“3S”技術(shù)在森林督查中的應(yīng)用分析

森林督查是應(yīng)用現(xiàn)代管理方法對(duì)森林資源管理的一種新手段，也是檢查督促各地落實(shí)森林資源保護(hù)發(fā)展目標(biāo)責(zé)任制，有效遏制違法破壞森林資源行為的重要舉措?！?S”技術(shù)即GPS是全球定位系統(tǒng)，RS是遙感技術(shù)，GIS是地理信息系統(tǒng)，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于地球表面附著物變化與監(jiān)測、森林資源管理、國土調(diào)查、林業(yè)調(diào)查、植物病蟲害預(yù)警、城市地理空間規(guī)劃、農(nóng)作物估產(chǎn)、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測、礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)、文物遺跡保護(hù)、林草濕監(jiān)測、林業(yè)制圖等，為相關(guān)行業(yè)管理人員和技術(shù)服務(wù)人員提供有力保障。將“3S”技術(shù)應(yīng)用于森林督查也是森林資源管理發(fā)展的必然趨勢(shì)，提升了工作人員的工作效率，保證了數(shù)據(jù)精度，為林業(yè)資源管理提供了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)支撐。由此可知，對(duì)“3S”技術(shù)在森林督查中的應(yīng)用進(jìn)行探究具有積極意義。該研究具體介紹了森林督查的意義和監(jiān)管內(nèi)容，分析了“3S”技術(shù)在森林督查中不同方面的綜合應(yīng)用，以供相關(guān)人士參考。

“3S”技術(shù)在林業(yè)中現(xiàn)已廣泛應(yīng)用，它綜合了地理信息系統(tǒng)技術(shù)、全球定位系統(tǒng)技術(shù)和遙感系統(tǒng)技術(shù)，成為綜合監(jiān)測管理技術(shù)。“3S”產(chǎn)業(yè)是我國重要的科技產(chǎn)業(yè)，“3S”與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)的融合日益增強(qiáng)，顯現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用前景，有力推動(dòng)了我國空間地理信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。通過“3S”技術(shù)加工處理形成的各類專題信息產(chǎn)品，為政府精細(xì)監(jiān)管、社會(huì)協(xié)同治理、企業(yè)精準(zhǔn)決策提供重要支撐，“3S”技術(shù)已經(jīng)成為數(shù)字林業(yè)浪潮中不可或缺的重要科技手段。目前，如何應(yīng)用新科技對(duì)森林資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)化、實(shí)時(shí)性和智能化監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)森林資源的可持續(xù)發(fā)展，一直是林業(yè)部門和科技人員不斷研究和探討的問題。通過采用“3S”技術(shù)，可以有效解決問題，為森林資源的科學(xué)合理保護(hù)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測手段、管理平臺(tái)。通過對(duì)數(shù)據(jù)信息的處理和分析，使各級(jí)林業(yè)部門能夠掌握所管轄區(qū)域內(nèi)森林資源的變化情況，進(jìn)而促進(jìn)現(xiàn)代化林業(yè)資源建設(shè)。

一、“3S”技術(shù)、森林督查的概念與應(yīng)用

（一）“3S”技術(shù)的概念與應(yīng)用

在“3S”技術(shù)中，GIS是以地理空間數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)管理、分析、顯示的基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)硬件支持的基礎(chǔ)上，通過對(duì)森林督查專項(xiàng)空間地理信息數(shù)據(jù)的采集、處理、模擬、分析和顯示，實(shí)時(shí)提供空間信息和地理環(huán)境動(dòng)態(tài)信息。GPS是我們常用的一種地理空間定位系統(tǒng)，它是以空間衛(wèi)星組網(wǎng)為前提的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。利用全球定位系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)森林巡查數(shù)據(jù)進(jìn)行定位、定界、測距及數(shù)據(jù)搜集等功能。RS是利用裝在不同高度平臺(tái)上的傳感器來接收輻射波或反射波，通過對(duì)信息數(shù)據(jù)處理，最終形成針對(duì)地表覆蓋狀況的觀測數(shù)據(jù)。“3S”技術(shù)是三項(xiàng)技術(shù)整合處理，能夠更高效和科學(xué)地采集和處理地理數(shù)據(jù)，使空間地理信息利用率達(dá)到更高水平。應(yīng)用“3S”技術(shù)可以大幅提升森林督查工作效率，獲取更加真實(shí)、快速、準(zhǔn)確的調(diào)查數(shù)據(jù)，使森林督查調(diào)查結(jié)果變得更加科學(xué)、有效，促進(jìn)森林資源監(jiān)測體系朝著現(xiàn)代化的方向發(fā)展。

