測繪地理信息技術(shù)在林業(yè)督查管理中的應(yīng)用研究

邵 寧

(甘肅省基礎(chǔ)地理信息中心，甘肅 蘭州 730000)

良好的生態(tài)環(huán)境是人類生存和發(fā)展的基本前提。2012年11月，黨的十八大從新的歷史起點(diǎn)出發(fā)，做出“大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)”的戰(zhàn)略決策[1]，由此可見國家對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)高度重視。森林資源是人類賴以生存的資源，其在生態(tài)環(huán)境保護(hù)中扮演著極為重要的角色，對森林資源的保護(hù)也成為生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的重中之重。而森林督查則是目前最為有效保護(hù)森林資源的手段，對森林資源進(jìn)行有序、科學(xué)的管理，并對破壞森林資源行為進(jìn)行嚴(yán)格的查處與整改，從而建立起有效的森林資源保護(hù)和監(jiān)督管理機(jī)制[2]。

森林督查管理，離不開先進(jìn)技術(shù)的支撐，測繪地理信息技術(shù)是自然資源部門獲取基礎(chǔ)地理信息資源的精確方法[3]，其在林業(yè)管理中的應(yīng)用，優(yōu)勢顯著。目前已有學(xué)者針對測繪地理信息技術(shù)在林業(yè)方面的應(yīng)用開展相關(guān)研究。步少立[4]對GPS技術(shù)在林業(yè)測繪工作中的提升作業(yè)效率、作業(yè)精度，控制作業(yè)成本，節(jié)約作業(yè)時(shí)間方面的優(yōu)勢特點(diǎn)進(jìn)行了探討。李澤潤[5]對無人機(jī)技術(shù)在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行了分析，并對其應(yīng)用前景做出展望。徐樂樂等[6]對中高分辨率遙感影像在林業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了研究，并對優(yōu)化方向提出了建設(shè)性意見。張麗云等[7]研究遙感變化檢測技術(shù)在森林資源、森林災(zāi)害防控及林業(yè)重點(diǎn)工程監(jiān)管3個(gè)方面的應(yīng)用情況，展望遙感變化檢測技術(shù)在林業(yè)上的應(yīng)用前景。

本文主要針對測繪地理信息技術(shù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源及技術(shù)手段對林業(yè)資源數(shù)據(jù)庫建設(shè)，信息化平臺管理、林地專題地圖制作、森林動態(tài)遙感監(jiān)測等方面的優(yōu)勢特點(diǎn)展開研究分析，為森林督查管理工作提供實(shí)時(shí)可靠的技術(shù)手段。

1 新時(shí)期測繪地理信息技術(shù)的優(yōu)勢

測繪地理信息技術(shù)主要包括全球定位系統(tǒng)(GPS)、遙感(RS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)3種技術(shù)(簡稱3S技術(shù))[8]。GIS主要用于數(shù)據(jù)采集、儲存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述，其技術(shù)優(yōu)勢在于它的數(shù)據(jù)綜合、模擬與分析評價(jià)能力，可以得到常規(guī)方法或普通信息系統(tǒng)難以得到的重要信息，實(shí)現(xiàn)地理空間過程演化的模擬和預(yù)測[9]。RS以航空攝影技術(shù)為基礎(chǔ)，主要用于獲取大范圍數(shù)據(jù)資料，其獲取信息的手段多、信息量大，獲取速度快、周期短[10]，獲取信息受條件限制少。GPS是一種結(jié)合衛(wèi)星及通訊發(fā)展的技術(shù)，主要利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測時(shí)和測距，其特點(diǎn)是全天候、全球覆蓋、高精度、自動化、高效益、可移動定位等。3S技術(shù)的主要優(yōu)勢特點(diǎn)如下。

