“3S”在林業調查規劃設計中的應用

杜家斌,陳翠芬

(武漢市黃陂區林業技術推廣服務中心,湖北武漢430300)

1 “3S”概述

RS(Remote Sensing)即遙感,是一種以物理手段(傳感器、平臺及信息獲取與傳輸)、數學方法(包括計算機圖像處理、地學計量分析、數理統計等)和地學分析(指以地學規律為基礎的地學處理過程)為基礎的綜合探測技術,通過對目標進行探測,獲取目標信息,然后對所獲取的信息加工處理,從而實現對目標進行定位、定性、定量的描述[1]。GPS(G lobal Positioning System)即全球定位系統。是由美國軍方研制的第2代衛星導航系統。GPS接收機通過同時接收空中幾顆衛星發射的信號,采用三角測量的原理確定出地球空間任意位置的精確空間坐標。其民用核心功能是定位、導航和距離、面積的求算[2]。G IS(Geographic In formation System)即地理信息系統。是在計算機軟、硬件支持下,使描述客觀世界的各種數據,按其地理坐標或空間輸入計算機,并在其中貯存更新、查詢檢索、量測運算、分析處理、綜合應用、顯示制圖和輸出的一種技術系統[3]。

2 “3S”在林業調查中的應用

2.1 樣地定位

樣地(固定樣地和隨機樣地)定位相關內容,在森林資源調查中占有十分重要的地位,我國現行森林林資源連續清查(一類清查)和森林林資源規劃設計調查,都要進行固定(或隨機)樣地調查,因而必須涉及到樣地定位。傳統的調查方法中,一般使用羅盤儀,由明顯地物引點。在地形圖上量取由明顯地物點到樣地標識點(中心點或角點)的方位角、水平距,除應用地形圖、軟盤儀定位外,還要憑借經驗,逐個地形對照,方能準確無誤。往往在圖上確定測量點后,在地面上確認時,會有一定誤差,而且受地形、植被的影響,實際測量點會有位移,造成主、客觀方面的誤差。

利用GPS的定位和導航功能可以方便地進行樣地定位。先將樣地標識點(中心點或角點)坐標輸入GPS,將該點設為導航目標,開啟GPS導航功能,進入導航狀態,GPS將顯示到該點的方向和距離,引導調查隊員尋找到目標點。理論上,當GPS顯示的距離為“0”時,即是到達目標點。實際上當距離小于“5”(或10)時,GPS就發出到達警示,此時就可以認為已經到達目標。這種方法可以大大減少勞動強度,顯著提高工作效率,而且能保證定位的準確性。

2.2 小班調查

傳統的小班調查,是依據小班區劃條件,現場進行目測區劃,在地形圖上勾繪,然后利用方格紙,進行“數格子”式的面積求算,最后手工進行各項分類數據處理。這種方法不僅勞動強度大,費時費力,而且因調查人員業務能力的差異,導致主客上的誤差很大,不能保證調查精度。引入“3S”技術以后,就可以從定點、區劃、求積、數據分析統計等方面,用電腦進行處理。

(1)GPS確認小班邊界,特別是重要節點。在需要區劃小班的邊界線上,特別是小班線的轉折點,現場利用GPS的精確定位功能確定坐標,并標注在地形圖上,就可以連線構成小班。特別是針對平原地區,地貌特征不明顯、沒有明顯地形地物做參照的情況下,解決了無法確認小班邊界的難題。從根本上避免了小班形狀不準、面積誤差、位置移動等錯誤的出現。

(2)引入遙感影像進行目視判讀,提高小班區劃效率和準確度。2008年的二類清查,引入了TM 遙感影像,通過反復實地核對,建立圖面判讀標準后,就可以通過 TM影像的色調、光澤、質感、幾何特征、結構紋理、地理位置和地理相關性等特征,進行初步判讀、區劃,即目視判讀。然后只需在現場進行核實和核對,這樣很大程度上提高了工作效率,也保證了小班區劃、特別是小班邊界的準確程度。

(3)充分利用GIS的強大功能,進行后期數據匯總、統計、分析及成圖。在完成小班判讀、區劃以后,完整記錄下小班調查因子。這時,就可以在GIS平臺上,利用GIS的強大功能,電算化進行面積求算、數據匯總、統計和綜合分析以及后期成圖處理。把小班因子輸入計算機,在G IS中作為屬性賦值給小班,電腦就可以依據小班屬性,進行任意目標屬性值的分類統計和數據分析,同時,GIS的強大制圖功能可以按屬性把小班進行分色處理,從而自動完成成圖操作,按照不同目標,制成相應的專題地圖,如基本圖、森林資源分布圖、林相圖等。其最大優點在于：面積求算準確、數據處理能力強、成圖效率高、圖面整潔美觀。徹底改變了以往人工繪圖煩瑣、低效的局面。

2.4 林業專題調查

林業專題調查,是林業調查規劃設計部門的日常工作。林地征占用、林業生產規劃設計、造林作業設計、采伐作業設計等,都需要進行專題調查。傳統的調查方法,基本上是按“林業三類調查”標準,進行人工作業,因而與“一類”、“二類”相似,同樣存在工作量大、精度較粗的問題。引入“3S”技術以后,按照GPS定位、劃線、確定小班,用 TM 影像校正、檢驗,然后在GIS平臺上求算面積、處理數據,并繪制專題圖。全套作業流程化,不僅工效高,而且準確、規范。

3 結語

“3S”技術涉及學科廣泛,技術處于不斷豐富和發展之中,同時,還有一些硬、軟件方面的配套問題,需要在工作中不斷完善和發展。“3S”技術學科理論廣泛而深奧,涉及地學、林學、生物學和計算機應用等專業學科,在林業上的應用是對傳統技術手段的革新,目前從業人員理論基礎較差,操作、應用不夠嫻熟,而高校在學科設置方面不夠全面和系統,造成專業人員生缺乏,不能高效、全面發揮技術手段的作用。因此,需要林業調查規劃設計系統,以應用為目的,從實際出發,組織系統而全面的人才培訓,特別是GPS應用和GIS操作能力,以提高行業技術水平。

“3S”技術中,由于特殊原因,相當部分的核心技術,特別是GPS精度,受制于國外,按照林業行業應用要求,基層調查設計院(隊)需要提高GPS精度,借助地方測繪系統,校正GPS,并進行后差分處理。目前我們及其它地方,部分使用“3S”技術應用于林業調查規劃設計,僅是一種探索和嘗試,沒有統一的標準和行業規范,特別是各地使用的、甚至同一地方使用的地圖制式不一樣,造成坐標系統有差異、制圖出圖不統一等,需要有一套規范、統一的執行標準。

“3S”技術引入林業調查規劃設計,目前還不能完全取代傳統模式,有很多需要改進、完善的地方,但作為一項全新的技術手段,由于它快速、實時的空間信息獲取與分析能力,強大的數據處理功能,規范、高效的制圖出圖能力,必將廣泛應用于包括林業調查規劃設計在內的諸多行業。

[1]朱述龍,張占睦.遙感圖像獲取與分析[M].北京：科學出版社,2000.

[2]李德仁.論 RS、GPS、GIS集成的定義、理論與關鍵技術[J].遙感學報,1997,1(1)：64～ 68.

[3]鄔 倫,劉 瑜,張 品,等.地理信息系統[M].北京：科學出版社,2001.