3S技術(shù)在鳳慶縣新一輪退耕還林工程中的應(yīng)用

收稿日期：2023-12-10

作者簡介：鄭曉鳳（1997—），女，云南鳳慶人，研究方向為植物多樣性保護(hù)與利用。

摘 要：鳳慶縣位于我國西南邊陲，地形復(fù)雜，在退耕還林工作中，傳統(tǒng)作業(yè)方式耗時費力，數(shù)據(jù)采集困難，運用3S技術(shù)，不僅可以便利林業(yè)工作者的外業(yè)工作，還可以使工作過程更加高效、準(zhǔn)確。在鳳慶縣新一輪退耕還林工程工作中，依托遙感技術(shù)，對復(fù)雜險要地帶進(jìn)行無人機(jī)航拍、地理信息采集，可以獲得地理資源情況數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)傳輸，利用GIS系統(tǒng)軟件對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，建立數(shù)據(jù)庫，最終得到可供參考的林業(yè)作業(yè)圖。3S技術(shù)在鳳慶縣退耕還林工程工作中的成功運用，可為縣級退耕還林監(jiān)測工作提供可行性方案。

關(guān)鍵詞：鳳慶縣；退耕還林工程；3S技術(shù)；監(jiān)測工作

中圖分類號：S771.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）04–0-03

在人們肆意毀林開墾和陡坡地、沙化地大規(guī)模耕種等人為活動下，我國多個地區(qū)出現(xiàn)了嚴(yán)重的水土流失和風(fēng)沙危害，導(dǎo)致自然災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重威脅國家的生態(tài)安全和人們的生產(chǎn)生活。對此，我國開展退耕還林工程，階段性地停止耕種易水土流失的坡耕地等，因地制宜植樹造林，以恢復(fù)森林植被，達(dá)到保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境的目的。我國退耕還林自1999年施行以來，取得了明顯成效，但監(jiān)測技術(shù)存在滯后性，同時我國大部分縣區(qū)級由于地勢等客觀因素造成退耕還林工作進(jìn)展緩慢和艱難。鳳慶縣林業(yè)和草原局借鑒城市林業(yè)科技監(jiān)測手段，在當(dāng)?shù)赝烁€林工作中與3S技術(shù)深度融合，并在退耕還林工作中總結(jié)了一些可行性方案。

1 3S技術(shù)基本介紹

3S技術(shù)是遙感技術(shù)（RS）、地理信息技術(shù)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）的集合，現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用在空間信息提取、存儲及數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域[1-2]。在3S體系中，RS技術(shù)借助平臺上的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，GIS技術(shù)基于空間數(shù)據(jù)庫，借助計算機(jī)軟件，對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和操作，GPS技術(shù)由衛(wèi)星、地面接收裝置和用戶端組成，能夠全天進(jìn)行無間斷的定位導(dǎo)航服務(wù)，可用地理位置實現(xiàn)對區(qū)域經(jīng)緯度的計算，得到實際的目標(biāo)占地面積。

RS和GPS為數(shù)據(jù)源，GIS承擔(dān)主要的數(shù)據(jù)分析功能，通過三者之間協(xié)調(diào)配合，可為各領(lǐng)域工作人員提供整體、實時、動態(tài)的數(shù)據(jù)反饋[3]。RS和GPS技術(shù)能夠快速準(zhǔn)確地獲取環(huán)境信息，并實時更新空間數(shù)據(jù)庫，是保證GIS可靠數(shù)據(jù)源的基礎(chǔ)。3S技術(shù)勘察地理信息的能力可以為數(shù)字化地球理念提供基礎(chǔ)，為林業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支持[4]。

3S技術(shù)最初作為地質(zhì)研究等的主要使用領(lǐng)域，后巧用到林業(yè)治理工作中，便利了林業(yè)工作者的大量外業(yè)工作，使其可以得到更加準(zhǔn)確、高效的野外調(diào)查