1.1 坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一

國家大地坐標(biāo)系是測制國家基本比例尺地圖的基礎(chǔ)。我國于20世紀(jì)50年代和70年代分別建立了1954年北京坐標(biāo)系和1980年西安坐標(biāo)系，測制了各種比例尺地形圖，在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展、國防建設(shè)和科學(xué)研究中發(fā)揮了巨大作用。隨著社會的進(jìn)步，國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和社會發(fā)展、科學(xué)研究等對國家大地坐標(biāo)系提出了新的要求，迫切需要采用原點(diǎn)位于地球質(zhì)量中心的坐標(biāo)系統(tǒng)[11]作為國家大地坐標(biāo)系。采用地心坐標(biāo)系，有利于采用現(xiàn)代空間技術(shù)對坐標(biāo)系進(jìn)行維護(hù)和快速更新，測定高精度大地控制點(diǎn)三維坐標(biāo)，并提高測圖工作效率。

2008年3月，由原國土資源部正式上報(bào)國務(wù)院《關(guān)于中國采用2000國家大地坐標(biāo)系的請示》[11]，并于2008年4月獲得國務(wù)院批準(zhǔn)。自2008年7月1日起啟用2000國家大地坐標(biāo)系，10年過渡期滿后，2018年7月1日自然資源部全面啟用2000國家大地坐標(biāo)系，并完成存量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換?？臻g坐標(biāo)系統(tǒng)單一化，使得測繪管理和成果使用更簡化、高效。在林業(yè)督查管理工作中，統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，剔除了不同系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)造成的困惑和浪費(fèi)，使得協(xié)同和工作效率進(jìn)一步提高。

1.2 數(shù)字化采集技術(shù)裝備高效

現(xiàn)代測繪地理信息工作中，全站儀、三維激光掃描儀、無人機(jī)等設(shè)備的應(yīng)用更加普遍，設(shè)備智能化程度的提高，使得數(shù)據(jù)采集效率更高。在林區(qū)測繪時(shí)，全站儀為林地調(diào)查、林分測量、樹高測量等方面，提供了高精度和高效率的測量數(shù)據(jù)。三維激光掃描儀能夠快速獲取三維空間數(shù)據(jù)以及樹木影像數(shù)據(jù)，大大提高了采集信息的精準(zhǔn)性，提升勞動效率，為森林資源的動態(tài)監(jiān)測奠定基礎(chǔ)。無人機(jī)遙感技術(shù)的像控點(diǎn)精度與DOM精度高，可實(shí)現(xiàn)林業(yè)區(qū)死角及較為隱蔽的地方測繪[12]。無人機(jī)低空巡航監(jiān)控及其他感知系統(tǒng)，也可對目標(biāo)區(qū)域的林業(yè)資源進(jìn)行監(jiān)測管理，實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警、精確定位、科學(xué)調(diào)度和及時(shí)處理。

1.3 可利用數(shù)據(jù)資源豐富

現(xiàn)代遙感數(shù)據(jù)豐富多源，可利用的衛(wèi)星數(shù)據(jù)愈加品種多樣，分辨率更高，時(shí)段更新，申請渠道更開放；高分辨率高精度航空攝影數(shù)據(jù)覆蓋面不斷翻新，限制條件進(jìn)一步放寬，無償重復(fù)利用受到鼓勵(lì)。借助對高分辨率、多層次、動態(tài)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的判讀識別和對比分析，可實(shí)現(xiàn)森林資源的準(zhǔn)確化、精細(xì)化、實(shí)時(shí)化和高效化監(jiān)測管理。此外，測繪地理信息數(shù)據(jù)庫充實(shí)可靠，基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)庫、遙感影像數(shù)據(jù)庫、國土三調(diào)數(shù)據(jù)庫、城市國土空間監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、實(shí)景三維數(shù)據(jù)庫等應(yīng)用潛力多，有利于提高工效，降低作業(yè)成本，為森林督查暨森林資源管理“一張圖”建設(shè)提供強(qiáng)有力數(shù)據(jù)支撐。

1.4 數(shù)據(jù)分析反應(yīng)快速

3S技術(shù)功能強(qiáng)大，如定位導(dǎo)航、智能解譯、空間分析、疊加分析、三維分析、緩沖分析等。在林地界定和標(biāo)注、林業(yè)資源調(diào)查和監(jiān)測、林業(yè)災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)警、森林資源評估、林地利用和規(guī)劃、空間決策支持等方面，可以大顯身手。借助3S技術(shù)手段，對林業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速矢量化處理、數(shù)據(jù)整合和分析等，以便于了解林區(qū)土地利用變化、土地整理、林地使用、開墾林地、林木采伐等情況，為開展林業(yè)督查管理工作提供便捷高效的技術(shù)支持。