（二）森林督查的概念及內(nèi)容

森林督查是以獲取間隔一定時(shí)段的遙感影像，進(jìn)行判讀兩期影像之間的變化圖斑，依據(jù)“林草濕”資源監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、第三次全國國土調(diào)查數(shù)據(jù)、森林資源管理檔案，經(jīng)現(xiàn)地調(diào)查和走訪調(diào)查核實(shí)，核準(zhǔn)遙感判讀圖斑變化原因，應(yīng)用“3S”技術(shù)平臺(tái)，建立破壞森林資源的地理空間數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一采用CGCS2000國家大地坐標(biāo)系。及時(shí)掌握森林資源保護(hù)利用現(xiàn)狀、消長變化，全面掌握違法違規(guī)破壞森林資源情況，推進(jìn)森林資源常態(tài)化、動(dòng)態(tài)化、規(guī)范化和科學(xué)化管理。依法對(duì)非法侵占林地、毀林開墾、亂砍濫伐林木、違規(guī)拆分審核（批）、臨時(shí)用地逾期使用、違規(guī)調(diào)整和破壞國家級(jí)公益林的案件進(jìn)行查處整改。通過“3S”技術(shù)對(duì)森林督查判讀圖斑現(xiàn)地調(diào)查變化因子進(jìn)行對(duì)判讀數(shù)據(jù)切割、修正、勾繪，填寫變化圖斑屬性因子，對(duì)調(diào)查成果利用ARCgis軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，形成分析結(jié)果，對(duì)轄區(qū)內(nèi)面積較大、破壞性強(qiáng)、發(fā)生頻率較高的案件要制定有針對(duì)性的政策，進(jìn)行嚴(yán)格管理。

二、“3S”技術(shù)在森林督查中的應(yīng)用形勢(shì)

（一）RS在森林督查中的應(yīng)用

RS（Remote Sensing）即遙感，是通過探測地表物體對(duì)電磁波、可見光、紅外線的反射或輻射獲取地表及其事物特征信息，實(shí)現(xiàn)研究地面物體形狀、大小、位置、性質(zhì)及其環(huán)境的相互關(guān)系的一門現(xiàn)代化應(yīng)用技術(shù)科學(xué)。遙感具有觀測范圍大、周期短、效率高的特點(diǎn)。遙感技術(shù)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)遙感目的、設(shè)備和技術(shù)的綜合，它是一個(gè)多維、多平臺(tái)、多層次的立體化觀測系統(tǒng)。RS在森林督查過程中發(fā)揮重要的作用，森林督查中的遙感影像數(shù)據(jù)全部來自遙感技術(shù)。通過衛(wèi)星獲取基本的影像數(shù)據(jù)，進(jìn)一步通過影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、幾何校正、圖像增強(qiáng)、圖像鑲嵌和勻色等處理，最后形成分辨率為1 m的彩色影像，按照縣（區(qū)）為一個(gè)區(qū)域，對(duì)影像分區(qū)域，遙感影像獲取就完成了。首先是室內(nèi)判讀，將兩期遙感影像進(jìn)行疊加，選擇前后期遙感影像特征有明顯變化的區(qū)域，分析前后期遙感影像特征發(fā)生顯著變化的情況，判別現(xiàn)地發(fā)生變化的情形，形成地類變化的目視判讀標(biāo)志，再與“林草濕”資源監(jiān)測數(shù)據(jù)庫進(jìn)行裁剪、融合分析，最后形成林草濕資源管理數(shù)據(jù)與遙感影像特征判讀圖斑數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，形成判讀標(biāo)志庫。通過遙感判讀和變化圖斑的矢量化，將本期遙感影像疊加到前期森林資源成果數(shù)據(jù)庫和前期遙感影像上，對(duì)比分析，判讀圖斑地類或林相發(fā)生變化的圖斑，并用不同的代碼標(biāo)識(shí)不同的判讀變化類型。記錄圖斑所處的位置等屬性因子，形成遙感判讀結(jié)果，建立森林資源遙感判讀數(shù)據(jù)庫，判讀數(shù)據(jù)庫與森林資源管理“一張圖”數(shù)據(jù)庫中的林地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行相交處理，得到森林督查判讀數(shù)據(jù)庫?？h（區(qū)）調(diào)查人員進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理、內(nèi)業(yè)判讀、資料核查，需要外業(yè)調(diào)查、制作圖件、利用調(diào)查設(shè)備進(jìn)行全面外業(yè)調(diào)查核實(shí)。

