3S技術在大興區(qū)森林管理中的應用研究

摘 要：隨著科技的不斷進步，3S技術——地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感技術（RS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）在森林資源管理領域的應用愈加深入。以北京市大興區(qū)為例，研究3S技術在森林管理中的具體應用情況，分析其應用效益。大興區(qū)將3S技術應用于森林資源調(diào)查中，以保證數(shù)據(jù)的精準性，確保造林規(guī)劃設計科學高效及林地保護利用規(guī)劃合理；將3S技術應用在林權勘界和征占用林地管理中，顯著提升了森林資源管理效率和水平。未來，3S技術將在森林資源管理中扮演更加重要的角色，為林業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供強大支撐。

關鍵詞：3S技術；大興區(qū)；森林資源管理

中圖分類號：S757.2 文獻標志碼：A 文章編號：1674-7909（2024）9-96-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.09.023

0 引言

大興區(qū)作為北京市的一個重要組成部分，具有豐富的歷史文化底蘊，在維護區(qū)域生態(tài)平衡、促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮著重要作用。獨特的地理位置和自然條件賦予了這片土地得天獨厚的森林資源，這些資源不僅是大興區(qū)生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，也是支撐其經(jīng)濟社會發(fā)展的重要基石［1］。然而，隨著城市化進程的加速推進和人口數(shù)量的不斷增長，大興區(qū)的森林資源面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的森林資源管理方法已經(jīng)難以適應現(xiàn)代林業(yè)管理的需求，如何更加科學、高效地管理和利用這些寶貴的森林資源，是大興區(qū)面臨的一項重要課題。在這一背景下，引入并應用先進的3S技術——地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感技術（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS），成為提升大興區(qū)森林資源管理效率和水平的有效途徑。

3S技術的引入，不僅為大興區(qū)森林資源管理帶來了技術上的革新，也對管理理念和方法產(chǎn)生了深遠的影響。利用GIS技術，大興區(qū)可以實現(xiàn)對森林資源空間分布、數(shù)量特征、結構特征等的全面分析和可視化表達；利用RS技術，可以快速獲取森林資源的高分辨率影像數(shù)據(jù)，為資源調(diào)查和監(jiān)測提供豐富的數(shù)據(jù)源；利用GPS技術，可以實現(xiàn)對森林樣地的精確定位和數(shù)據(jù)的實時采集。這些技術的應用，不僅提高了大興區(qū)森林資源管理的效率和精度，也為當?shù)卣嘘P部門科學決策和合理規(guī)劃提供了有力支持［2］。

該研究總結了3S技術在大興區(qū)森林資源管理中的應用情況，分析了其在提高工作效率、保證工作質(zhì)量、促進森林資源科學利用等方面的積極作用，以期為大興區(qū)乃至其他地區(qū)的森林資源管理提供有益的借鑒和參考。

1 大興區(qū)森林資源概況

大興區(qū)位于北京市南郊，地處華北平原的北部邊緣，地勢平坦，氣候宜人，為林木的生長提供了良好的自然條件。全區(qū)土地總面積達1 036 km2，林木覆蓋率高達33.48%，形成了較為完整的森林體系。這些森林資源不僅為大興區(qū)提供了清新的空氣和優(yōu)美的環(huán)境，也為其生態(tài)安全和經(jīng)濟社會發(fā)展提供了重要保障［3］。

大興區(qū)的森林主要由人工林組成，以環(huán)境保護林、防護林和經(jīng)濟林為主。環(huán)境保護林木以油松、國槐、刺槐、銀杏、楊樹、白蠟、臭椿等防護能力和景觀效果俱佳的鄉(xiāng)土樹種為主，用于凈化空氣、改善環(huán)境；防護林木以楊樹、柳樹等速生樹種為主，用于防風固沙、保持水土；經(jīng)濟林木則以果樹、花卉等為主，用于發(fā)展特色林業(yè)產(chǎn)業(yè)、增加農(nóng)民收入。然而，隨著城市化進程的加速推進和人口數(shù)量的不斷增長，大興區(qū)的森林資源面臨著巨大的壓力和挑戰(zhàn)。一方面，城市擴張和基礎設施建設對森林資源的占用日益增多；另一方面，不合理的開發(fā)利用方式也對森林資源的可持續(xù)利用構成了威脅。這些問題不僅影響了大興區(qū)森林資源的數(shù)量和質(zhì)量，也對其生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟社會發(fā)展產(chǎn)生了負面影響。

3S技術的應用，有助于實現(xiàn)對森林資源的全面監(jiān)測、精準管理和科學利用，為森林資源的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