2 測繪地理信息技術(shù)在林業(yè)督查管理中的應(yīng)用

2.1 整合已有數(shù)據(jù)資源

數(shù)據(jù)整合是指將不同來源、不同格式和不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、合并和轉(zhuǎn)換的過程。數(shù)據(jù)整合的方法包括數(shù)據(jù)連接、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)裝載等。

隨著全國地理國情普查，第三次全國國土調(diào)查工作的相繼開展，自然資源部門已掌握了最新的、詳實(shí)的、可靠的土地利用數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)、DEM[13](數(shù)字高程模型)、DSM[14](數(shù)字表面模型)、遙感影像數(shù)據(jù)、傾斜攝影、三維激光掃描數(shù)據(jù)及實(shí)景三維數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)地理信息的多源數(shù)據(jù)整合，為林業(yè)督查管理提供豐富的基礎(chǔ)地理信息成果，為建立數(shù)字林業(yè)數(shù)據(jù)庫提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

2.2 建立林業(yè)資源數(shù)據(jù)庫

結(jié)合基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)資源，根據(jù)不同的林業(yè)數(shù)據(jù)類型和性質(zhì)，按照統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和空間基礎(chǔ)，建立不同類型的數(shù)據(jù)庫，以便于林業(yè)數(shù)據(jù)存儲、管理、更新、維護(hù)、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)安全和提高系統(tǒng)工作效率。如，建立衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)庫、解譯樣本庫、林業(yè)數(shù)字矢量基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、森林資源數(shù)據(jù)庫、專題數(shù)據(jù)庫、林業(yè)社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫、政策法規(guī)數(shù)據(jù)庫、文獻(xiàn)資料數(shù)據(jù)庫和其他相關(guān)數(shù)據(jù)庫等。為林業(yè)督查管理提供快速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)查詢和分析功能，實(shí)現(xiàn)林業(yè)數(shù)字化，推動森林資源的全面智能化管理。

2.3 建設(shè)時(shí)空信息云平臺

建設(shè)時(shí)空信息云平臺，是提升林業(yè)督查管理數(shù)字化、信息化的關(guān)鍵。以基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)為基底，結(jié)合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等先進(jìn)信息技術(shù)，以互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)四維、數(shù)據(jù)挖掘等信息技術(shù)與林業(yè)督查管理深度融合，整合完善現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)，遷入數(shù)字林業(yè)數(shù)據(jù)庫管理平臺，開展林業(yè)督查信息化時(shí)空云平臺建設(shè)。實(shí)現(xiàn)多源林地資源要素的歸集和共享，并通過云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和傳遞，避免數(shù)據(jù)的重復(fù)采集和存儲問題。也可以實(shí)現(xiàn)林地資源信息的實(shí)時(shí)更新和動態(tài)調(diào)整，及時(shí)收集和整理變化圖斑，快速反映林地實(shí)際情況。建立時(shí)空信息云平臺，為實(shí)現(xiàn)“林業(yè)監(jiān)管實(shí)時(shí)化，資源管理精準(zhǔn)化，產(chǎn)業(yè)服務(wù)智慧化，生態(tài)文化大眾化”打下基礎(chǔ)。

2.4 林業(yè)專題地圖制作

專題地圖，又稱特種地圖，是在地理底圖上按照地圖主題的要求，突出并完善地表示與主題相關(guān)的一種或幾種要素，使地圖內(nèi)容專題化、表達(dá)形式各異、用途專門化的地圖[15]?？梢越Y(jié)合森林督查的具體工作與現(xiàn)狀，以測繪地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為地理基礎(chǔ)，表達(dá)主題要素的空間位置與地理背景信息；融合林業(yè)資源專題數(shù)據(jù)，編制林業(yè)專題地圖，呈現(xiàn)方式多樣，可以是影像圖、掛圖、數(shù)字專題圖等，可以滿足林業(yè)部門對多樣化地理信息產(chǎn)品的需求，為林業(yè)督查管理提供直觀的參考。