（二）GPS在森林督查中的應(yīng)用

GPS系統(tǒng)通常由三部分構(gòu)成，分別是空間部分、地面監(jiān)控部分、用戶接收部分?？臻g部分由24顆GPS工作衛(wèi)星組成，這種布局保證了在全球任何地點(diǎn)、時(shí)刻至少可以觀測到4顆衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星都會(huì)利用電磁波發(fā)射用于導(dǎo)航定位的信號(hào)，與地面固定站、流動(dòng)站構(gòu)成相應(yīng)的距離和位置關(guān)系，最終測定位置關(guān)系。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)具備全天候服務(wù)能力，不受天氣影響，全球覆蓋，定位速度快，精度高，應(yīng)用廣泛，已形成了龐大的空間導(dǎo)航定位產(chǎn)業(yè)鏈。GPS在森林督查中具有重要作用，在判讀數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上要進(jìn)行現(xiàn)地調(diào)查，由于森林資源主要分布在人煙稀少、地形復(fù)雜的區(qū)域，傳統(tǒng)的尺子量測沒有空間地理信息，只有相對(duì)的面積，如果遇到較大范圍的量測，將很難完成任務(wù)。另外，野外調(diào)查的難點(diǎn)就是目標(biāo)物不容易到達(dá)。我們通常用的GPS測量儀器設(shè)備，可以依據(jù)所觀測信號(hào)計(jì)算得到自己某時(shí)刻所處的空間三維位置，通過記錄空間位置的平面坐標(biāo)和高程坐標(biāo)記錄需要測量的點(diǎn)位置信息，利用GPS則可以高效、精準(zhǔn)完成（見圖1）?，F(xiàn)在林業(yè)中所用的GPS主要有手持GPS、RTK測量儀器、無人機(jī)+測量儀等，一般選用RTK測量儀器，精度高、便于攜帶、使用靈活。林業(yè)中通常使用的方法為一個(gè)固定站，固定站可以是全省或者某個(gè)區(qū)域已建立的CORS基準(zhǔn)站，使用者申請(qǐng)一個(gè)CORS基站賬號(hào)，一臺(tái)移動(dòng)RTK，移動(dòng)RTK接收基站信號(hào)，確定移動(dòng)站的空間位置的地理坐標(biāo)、高程等信息，并通過手簿記錄儀設(shè)置和記錄地理空間信息，記錄格式一般為文本TXT格式、矢量的KLM和SHP等數(shù)據(jù)。另外，我們可以通過GPS導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航，把判讀圖斑導(dǎo)入GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，我們就可以通過GPS導(dǎo)航系統(tǒng)查看我們與目標(biāo)物的方位及距離，導(dǎo)航系統(tǒng)還可以為我們推薦行走路線，直接指引導(dǎo)航到所要調(diào)查圖斑處，改變了原有人工加地形圖的局限性，大幅提高了工作效率，保障了調(diào)查人員的人身安全。到達(dá)目標(biāo)圖斑之后，打開RTK測量儀器，登錄CORS賬號(hào)，選用CGCS2000坐標(biāo)系，對(duì)調(diào)查區(qū)域使用RTK測量儀對(duì)破壞區(qū)域進(jìn)行點(diǎn)記錄（見圖2），并輸入相應(yīng)調(diào)查屬性，對(duì)屬性不同區(qū)域分別輸入相應(yīng)屬性記錄，完成測量記錄之后進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，回到室內(nèi)之后導(dǎo)出野外測量記錄數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)文本格式為.DAT數(shù)據(jù)，導(dǎo)出的記錄數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ArcGIS可以加載和編輯的CGCS2000坐標(biāo)系的矢量數(shù)據(jù)，形成有空間地理坐標(biāo)的現(xiàn)場勘查成果地理數(shù)據(jù)庫。

（三）GIS在森林督查中的應(yīng)用

GIS是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)硬件的支持下，對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、處理、檢索、分析和顯示，并采用地理模型等分析方法，實(shí)時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理空間信息研究和地理決策服務(wù)而建立起來的新型計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。地理空間數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)分析加工的對(duì)象，是地理信息系統(tǒng)經(jīng)過抽象對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)質(zhì)表達(dá)?？臻g數(shù)據(jù)庫建設(shè)工作基礎(chǔ)性強(qiáng)、工作占比較大。目前，用于地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的方法與技術(shù)有遙感衛(wèi)星采集的遙感影像數(shù)據(jù)、無人機(jī)實(shí)時(shí)采集正射影像數(shù)據(jù)、GPS采集的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)、掃描儀掃描的數(shù)據(jù)、矢量化得來的矢量數(shù)據(jù)等。