2 3S技術在大興區(qū)森林管理中的應用

2.1 森林資源調(diào)查

在森林資源調(diào)查中，大興區(qū)對3S技術的應用進行了深入探索和實踐。傳統(tǒng)的森林資源調(diào)查方法往往依賴于人工踏查，這種方法不僅耗時耗力，而且難以保證調(diào)查結果的準確性和一致性。隨著科技的發(fā)展，調(diào)查人員采用掌上電腦（PDA）+GPS技術進行森林資源調(diào)查，極大地提高了調(diào)查精度和效率。

PDA+GPS技術的應用使樣地坐標的精確定位成為可能。調(diào)查人員通過手持PDA設備，可以實時接收GPS信號，快速準確地獲取樣地的經(jīng)緯度坐標。與傳統(tǒng)方法相比，這種方法避免了因人為讀數(shù)誤差和羅盤儀系統(tǒng)誤差造成的樣地定位不準確問題，大大減少了調(diào)查誤差。同時，PDA設備還可以記錄樣地的其他相關信息（如樹種、林齡、郁閉度等），為后續(xù)的森林資源分析和管理提供數(shù)據(jù)支持［4］。

除PDA+GPS技術外，調(diào)查人員還充分利用RS技術獲取高分辨率影像數(shù)據(jù)，為森林資源調(diào)查提供了豐富的數(shù)據(jù)源。利用RS技術，調(diào)查人員通過衛(wèi)星或無人機等遙感平臺獲取地面信息，經(jīng)過圖像處理和分析，可以快速、準確地識別地類邊界和類型。調(diào)查人員利用RS技術獲取影像數(shù)據(jù)，并結合地面調(diào)查數(shù)據(jù)，可以對森林資源進行全面調(diào)查和評估。這種方法不僅提高了調(diào)查效率，還保證了調(diào)查結果的準確性和可靠性。

在具體實踐中，根據(jù)森林資源分布特點和調(diào)查需求，調(diào)查人員制定了詳細的調(diào)查方案和技術路線。通過PDA+GPS技術和RS技術的綜合應用，實現(xiàn)了對全區(qū)森林資源的全面調(diào)查和動態(tài)監(jiān)測，為森林資源的科學管理和合理利用提供了有力支持。

2.2 造林規(guī)劃設計

在林業(yè)規(guī)劃設計方面，大興區(qū)對GIS技術的應用已達到了一個新的高度。GIS技術以其強大的空間分析功能和數(shù)據(jù)可視化表達能力，成為造林規(guī)劃設計的得力助手。

GIS技術不僅能對森林資源數(shù)據(jù)進行詳盡分析，而且能通過ArcMap軟件將這些數(shù)據(jù)以可視化的形式直觀展現(xiàn)出來［5］。這使得規(guī)劃人員能夠清晰地看到森林資源的分布狀況，理解其數(shù)量特征和結構特征，為后續(xù)的造林規(guī)劃設計工作提供堅實的數(shù)據(jù)基礎。在具體實踐中，ArcMap軟件的功能得到了充分發(fā)揮。規(guī)劃人員可以輕松利用軟件對小班進行精確分割和合并，確保造林規(guī)劃任務的具體位置和精準面積。規(guī)劃人員通過設置不同的圖層和屬性字段，實現(xiàn)對造林地塊精細化管理和分析，確保每一個細節(jié)都得到充分考慮。

ArcMap軟件提供的空間分析工具和可視化表達手段（如緩沖區(qū)分析、疊加分析、三維可視化等），進一步增強了造林規(guī)劃設計的科學性和直觀性。這些工具不僅能夠幫助造林規(guī)劃人員深入理解造林規(guī)劃方案的效果和影響，還能在造林規(guī)劃過程中提供及時的反饋，指導造林規(guī)劃方案的優(yōu)化和調(diào)整，大大提高造林規(guī)劃設計的精確性和可操作性。同時，GIS技術還具有及時監(jiān)測規(guī)劃方案完成情況的能力，為規(guī)劃評估和調(diào)整提供了有力的數(shù)據(jù)支持，確保了造林規(guī)劃設計的科學性和實效性。

2.3 林地保護利用規(guī)劃

在林地保護利用規(guī)劃中，大興區(qū)利用GIS技術對林地性質(zhì)、林種、生態(tài)重要性等因素進行了分析和評價，確定了林地的保護等級和功能分區(qū)。GIS技術對海量的森林資源數(shù)據(jù)進行了快速處理和分析，提取出了有價值的信息及其規(guī)律。