數(shù)據(jù)[5]。

2 鳳慶退耕還林工程的概況

2.1 鳳慶縣地理位置

鳳慶縣，又稱蒲門是世界滇紅之鄉(xiāng)。隸屬于云南省臨滄市，地處云南省西南部，全境東西最大橫距59 km，南北最大縱距91 km。最高海拔3 098.7 m，最低海拔919 m。鳳慶縣屬低緯度高原（山地）中亞熱帶季風(fēng)氣候。鳳慶縣年平均氣溫16.9 ℃，年平均降雨量1 366.6 mm，歷年極端最高氣溫32.8 ℃、極端最低氣溫-1.6 ℃。

鳳慶縣處于云南大地構(gòu)造單元的滇西褶皺帶中南部，其地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件復(fù)雜。鳳慶縣境內(nèi)瀾滄江以北為云嶺山系，以南為怒山山系，北部為高中山峽谷地形，南部為中山峽谷地形?？h區(qū)內(nèi)多山地，在侵蝕、構(gòu)造剝蝕、沖積等地質(zhì)內(nèi)外應(yīng)力作用下，中山、低中山、丘陵、盆地、河谷槽壩相間分布，地形地貌條件復(fù)雜。

2.2 鳳慶縣新一輪退耕還林工程基本情況

退耕還林工程是從我國發(fā)展和生存的戰(zhàn)略高度出發(fā)，為土地資源的合理利用、增加森林樹種植被、恢復(fù)秀美山林、增加農(nóng)戶收入、保護(hù)自然生態(tài)安全，實現(xiàn)人與自然和諧的生態(tài)工程、扶貧工程和惠民工程，是黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人著眼于經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展全局，審時度勢，面向新世紀(jì)做出的重大戰(zhàn)略決策。

自2002年國家實施退耕還林工程以來，鳳慶縣共實施前一輪退耕還林工程1.67萬hm2，其中，耕地退耕還林0.54萬hm2，宜林荒山造林1萬hm2，封山育林0.13萬hm2。2014年國家啟動實施新一輪退耕還林工程以來，鳳慶縣共實施新一輪退耕還林工程1.75萬hm2。

鳳慶縣林業(yè)和草原局將農(nóng)村土地確權(quán)數(shù)據(jù)庫和高清衛(wèi)星影像圖運用于退耕地塊外業(yè)規(guī)劃和到戶面積的落實工作，同時在情況調(diào)查中，3S技術(shù)的運用為新一輪退耕還林工程的監(jiān)測及數(shù)據(jù)匯總提供了極大的便利，大大提高了基層工作者對陡坡地資源信息的掌握度，使其可以及時、有效地應(yīng)對陡坡地治理過程中出現(xiàn)的各類問題。

3 3S在鳳慶縣退耕還林工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 傳統(tǒng)退耕還林工程監(jiān)測存在的問題

傳統(tǒng)退耕還林工作多采用人工走訪模式（圖1），信息獲取難度大、耗時長，無法實現(xiàn)大批量退耕還林的數(shù)據(jù)快速收集工作，還可能存在較大的人為誤差。同時，在實際監(jiān)測工作中，監(jiān)測工具無法滿足對林業(yè)小斑信息進(jìn)行及時匯總處理的需要，無序的小斑信息增加了內(nèi)業(yè)整理的工作難度[6-7]。此外，在傳統(tǒng)退耕還林工程工作中，工作人員往往無法獲取準(zhǔn)確山谷和陡峭險地的退耕還林工作情況，監(jiān)測結(jié)果多為估算，數(shù)據(jù)運用過程中可能無法得出更客觀的分析。因此尋求現(xiàn)代3S技術(shù)理論體系的引導(dǎo)極為重要，依靠3S技術(shù)優(yōu)化林業(yè)資源調(diào)查體系，可進(jìn)一步監(jiān)測退耕還林工程[8]。

3.2 3S技術(shù)在退耕還林工程監(jiān)測中的使用優(yōu)勢

對于林業(yè)工作者來說，GPS機(jī)易攜帶、方便外業(yè)工作、野外調(diào)查，有利于工作人員高效完成信息收集儲存工作。同時，GPS系統(tǒng)還具有較強(qiáng)的抗干擾能力，自身所具備的保密性也較為完善。遙感設(shè)備使用成本低，工作效率高。將林業(yè)外業(yè)工作與衛(wèi)星遙感結(jié)合在一起，可以將衛(wèi)星圖片和地形圖片相結(jié)合，極大地提高了工作效率。