對(duì)數(shù)據(jù)處理而言，初步的數(shù)據(jù)處理主要包括數(shù)據(jù)格式化、轉(zhuǎn)換、概括。數(shù)據(jù)的格式化是指不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)間變換，例如，原有林業(yè)中紙質(zhì)版本的圖冊(cè)數(shù)據(jù)無法長期保存，先要通過掃描儀轉(zhuǎn)化為電子圖件，再通過ArcGIS10.2軟件對(duì)數(shù)據(jù)管理和轉(zhuǎn)化；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)比例尺的變化等，在林業(yè)中經(jīng)常有矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)之間互相轉(zhuǎn)化，通過遙感影像判讀森林督查變化圖斑，因?yàn)闁鸥駭?shù)據(jù)提供的信息不能滿足管理需求，需要轉(zhuǎn)為矢量數(shù)據(jù)庫輸入森林相關(guān)屬性便于管理查詢，矢量到柵格的轉(zhuǎn)換要比其逆運(yùn)算快速、簡單。數(shù)據(jù)比例尺的變換涉及數(shù)據(jù)比例尺縮放、平移、旋轉(zhuǎn)等方面，其中最重要的是投影變換。由于“3S”技術(shù)大多數(shù)起源于國外，不同區(qū)域國家制定了自己的坐標(biāo)系統(tǒng)，應(yīng)用廣泛的有美國的WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)，我國現(xiàn)在有CGCS2000坐標(biāo)系統(tǒng)，坐標(biāo)系統(tǒng)之間存在差異，不同來源數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)不一致時(shí)，需要相互之間轉(zhuǎn)化。林業(yè)制圖綜合（Generalization）是對(duì)林業(yè)空間數(shù)據(jù)用途、比例尺、顯示區(qū)域特點(diǎn)以概括和抽象的形式反映。近年，隨著衛(wèi)星遙感、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)等獲取數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，為GIS提供了高精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)源。

GIS常用的軟件為ArcGIS10.2，數(shù)據(jù)格式有矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)，儲(chǔ)存矢量數(shù)據(jù)的格式文件Shapefile、Coverge和 GeoDatabase 。把影像數(shù)據(jù)、判讀數(shù)據(jù)、現(xiàn)場勘查數(shù)據(jù)統(tǒng)一在帶有CGCS2000坐標(biāo)系的空間位置上，依據(jù)現(xiàn)地調(diào)查結(jié)果，記錄地類、林種、林木信息各項(xiàng)森林資源數(shù)據(jù)，對(duì)比需求選擇已有“一張圖”森林資源、征占用檔案、林木采伐、自然保護(hù)地等數(shù)據(jù)庫進(jìn)行森林資源檔案、經(jīng)營用地狀態(tài)和森林資源實(shí)時(shí)情況等信息進(jìn)行編輯、對(duì)比、分析、制圖，得到森林督查判讀圖斑范圍與實(shí)際辦理征占用范圍，實(shí)際使用范圍三者關(guān)系，為森林督查管理和輔助決策提供了數(shù)據(jù)支持。ArcGIS10.2在森林督查的制圖也是一個(gè)重要方面，通過對(duì)遙感影響數(shù)據(jù)、判讀圖斑數(shù)據(jù)、野外采集數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)分析形成最終的督查數(shù)據(jù)庫，根據(jù)不同的需求制定專項(xiàng)森林督查圖件，更加直接地顯示相關(guān)信息。

三、結(jié)語

總之，“3S”技術(shù)在森林督查應(yīng)用中為森林資源保護(hù)發(fā)揮了重要作用?！?S”不僅滿足了森林督查的基本技術(shù)需求，還對(duì)新技術(shù)融合應(yīng)用發(fā)揮積極作用。因此，“3S”的新技術(shù)不斷在森林督查中融合與應(yīng)用是促進(jìn)森林資源保護(hù)的重要手段。通過“3S”技術(shù)加強(qiáng)森林資源保護(hù)，大幅提高了管理效率的經(jīng)典案例，在今后的管理中我們應(yīng)充分發(fā)揮科技的力量，使管理者不斷學(xué)習(xí)新技術(shù)，創(chuàng)新管理方式，制定科學(xué)的管理機(jī)制。

作者簡介：羅維凱（1987—），男，甘肅靖遠(yuǎn)人，本科，工程師，主要從事森林病蟲害防治、森林資源管理等工作。