作的開展提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。第三，利用GIS技術(shù)，能夠?qū)r間、空間的相關(guān)信息進行整合，準(zhǔn)確分析和記錄森林的演進過程，以便做出科學(xué)的森林管理決策。GIS技術(shù)具備監(jiān)測、存儲、編輯以及分析處理等多項功能，再加上計算機軟硬件的有效配合，大大降低了資源統(tǒng)籌協(xié)調(diào)難度，保證森林資源得到有效開發(fā)和利用。

3.2 森林火災(zāi)監(jiān)測

一般而言，森林火災(zāi)難于預(yù)測，一旦發(fā)生，往往可控性較弱，并能在較短的時間內(nèi)蔓延開來，所以，森林火災(zāi)會對森林資源造成毀滅性影響，不利于林業(yè)經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展。因此，可以利用3S技術(shù)對森林火災(zāi)進行提前控制、事中處理以及事后評估，并且取得了明顯的應(yīng)用效果。第一，在森林管理過程中，可以通過RS技術(shù)，對森林全區(qū)域進行科學(xué)管理，并配合完善的森林管理制度，實現(xiàn)對森林火災(zāi)風(fēng)險的有效控制，減少人為因素引起的森林火災(zāi)事故。同時，利用GPS技術(shù)，可以對森林范圍進行科學(xué)規(guī)劃，確保森林資源的安全性，為森林管理計劃的制定提供有力依據(jù)。第二，對于已發(fā)生的森林火災(zāi)，關(guān)鍵在于快速撲滅。依托GPS技術(shù)，能夠?qū)馂?zāi)發(fā)生位置進行準(zhǔn)確定位，為救火隊進入火場提供指引，能夠在最短時間內(nèi)找到火災(zāi)發(fā)生源頭，阻止森林火災(zāi)的進一步蔓延。一方面，利用GIS技術(shù)，可以統(tǒng)計各種火災(zāi)數(shù)據(jù)，對火勢發(fā)展方向進行模擬，幫助救火隊及森林管理人員及時采取有效的防范措施，最大限度地降低火災(zāi)對森林資源的危害。另一方面，有了RS技術(shù)的支持，可以全面反映出救火情況，及時發(fā)現(xiàn)救火方案的欠缺，就要保證快速救火，也要確保救火隊員的生命安全。第三，森林火災(zāi)撲滅后，還要利用GIS技術(shù)，對整個救火過程進行分析與總結(jié)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有森林管理手段存在的短板，注重經(jīng)驗總結(jié)，建構(gòu)完善的森林火災(zāi)防范體系，保證后續(xù)森林管理工作順利進行。

3.3 森林野生動物資源調(diào)查

在森林資源中，野生動物資源也是十分重要的，不僅關(guān)系到生態(tài)的平衡，而且事關(guān)人與自然的和諧發(fā)展。但在森林野生動物資源調(diào)查過程中，因珍稀野生動物數(shù)量較少，生存的環(huán)境也比較復(fù)雜，大大增加了人工調(diào)查的難度。所以，有了3S技術(shù)的支撐，可以更加精細地調(diào)查森林野生動物資源信息，既能保證調(diào)查的整體性，也便于調(diào)查人員采取相應(yīng)的保護措施。第一，利用GPS技術(shù)，能夠進行實時導(dǎo)航，以便及時準(zhǔn)確地找到森林中的珍稀野生動物資源，有了準(zhǔn)確的坐標(biāo)，調(diào)查人員就不會盲目地尋找，造成資源的浪費，也能使資源調(diào)查更加精準(zhǔn)高效，防止不法分析偷獵珍稀野生動物。第二，通過RS技術(shù)，可以對森林野生動物棲息地狀況進行實時監(jiān)督與管理，不僅能確保野生動物安全，也能了解野生動物習(xí)性，并采取相應(yīng)的保護措施。同時，還能找到與野生動物關(guān)系密切的生態(tài)因子，指導(dǎo)森林管理工作的開展，避免因人為因素而影響野生動物的生存與繁衍。第三，依托GIS技術(shù)，可以調(diào)查獲取森林野生動物種群數(shù)量、棲息地狀況及其分布情況等數(shù)據(jù)信息，建立森林珍稀野生動物保護體系，使相關(guān)保護措施更加科學(xué)合理，既能有效加強森林野生動物保護教育，也能對森林野生動物進行動態(tài)監(jiān)測。

3.4 森林病蟲害監(jiān)測

森林病蟲害問題的發(fā)生，會對森林發(fā)展產(chǎn)生嚴重干擾，不僅會導(dǎo)致森林樹木在生理和組織上出現(xiàn)病理變化，還可能造成森林出現(xiàn)大面積衰敗的情況。所以，就要將RS技術(shù)、GIS技術(shù)結(jié)合到一起，建立森林病蟲害信息監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，進行綜合分析和計算，并根據(jù)階段性遙感圖像，對森林病蟲害的變化規(guī)律進行研究，為森林管理人員采取防治措施提供足夠的信息，也能準(zhǔn)確把握森林病蟲害的演變情況，盡可能地降低森林病蟲害對森林資源的影響。