通過數(shù)據(jù)的可視化呈現(xiàn)和空間分析功能，GIS可以直觀地展示林地的分布情況和保護利用潛力。在保護利用規(guī)劃中，根據(jù)林地的實際情況和發(fā)展需求，規(guī)劃人員制定了詳細的保護利用措施和管理政策。同時，GIS技術還可以幫助規(guī)劃人員實時監(jiān)測林地的變化情況和保護利用效果，為林地保護利用規(guī)劃年度更新提供了有力支持。

在具體實踐中，大興區(qū)注重發(fā)揮GIS技術的優(yōu)勢和作用，將保護利用規(guī)劃與生態(tài)環(huán)境保護、經(jīng)濟社會發(fā)展等緊密結合起來。通過科學規(guī)劃和管理措施的實施，大興區(qū)實現(xiàn)了對森林資源的有效保護和合理利用，為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供了有力保障。

2.4 林權勘界

在林權勘界中，大興區(qū)利用ArcGIS軟件結合GPS野外取點技術，對林地邊界進行了精確劃定。林權勘界是森林資源管理的重要環(huán)節(jié)之一，關系到林權所有人的合法權益和森林資源的有序利用。傳統(tǒng)的林權勘界往往依賴于人工踏查和測量，這種方法不僅耗時耗力而且容易出錯。

ArcGIS軟件具有強大的地圖制作和空間分析能力，可以幫助勘界人員快速準確地繪制林地邊界圖。同時，結合GPS野外取點技術，勘界人員可以實時獲取地面點的經(jīng)緯度坐標并精確標注在地圖上。通過ArcGIS軟件和GPS技術的綜合應用，大興區(qū)實現(xiàn)了對林地邊界的精確劃定和標注，避免了因地界劃分不清而引發(fā)的矛盾糾紛。在具體實踐中，應注重發(fā)揮ArcGIS軟件和GPS技術的優(yōu)勢和作用，結合航片數(shù)據(jù)和實地調(diào)查數(shù)據(jù)對林地邊界進行精確劃定［6］。這不僅可以保證勘界結果的準確性和可靠性，還可以提高勘界工作的效率和質(zhì)量。同時，勘界結果還可以作為后續(xù)林地管理和利用的重要依據(jù)，為森林資源的科學管理和合理利用提供有力支持。

2.5 征占用林地管理

在征占用林地管理中，大興區(qū)面臨著嚴峻挑戰(zhàn)，這是因為城市化進程加速和基礎設施建設持續(xù)推進會導致征占用林地日益增多。如何科學、合理地管理這些征占用林地，確保林地資源的可持續(xù)利用，成為林地資源管理亟待解決的問題。為了更加科學、合理地管理林地，大興區(qū)積極引入并應用GIS技術。GIS技術以其強大的空間數(shù)據(jù)處理和分析能力，為征占用林地管理提供了強有力的技術支持。

在具體實踐中，技術人員會對建設單位提供的勘界釘樁CAD圖進行坐標轉換和數(shù)據(jù)處理，將建設單位提供的圖紙數(shù)據(jù)轉換為與現(xiàn)有林地資源數(shù)據(jù)相兼容的格式，確保數(shù)據(jù)的一致性和可比性。利用GIS技術的空間疊加分析功能，將轉換后的數(shù)據(jù)與現(xiàn)有林地資源數(shù)據(jù)進行比對分析，這一過程能夠精確地識別征占用林地的位置和范圍，為征占用林地管理提供準確的數(shù)據(jù)支持。這不僅大大節(jié)約了時間成本，提高了調(diào)查工作的效率，而且通過精確的數(shù)據(jù)分析，確保了征占用林地管理的準確性和可靠性。此外，利用GIS技術，工作人員還能夠?qū)崟r監(jiān)測征占用林地的情況。通過實時的數(shù)據(jù)更新和分析，工作人員能夠及時掌握征占用林地的動態(tài)變化，為征占用林地審批和監(jiān)管提供科學依據(jù)。這不僅有助于對征占用林地進行科學規(guī)劃和管理，還能夠有效保護森林資源，助力實現(xiàn)森林資源的可持續(xù)利用。

3 效益分析

傳統(tǒng)的森林資源調(diào)查和管理往往依賴于人工踏查和手工處理數(shù)據(jù)，這種方式不僅耗時耗力，而且容易受到人為因素的干擾，導致工作效率低下。而3S技術的應用則打破了這一局限，使工作效率和質(zhì)量得到了顯著提升。

