基于遙感技術(shù)的林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)研究

韋星宇

摘要：本文主要對基于遙感技術(shù)的林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。在研究過程中首先明確林業(yè)調(diào)查規(guī)劃應(yīng)用遙感技術(shù)的主要類型，包括森林資源調(diào)查、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、林業(yè)病蟲害監(jiān)測以及林業(yè)火災(zāi)監(jiān)測等方面。通過林業(yè)調(diào)查規(guī)劃實(shí)際案例，分析基于遙感技術(shù)的林業(yè)病蟲害監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)情況，明確設(shè)計(jì)思路與設(shè)計(jì)要點(diǎn)。最后，探究了系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用效果。本次研究結(jié)果表明：遙感技術(shù)在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)中具有顯著的積極作用，可進(jìn)一步提高林業(yè)調(diào)查規(guī)劃工作效率與質(zhì)量，提高國土資源管理綜合水平。希望本次研究結(jié)果為林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)用遙感技術(shù)提供一定借鑒幫助。

關(guān)鍵詞：遙感技術(shù)；林業(yè)調(diào)查規(guī)劃；設(shè)計(jì)研究

森林資源作為生態(tài)系統(tǒng)中十分重要的自然資源，對于地區(qū)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的建設(shè)均具有直接的影響作用，黨和政府在社會(huì)發(fā)展的過程中也始終關(guān)注森林資源管理工作，尤其是林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)。在信息技術(shù)等新技術(shù)廣泛應(yīng)用的背景下，遙感技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用顯著提高了林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)水平，其具有多光譜信息獲取、時(shí)空分辨率高以及無接觸式監(jiān)測的特點(diǎn)，在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)中的作用逐步提升。基于此，本文對遙感技術(shù)在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用情況進(jìn)行分析，并從中選擇具體應(yīng)用作了實(shí)例分析，進(jìn)而為林業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展提供參考。

1 遙感技術(shù)在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃中的應(yīng)用

1.1 森林資源調(diào)查

遙感技術(shù)在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)中扮演著至關(guān)重要的角色，特別是在森林資源調(diào)查評(píng)估方面，展示出了顯著的積極效果。第一，借助獲取的高清晰度和持續(xù)更新的遙感信息資料系統(tǒng)，能夠有效探測并追蹤森林覆蓋率、樹種區(qū)分、林木年齡及林木高度等多種復(fù)雜信息，確保了森林資源調(diào)查的全面性、實(shí)時(shí)性以及高效性[1]。第二，遙感圖像解析技術(shù)通過執(zhí)行圖像分類、辨識(shí)和差異分析等功能，有助于明確森林資源的種類、構(gòu)造及其變遷情況，為后續(xù)林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)提供了真實(shí)可靠的信息基礎(chǔ)。第三，將遙感技術(shù)和GIS技術(shù)、GPS技術(shù)緊密結(jié)合，利用遙感技術(shù)提供最新的圖像信息，利用GPS提供圖像信息中的“骨架”位置信息，利用GIS為圖像處理、分析應(yīng)用提供技術(shù)手段，進(jìn)一步提高林業(yè)調(diào)查規(guī)劃的精度和效率。

1.2 生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，遙感技術(shù)的融入能有效促進(jìn)對林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的全方位觀測與評(píng)價(jià)。第一，借助其獲取的高清晰度遙感圖像資料，能夠詳細(xì)分析森林覆蓋狀況、林區(qū)構(gòu)造以及生物多樣性的各種環(huán)境參數(shù)。第二，遙感技術(shù)能實(shí)時(shí)監(jiān)控森林火警、病蟲害侵襲及人為影響等環(huán)境變動(dòng)，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，從而支持有效的預(yù)防和管理策略，以維護(hù)森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定與健康[2]。最后，基于遙感技術(shù)還能通過評(píng)估森林在水土保持、氣候調(diào)節(jié)等方面的服務(wù)效能，為林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)，進(jìn)而促進(jìn)可持續(xù)且環(huán)保的林業(yè)發(fā)展路徑。第三，將遙感技術(shù)與GPS、GIS結(jié)合應(yīng)用，由遙感技術(shù)獲得的圖像信息源、GPS系統(tǒng)獲取空間坐標(biāo)定位為GIS提供地勢圖形信息，通過數(shù)字圖像處理和模式識(shí)別等技術(shù)，使遙感圖像的應(yīng)用信息直接進(jìn)入GIS系統(tǒng)，為GIS數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性提供新的數(shù)據(jù)接口，最終得到圖表輸出的專題制圖和圖形信息成果，方便分析和提供決策依據(jù)。