3.5 森林濕地保護

森林濕地是森林中過渡性的生態(tài)系統(tǒng)，但是，隨著森林污染的不斷加重，森林濕地大幅縮減，對人類的生存環(huán)境都造成了危害。所以，應(yīng)加強RS技術(shù)與GIS技術(shù)的結(jié)合，科學(xué)繪制濕地遙感影像，對濕地面積及其發(fā)展規(guī)律展開全面調(diào)查，為森林管理人員制定管理方案提供依據(jù)。與此同時，借助于計算機技術(shù)，以電子文檔、電子圖像為基礎(chǔ)，構(gòu)建完善的森林濕地管理系統(tǒng)，保證森林濕地得到有效開發(fā)與保護。

3.6 森林沙漠化防治

土地沙漠化問題對森林資源的影響主要是造成森林面積不斷縮減。對此，可以發(fā)揮3S技術(shù)的信息反應(yīng)優(yōu)勢，加強對森林沙漠化的監(jiān)測，了解森林沙漠化演進規(guī)律，及時采取相應(yīng)的管理措施，盡可能地降低土地沙漠化對森林資源的破壞性。

4.森林資源監(jiān)測中林業(yè)3S技術(shù)的應(yīng)用展望

4.1 實現(xiàn)森林資源監(jiān)測的自動化

目前，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，RS技術(shù)、GIS技術(shù)以及GPS技術(shù)實現(xiàn)了有機結(jié)合，形成了能夠按既定要求執(zhí)行相關(guān)操作的綜合管理系統(tǒng)。今后，監(jiān)測自動化必將成為大勢所趨，在進行自動化監(jiān)測的過程中，可以預(yù)先設(shè)置相應(yīng)的預(yù)警值，以便系統(tǒng)能夠自動識別異常數(shù)據(jù)信息，并予以標(biāo)注，然后利用信息反饋機制將信息傳輸至相關(guān)控制系統(tǒng)，由專業(yè)技術(shù)人員進行處理，促進監(jiān)測效率提升，及早發(fā)現(xiàn)問題。

4.2 動態(tài)了解森林資源面積變化

由于受到人為和自然因素的影響，森林資源的面積會處于一個不斷變化的狀態(tài)。其中，人為因素主要指的是隨意地砍伐造成森林資源面積縮減；自然因素則是指各種自然災(zāi)害，如滑坡、泥石流以及山體崩塌等，會直接造成森林資源消失。在未來的發(fā)展過程中，3S技術(shù)將發(fā)揮更加重要的作用，能夠?qū)崿F(xiàn)對森林資源動態(tài)的實時監(jiān)管，并根據(jù)采集獲得的數(shù)據(jù)，分析森林面積發(fā)生變化的原因，并對其發(fā)展趨勢進行推測，在此基礎(chǔ)上采取相應(yīng)的解決措施，使林業(yè)局對森林資源變化進行有效管控。

4.3 森林起火點的研究趨勢

由于林間雜草眾多，森林資源的可燃性比較強，如果發(fā)生了森林火災(zāi)，在極短的時間內(nèi)，火勢會迅速蔓延，不僅造成森林資源的徹底毀滅，也會影響當(dāng)?shù)貧夂蚺c國民經(jīng)濟發(fā)展。在今后的發(fā)展過程中，如何實現(xiàn)對起火點的精準(zhǔn)監(jiān)測必將成為3S技術(shù)發(fā)展的重中之重。所以，應(yīng)基于現(xiàn)有技術(shù)研究，認真分析起火點原因，建立完善的起火點監(jiān)測系統(tǒng)，以便盡早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)起火點，及時撲滅火災(zāi)。

4.4 森林資源清查的研究趨勢

對于森林資源清查工作而言，是一項持續(xù)性、全面性的工作，間隔一段時間，國家就會在全國范圍內(nèi)開展森林資源清查工作。同時，林業(yè)局也會定期開展森林資源清查工作。在未來的工作過程中，如何提高數(shù)據(jù)信息采集效率，保證相關(guān)數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，提高森林資源清查結(jié)果的有效性，這也是今后3S技術(shù)發(fā)展所需把握的問題。

5.結(jié)束語

總之，3S技術(shù)在森林資源監(jiān)測過程中發(fā)揮著十分重要的作用，既能對森林資源進行實時動態(tài)的監(jiān)控，也能對森林火災(zāi)、森林病蟲害進行有效監(jiān)測，還可以在珍稀野生動物資源管理、森林濕地保護以及森林荒漠化防治中得到有效應(yīng)用。但人類對于3S技術(shù)的利用還有待進一步提升。所以，在未來，我們應(yīng)當(dāng)重視3S技術(shù)的應(yīng)用，加強對3S技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)揮好3S技術(shù)的優(yōu)勢，對森林資源進行科學(xué)監(jiān)控。