3.1 外業(yè)調(diào)查方面

3S技術的應用使樣地坐標的精確定位成為可能。例如，大興區(qū)“一類”調(diào)查森林樣地260個，平均引線約240 m，利用原始調(diào)查方式，用羅盤從引點打引線到西南角點，每個樣地定位平均需要40 min，利用RTK定位平均5 min就能完成定位，引線測量工作效率提高7倍，精度也大幅提高；利用羅盤進行邊界測量平均需要30 min，利用RTK定位平均6 min就能完成，邊界測量工作效率提高4倍。

3.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理方面

3S技術在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理中的應用也帶來了顯著的效益。應用GIS技術可以對森林資源數(shù)據(jù)進行空間分析和可視化表達，有助于林業(yè)人員掌握森林資源分布和變化趨勢，可以為森林資源規(guī)劃設計和保護利用提供科學依據(jù)。同時，調(diào)查軟件系統(tǒng)中的邏輯檢查功能還可以自動檢測數(shù)據(jù)中的錯誤和異常值，并及時提示和修正，降低人為因素對數(shù)據(jù)質(zhì)量的干擾，保證數(shù)據(jù)的可靠性和準確性。例如，大興區(qū)在2019年森林資源“二類”調(diào)查中，先收集2014—2018年林木采伐和造林數(shù)據(jù)，利用3S技術對2014年森林資源“二類”調(diào)查成果小班進行區(qū)劃；然后根據(jù)遙感技術獲取的高分辨率影像數(shù)據(jù)，進一步對2014年森林資源“二類”調(diào)查成果小班進行區(qū)劃，在室內(nèi)就可以基本完成小班的區(qū)劃，大大節(jié)省了外業(yè)調(diào)查時間。

3.3 資源管理方面

3S技術的應用使大興區(qū)森林資源管理部門能夠更加高效地管理各種森林資源。例如，通過RS技術可以定期獲取森林資源的影像數(shù)據(jù)，對森林資源的變化情況進行實時監(jiān)測和分析，能及時發(fā)現(xiàn)森林病蟲害、風折、水毀等自然災害的發(fā)生情況，為森林資源的保護和管理提供及時準確的信息支持。利用GIS技術可以對森林資源數(shù)據(jù)和其他資源數(shù)據(jù)進行疊加分析。例如，在《北京市大興區(qū)林地保護利用規(guī)劃（2021—2035年）》編制中，工作人員利用GIS技術對規(guī)劃林地與國土變更調(diào)查結果進行融合分析，發(fā)現(xiàn)與復耕農(nóng)地重合面積1 919.4 hm2，與臨時綠化用地重合面積988.08 hm2，與項目征占用林地重合面積726.74 hm2，與特殊用地和城鎮(zhèn)建設用地等用地重合面積1 045.97 hm2，這為規(guī)劃方案的制定提供了科學依據(jù)。

4 結束語

隨著技術的不斷進步及其應用領域的不斷拓展，3S技術將在森林資源管理中發(fā)揮更加重要的作用。大興區(qū)林業(yè)管理部門應繼續(xù)加強3S技術的推廣和應用，不斷提升森林資源管理水平和服務能力。同時，大興區(qū)還應積極探索3S技術與其他先進技術的融合應用（如物聯(lián)網(wǎng)技術、大數(shù)據(jù)技術等），以實現(xiàn)森林資源管理的智能化、精細化發(fā)展。這不僅有助于提高大興區(qū)森林資源管理的效率和水平，還將為區(qū)域生態(tài)平衡和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展做出更大貢獻。

參考文獻：

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［2］侯瑞霞，全紅瑞，于凌霄.“3S”技術在森林資源二類調(diào)查中的應用［J］.林業(yè)調(diào)查規(guī)劃，2006（3）：11-13.

［3］劉丹丹.3S技術在森林公園規(guī)劃和管理中的應用研究［D］.北京：北京林業(yè)大學，2005.

［4］蘇林.“3S”技術在森林防火管理的應用［J］.福建電腦，2003（8）：10-11.

［5］郭威.3S技術在森林化礦山建設中的應用與研究［J］.科技創(chuàng)新導報，2011（8）：124.

［6］桑開軍.3S技術在大熊貓保護區(qū)森林資源管理與監(jiān)測中的應用研究［J］.中國林業(yè)產(chǎn)業(yè)，2023（1）：54-55.

基金項目：北京市科技計劃項目（Z121100008512002）。

作者簡介：王愛軍（1977—），男，本科，林業(yè)工程師，研究方向：森林資源調(diào)查監(jiān)測和森林培育。