1.3 林業(yè)病蟲害監(jiān)測

遙感技術(shù)不僅在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃中發(fā)揮著極其重要的作用，同時(shí)，在森林病蟲害監(jiān)測效果顯著。借助遙感圖像能夠有效實(shí)施林區(qū)病蟲害的監(jiān)測、預(yù)報(bào)及提出應(yīng)對策略建議等，為林業(yè)病蟲害研究和預(yù)防措施設(shè)計(jì)提供至關(guān)重要的信息基礎(chǔ)。同時(shí)，基于遙感技術(shù)能獲取高時(shí)間和空間精度的圖像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對林區(qū)植被生長情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，做到早發(fā)現(xiàn)、早防治。遙感影像能夠揭示病蟲害發(fā)生的具體地理位置和嚴(yán)重性，有利于預(yù)警系統(tǒng)的建立以及制定科學(xué)完善的防治措施[3]。其次，通過對這些影像的數(shù)據(jù)解析，可提取病蟲害相關(guān)指標(biāo)，進(jìn)行發(fā)展趨勢的剖析，進(jìn)而為林業(yè)規(guī)劃提供關(guān)于病蟲害可能爆發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和密度估計(jì)。再者，遙感技術(shù)還能整合氣象資料、地理信息系統(tǒng)等多種數(shù)據(jù)源，打造一個(gè)多維度的病蟲害監(jiān)控和防御體系，以此提升病蟲害檢測的精準(zhǔn)度和可信度。

1.4 林業(yè)火災(zāi)監(jiān)測

在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)工作中，需要對遙感技術(shù)的特征與應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行全面分析，結(jié)合技術(shù)優(yōu)勢與工作需求制定科學(xué)合理的工作方案?？蓪⑵鋺?yīng)用到森林火災(zāi)的監(jiān)控領(lǐng)域，它貢獻(xiàn)了一種高效且及時(shí)的檢測和預(yù)警方法。首先，遙感技術(shù)利用其獲取的高時(shí)間和空間精度的遙感圖像資料，能有效地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)火情監(jiān)控及迅速辨識(shí)火源。這些圖像揭示了火災(zāi)發(fā)生的具體位置及其蔓延態(tài)勢，為監(jiān)控團(tuán)隊(duì)提供了寶貴的預(yù)警和應(yīng)急響應(yīng)依據(jù)[4]。其次，通過對遙感圖像的數(shù)據(jù)解析，提取火災(zāi)相關(guān)參數(shù)并分析火勢發(fā)展趨向，可對潛在的火災(zāi)危險(xiǎn)和易燃危險(xiǎn)區(qū)域做出科學(xué)精準(zhǔn)的預(yù)測評(píng)估，進(jìn)而為林業(yè)規(guī)劃工作開展提供精確的火險(xiǎn)預(yù)報(bào)信息。最后，基于遙感技術(shù)還能整合氣象信息、地理信息系統(tǒng)等多種數(shù)據(jù)來源，建立一個(gè)多維度的數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，以提升火警探測的精準(zhǔn)度和可信度，為林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)提供全方位的支持。

2 基于遙感技術(shù)的林區(qū)病蟲害監(jiān)測

為進(jìn)一步探究遙感技術(shù)在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃中的設(shè)計(jì)應(yīng)用，以甘肅省白龍江林區(qū)病蟲害調(diào)查項(xiàng)目為例分析。白龍江林區(qū)地處青藏高原東部區(qū)域，是國家級(jí)重點(diǎn)林區(qū)，其中包括20多種珍稀林木樹種。對林區(qū)內(nèi)舟曲、姚河、白水江等國有林場中的林木資源進(jìn)行調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)林區(qū)內(nèi)存在40余種病蟲害，其中，以云杉、冷杉、柳樹以及落葉松等受到的病蟲害最為嚴(yán)重，并集中在2 040～2 920 m高度地區(qū)，包括狹冠網(wǎng)蝽、落葉病、葉銹病等。經(jīng)過綜合分析后，選擇遙感技術(shù)對林區(qū)病蟲害進(jìn)行監(jiān)測。