2.5 森林資源動態(tài)監(jiān)測

運(yùn)用測繪地理信息技術(shù)開展對森林資源的動態(tài)監(jiān)測，對林區(qū)資源進(jìn)行定期、長期的跟蹤觀測和數(shù)據(jù)記錄，了解林區(qū)資源的動態(tài)變化情況，為保護(hù)和管理提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持，幫助發(fā)現(xiàn)森林資源的變化趨勢，進(jìn)而制定相應(yīng)的保護(hù)措施。

利用遙感技術(shù)獲取大范圍、高分辨率的影像數(shù)據(jù)，結(jié)合解譯樣本庫，利用遙感圖像的分類與變化檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對森林資源的動態(tài)監(jiān)測和變化分析；通過GPS定位技術(shù)獲得準(zhǔn)確的地理坐標(biāo)，計(jì)算森林覆蓋面積和邊界長度；通過激光雷達(dá)技術(shù)獲取高精度的地面高程模型，用于評估森林地形和地貌；結(jié)合前3點(diǎn)獲取的數(shù)據(jù)，進(jìn)行如點(diǎn)云處理、圖像分割、分類、變化檢測等數(shù)據(jù)處理，提取有用信息，可以更準(zhǔn)確地監(jiān)測和評估森林資源的狀態(tài)。通過不斷完善測繪地理信息技術(shù)，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)處理和綜合評價(jià)的精度、可靠性，能更好地滿足森林資源管理的需求，為生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

2.6 時(shí)空信息賦能

數(shù)字化時(shí)代測繪地理信息事業(yè)轉(zhuǎn)型升級，是大勢所趨。只有轉(zhuǎn)型升級，才能充分發(fā)揮時(shí)空信息數(shù)據(jù)的要素戰(zhàn)，全面有效地支撐高質(zhì)量的發(fā)展。通過提供無所不斷的時(shí)空連接，無時(shí)不用時(shí)空計(jì)算，無所不及的時(shí)空智能，建立以全面動態(tài)感知、系統(tǒng)精準(zhǔn)認(rèn)知、全域智慧管控為主線[16]的技術(shù)邏輯，打造標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、高速泛在、多維動態(tài)、智能敏捷、云網(wǎng)融合、空天海地一體的時(shí)空信息技術(shù)體系，從而實(shí)現(xiàn)資源動態(tài)感知、數(shù)據(jù)深度融合、跨域充分共享、業(yè)務(wù)高效協(xié)同、決策智能科學(xué)。支撐實(shí)現(xiàn)信息化條件下的自然資源科學(xué)管理與國土空間高效治理，助力林業(yè)督查管理科學(xué)化發(fā)展。

3 結(jié)束語

森林資源是人類生存和發(fā)展的重要組成部分，保護(hù)森林資源是全人類的責(zé)任，合理管理和利用森林資源對于維護(hù)生態(tài)平衡和推動可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。運(yùn)用現(xiàn)代科技對森林資源進(jìn)行調(diào)查和監(jiān)測，是對森林資源現(xiàn)狀進(jìn)行科學(xué)管理的重要手段，也是必然趨勢。

測繪地理信息技術(shù)作為現(xiàn)代科技的重要組成部分，其豐富的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和強(qiáng)大的技術(shù)手段，在林業(yè)資源督查管理中的實(shí)際應(yīng)用，不僅可以提供精準(zhǔn)和全面的數(shù)據(jù)支持，還能夠促進(jìn)林業(yè)管理的智能化和信息化，實(shí)現(xiàn)數(shù)字林業(yè)、精準(zhǔn)林業(yè)及智慧林業(yè)等?？梢娫诹謽I(yè)督查管理中，測繪地理信息技術(shù)的基礎(chǔ)性作用，及其顯著優(yōu)勢不可替代。測繪地理信息技術(shù)應(yīng)以3S技術(shù)為家底，通過不斷的更新迭代，用更優(yōu)化、更便捷的技術(shù)服務(wù)于林業(yè)督查管理工作，為精準(zhǔn)提升森林質(zhì)量，加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)，建立生態(tài)安全屏障，推動可持續(xù)發(fā)展提供后勁力量。