遙感系統(tǒng)可以利用無人機(jī)收集數(shù)據(jù)（圖2），獲取退耕還林林地范圍，還能夠反饋無人機(jī)航飛的全部過程[9]。

在鳳慶縣退耕還林工程工作中，需要收集大量地理資源信息，其存儲和整理則需要地理信息系統(tǒng)進(jìn)一步的數(shù)據(jù)解析和表達(dá)。

3.3 3S技術(shù)應(yīng)用還需解決的問題

第一，林業(yè)工作者需準(zhǔn)確獲取遙感數(shù)據(jù)。遙感數(shù)據(jù)較多，準(zhǔn)確獲取所需數(shù)據(jù)才能為林業(yè)調(diào)查工作帶來便利，充分發(fā)揮遙感數(shù)據(jù)所表現(xiàn)的特性；而利用林業(yè)調(diào)查中相關(guān)的光譜、海拔、頻度、空間及時間等輔助數(shù)據(jù)，可以使林業(yè)調(diào)查工作的數(shù)據(jù)處理達(dá)到事半功倍的效果[10]。

圖2" 無人機(jī)航拍工作圖（2016年05月14日拍攝于鳳慶縣大寺鄉(xiāng)平河村）

第二，林業(yè)工作者需加強(qiáng)對遙感數(shù)據(jù)的提取能力。目前，學(xué)校教學(xué)方法和課程較為理論化，學(xué)生無法將課本知識儲備運用到實際林業(yè)作業(yè)中。而林業(yè)工作者對遙感等設(shè)備接觸時間較短，無法形成完備的理論構(gòu)架，也缺乏圖像數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)化經(jīng)驗。

第三，林業(yè)工作者需加強(qiáng)分析圖像的能力。通過遙感技術(shù)獲取的影像，可能因天氣等原因存在一定程度的模糊，也容易有定位不準(zhǔn)等情況。同時，鳳慶縣多山地，植被情況易受氣候、土壤顏色、風(fēng)向等因素的干擾，從而得到較近頻度的波段信息，進(jìn)一步加大了圖像解譯工作難度。此外，工作人員解譯圖像信息的經(jīng)驗也會影響圖像解譯工作的質(zhì)量[11]。

4 3S技術(shù)在云南省鳳慶縣退耕還林工程工作中的具體應(yīng)用

4.1 鳳慶縣退耕還林工程前期的地質(zhì)勘探工作

鳳慶縣退耕還林工程工作開始前，工作人員需要對退耕還林地域范圍的基本情況進(jìn)行匯總分析。林業(yè)工作者應(yīng)與護(hù)林員一同實地走訪，對目標(biāo)區(qū)域的土壤、氣候及周邊植被情況進(jìn)行詳細(xì)勘察[12]。

首先，使用GPS定位系統(tǒng)對退耕還林區(qū)域進(jìn)行區(qū)劃和樣地劃分；其次，以遙感技術(shù)為依托，對險峻山地及河谷地帶進(jìn)行無人機(jī)航拍，經(jīng)過多次多地的范圍確定和航拍圖片拍攝，整理成鳳慶縣退耕還林工程資源情況數(shù)據(jù)，傳遞回室內(nèi)設(shè)備中[13]；最后，通過數(shù)據(jù)傳輸，用GIS系統(tǒng)軟件對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理，通過圖片與實時數(shù)據(jù)的甄選篩查并進(jìn)行匯總，獲得囊括地形、海拔、坡度、小斑編號等退耕還林基本信息的作業(yè)圖像（圖3）。