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1.1 設(shè)計(jì)思路

基于遙感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對林區(qū)內(nèi)同一時(shí)間段、同一區(qū)域的林木健康狀態(tài)進(jìn)行全面信息收集與處理，對存在病害的林木與健康林木進(jìn)行對比分析，并將其上傳到電子信息系統(tǒng)中形成遙感影像，基于專業(yè)識(shí)別技術(shù)分析不同狀態(tài)樹木信息的差異情況[5]。同時(shí)，結(jié)合遙感影像信息資料與實(shí)際工作查看情況，病蟲害現(xiàn)象達(dá)到一定程度后會(huì)導(dǎo)致馬尾松、冷杉和云杉等針葉林的顏色從綠色變?yōu)楹贮S色，在嚴(yán)重情況下還會(huì)導(dǎo)致針葉脫落。結(jié)合病蟲害發(fā)生規(guī)律與實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)可以得知，通過時(shí)間序列模型分析能夠更加精準(zhǔn)清晰地查看到病蟲害樹木的真實(shí)情況。

2.1.2 遙感監(jiān)測指標(biāo)選擇

時(shí)間序列模型的首要構(gòu)建步驟就是選擇合適的模型指標(biāo)，將地形地貌和天空云朵等因素對指標(biāo)的影響剔除，進(jìn)一步強(qiáng)化調(diào)查信息的真實(shí)可靠性。針對不同指標(biāo)存在的適應(yīng)性與局限性問題，結(jié)合林木生長情況、林木種類以及地理區(qū)域特征等因素，定量描述不同情況下的林區(qū)植被生長情況。

現(xiàn)階段比較常見的森林病蟲害指標(biāo)包括比值植被指數(shù)（RVI）、增強(qiáng)型植被指數(shù)（EVI）和歸一化差異植被指數(shù)（NDVI）三種，其中，歸一化差異植被指數(shù)是利用紅光波段與近紅外波段之間的差異對植被的生長情況進(jìn)行定量化分析，可以通過時(shí)序變化曲線對土地資源利用類型與覆蓋類型進(jìn)行深入分析，進(jìn)而了解到植被的變化特征。具體計(jì)算公式如下：

其中，代表近紅外波段反射率；代表紅光波段反射率。NDVI的整體取值區(qū)間為{-1，1}，綠色植被區(qū)的NDVI取值范圍處于0.2～0.8。

EVI指標(biāo)具備較高的抗噪聲能力與抗大氣干擾能力，在植被茂盛，具有大量葉綠素的地區(qū)具有良好的應(yīng)用效果，如非山區(qū)地帶，具體計(jì)算公式如下：

其中，代表藍(lán)光波段反射率。

RVI指標(biāo)屬于一種基于影響特征的指數(shù)，依據(jù)影像中非植被區(qū)域和植被區(qū)域的反射率的比值進(jìn)行計(jì)算，可以反映出植被反射率的相對差異情況，對植被狀況進(jìn)行有效評(píng)估。具體計(jì)算公式如下：

通過上述三項(xiàng)指標(biāo)基本特征情況，同時(shí)綜合地面調(diào)查數(shù)據(jù)、林木種類、地區(qū)病蟲害特征等信息指標(biāo)，最終確定以NDVI指標(biāo)作為病蟲害監(jiān)測指標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)對監(jiān)測影像進(jìn)行預(yù)處理，將NDVI影像提取出來，同時(shí)結(jié)合白龍江林區(qū)林業(yè)地面調(diào)查數(shù)據(jù)等官方數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建病蟲害信息模型。

2.1.3 監(jiān)測評(píng)估模型

NDVI變化率公式如下：

其中，代表t1時(shí)間段的遙感影像，此時(shí)林木植被并未遭受病蟲害；代表t2時(shí)間段的遙感影像，此時(shí)林木已經(jīng)遭受病蟲害影響。

工作人員通過GPS技術(shù)開展外業(yè)調(diào)查工作，同時(shí)，結(jié)合地區(qū)氣候條件對監(jiān)測區(qū)域樹種進(jìn)行實(shí)地勘察分析，以對角線路線對林木受害情況與實(shí)際面積等信息進(jìn)行收集整理，進(jìn)而得到林木受害統(tǒng)計(jì)表[6]。以20 m×20 m作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大小，對同一條件下的林木感病指數(shù)與被害率進(jìn)行記錄，分析病蟲害影響程度與具體類型，以此開展后續(xù)規(guī)劃工作。

以林區(qū)云杉樹種為例展開深入分析，對云杉受害程度與NDVI變化率情況進(jìn)行相關(guān)性分析，具體計(jì)算公式如下：

其中，i代表地面調(diào)查驗(yàn)證點(diǎn)數(shù)；xi代表第i個(gè)調(diào)查點(diǎn)的預(yù)估值；yi代表第i個(gè)地面調(diào)查點(diǎn)的實(shí)際數(shù)值。r值在0.01或者0.05時(shí)，代表上述兩個(gè)指標(biāo)具有顯著的相關(guān)性，對應(yīng)的模型具有較高的可信度，能夠?yàn)楹罄m(xù)研究提供有力支持。

對多個(gè)地面調(diào)查點(diǎn)數(shù)據(jù)信息收集分析，從中隨機(jī)抽取一部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，利用F檢驗(yàn)法檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膶?shí)際實(shí)用性。該方法將林木病害登記與地面調(diào)查點(diǎn)的受害程度設(shè)定為自變量x與因變量y，符合現(xiàn)行回歸方程關(guān)系。具體計(jì)算公式如下：

如果F＞F（m，n-m-1，a），代表自變量與因變量之間具有顯著的相關(guān)性，同時(shí)符合線性回歸規(guī)律。為進(jìn)一步驗(yàn)證上述模型的實(shí)用性，需要進(jìn)一步驗(yàn)證剩余實(shí)地調(diào)查點(diǎn)的真實(shí)數(shù)值，具體計(jì)算公式如下：

Ei代表地面調(diào)查點(diǎn)的預(yù)測精度。

2.2 監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

2.2.1 地面調(diào)查信息

對白龍江地區(qū)病害情況進(jìn)行綜合分析，可以發(fā)現(xiàn)云杉落葉病為主要病害。選取舟曲林業(yè)局管理區(qū)域作為實(shí)際觀測地區(qū)，在7—9月份進(jìn)行調(diào)查，設(shè)定監(jiān)測地點(diǎn)60個(gè)，部分地區(qū)的數(shù)據(jù)情況如下表所示。

2.2.2 模型驗(yàn)證

基于回歸分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，置信系數(shù)為0.01時(shí)，模型具有較高的可靠性與科學(xué)性，此時(shí)利用E檢驗(yàn)法對模型進(jìn)行驗(yàn)證分析，可以得到預(yù)測模型檢驗(yàn)結(jié)果如下表2所示。

2.2.3 監(jiān)測結(jié)果對比分析

對監(jiān)測地區(qū)遙感技術(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)與地面調(diào)查數(shù)據(jù)對比分析，具體情況如下表4所示。

通過數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，以地面調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于遙感技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)值與正常值之間的誤差約為4.64%，整體偏小，代表遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果具有良好的可信度與真實(shí)性[7]。通過遙感技術(shù)構(gòu)建的林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠?yàn)楹罄m(xù)工作提供有力支持。

3 結(jié)論

通過本次研究可以看出，遙感技術(shù)在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)用具有顯著的積極作用，可以充分發(fā)揮遙感技術(shù)的先進(jìn)性，進(jìn)一步提高林業(yè)調(diào)查規(guī)劃工作效率與結(jié)果精度，通過模型構(gòu)建為后續(xù)工作提供有力支持。所以，林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)靈活運(yùn)用遙感技術(shù)，做好相關(guān)管理工作，進(jìn)一步推動(dòng)我國生態(tài)環(huán)境資源保護(hù)工作的創(chuàng)新發(fā)展。

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