4.2 鳳慶縣退耕還林工程的監(jiān)測工作

在鳳慶縣退耕還林工程監(jiān)測工作中，作業(yè)圖像可在外業(yè)實地考察過程中為退耕還林工程的監(jiān)測工作提供前期數(shù)據(jù)[14]。GIS可以利用地圖信息、遙感圖像、野外調(diào)查數(shù)據(jù)、室內(nèi)實驗數(shù)據(jù)等為信息源，構(gòu)建空間數(shù)字模型，通過提取相應(yīng)的地物空間特征、屬性信息，生成所需的專題圖層（如鳳慶縣退耕還林工程小斑分布圖），按照規(guī)劃要求對目標(biāo)小斑的局部或與局部相鄰部分或整個區(qū)域進(jìn)行空間分析。然后，可根據(jù)信息結(jié)果表達(dá)的不同要求將處理的分析結(jié)果，以文字、表格、圖片等多種方式輸出，其表達(dá)形象、直觀，能更好地研究、規(guī)劃和決策服務(wù)應(yīng)用[15-16]。

鳳慶縣山地較多，大量工作離不開3S技術(shù)的幫助，同時結(jié)合望遠(yuǎn)鏡或相機(jī)等工具輔助，都可以對所劃小斑區(qū)域的實際情況進(jìn)行分析監(jiān)測，多種調(diào)查方式并行能更準(zhǔn)確、高效地獲得監(jiān)測工作所需的信息，人工實地勘查和以3S技術(shù)切入使用無人機(jī)航拍獲得圖像的方法相結(jié)合，能精準(zhǔn)解譯退耕還林工程的實際情況，以便有針對性地解決退耕還林工程實施過程中產(chǎn)生的實際問題[17-18]。

RS技術(shù)可以通過不同的傳感器，以遠(yuǎn)距離、非接觸的方式對山地情況進(jìn)行探測，通過收集并分析處理鳳慶縣區(qū)域內(nèi)各類目標(biāo)地物的電磁波譜信息，提取各類目標(biāo)地物的特征，從而對目標(biāo)地物進(jìn)行定位、定性和定量分析。不同地物對外來電磁波具有不同的反射、吸收或投射作用，此種差異可以作為探測識別的信息，成為遙感探測的依據(jù)，顯示出圖像上的不同色彩、色調(diào)等，從而得到鳳慶縣退耕還林工程作業(yè)區(qū)域的實際完成情況。

通過GPS設(shè)備對衛(wèi)星運動進(jìn)行跟蹤，將跟蹤接收到的信號進(jìn)行解譯處理和計算，能夠迅速獲得用戶端的三維坐標(biāo)、速度和時間等信息。通過此設(shè)備，對退耕還林工程監(jiān)測工作中小斑區(qū)域情況進(jìn)行查驗以便對小斑進(jìn)行作業(yè)調(diào)整，全面把控退耕還林工程工作的每一個環(huán)節(jié)[19]。

4.3 鳳慶縣退耕還林工程驗收后的監(jiān)測工作

鳳慶縣退耕還林工程監(jiān)測工作是一個長期的動態(tài)監(jiān)測過程，在這個過程中，3S技術(shù)始終是退耕還林工程中不可缺少的一部分。利用3S技術(shù)的整體性和實用性，定期進(jìn)行退耕還林工程治理情況勘測，可以實時監(jiān)測各類情況。更重要的是，3S技術(shù)在人力資源匱乏情況下也能為退耕還林工程治理的后期管護(hù)帶來

便利[20]。

5 結(jié)束語

鳳慶縣是西南邊陲縣城，除特殊的自然地理位置外，也是我國實行綠色中國方案的重要窗口，其退耕還林工程的實施具有重要意義。但鳳慶縣區(qū)域內(nèi)多山地，地形復(fù)雜，退耕還林工作開展難度較大。鳳慶縣在退耕還林工程治理過程中與3S技術(shù)深度結(jié)合，相較于傳統(tǒng)的林業(yè)工作，不僅可以節(jié)省不必要的開支，還可以減弱人為干擾因素和自然災(zāi)害對數(shù)據(jù)的影響，大大提高地理資源數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。3S技術(shù)在鳳慶縣新一輪退耕還林工程治理成功使用的案例，可為縣級水平上的林業(yè)調(diào)查工作提供可行性方案。

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