3s技術(shù)在森林工程中的應(yīng)用

摘 要：文章介紹3S技術(shù)的應(yīng)用情況及其特點(diǎn)，然后闡述如何把3S技術(shù)應(yīng)用到木材運(yùn)輸、病蟲害監(jiān)測(cè)、森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)、森林資源經(jīng)營管理和林道網(wǎng)規(guī)劃等森林工程領(lǐng)域中，以便使3S技術(shù)更好地服務(wù)于國家的林業(yè)建設(shè)。

關(guān)鍵詞：遙感；全球定位系統(tǒng)；地理信息系統(tǒng)

1 “3S”技術(shù)概述

“3S”技術(shù)，即：GIS（地理信息系統(tǒng)）、RS（遙感）、GPS（全球定位系統(tǒng)），作為我國“863”計(jì)劃的高技術(shù)項(xiàng)目，具有快速、實(shí)時(shí)的空間信息分析能力，在全球氣候變化研究、資源與環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)與防治等國際熱點(diǎn)問題研究中越來越受到重視。“3S”技術(shù)既可以單獨(dú)應(yīng)用又可以相互集成，過去[2]主要是單項(xiàng)應(yīng)用“3S”技術(shù)，而兩項(xiàng)或整體集成技術(shù)的應(yīng)用還不成熟，如今“3S”集成技術(shù)更加成熟，廣泛應(yīng)用于林業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營，有利于提高森林資源管理水平、提高森林管護(hù)的效率。

1.1 地理信息系統(tǒng)（GIS）

GIS是綜合計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、測(cè)繪遙感學(xué)、環(huán)境科學(xué)、城市科學(xué)、空間科學(xué)、信息科學(xué)和管理科學(xué)等為一體，在計(jì)算機(jī)技術(shù)支持下，將反映現(xiàn)實(shí)世界的現(xiàn)狀和變遷的各類空間數(shù)據(jù)及描述這些空間數(shù)據(jù)特征的屬性，以一定的格式輸入、存貯、檢索、顯示和綜合分析應(yīng)用的技術(shù)系統(tǒng)。在森林工程領(lǐng)域中，地理信息系統(tǒng)既可為森林調(diào)查監(jiān)測(cè)提供豐富的數(shù)據(jù)源，同時(shí)也是對(duì)森林資源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、規(guī)劃設(shè)計(jì)和經(jīng)營管理的工具。利用GIS技術(shù)改進(jìn)了現(xiàn)行的森林資源管理方法，將森林資源管理由靜態(tài)管理轉(zhuǎn)為動(dòng)態(tài)管理，能夠?qū)崿F(xiàn)森林資源數(shù)據(jù)與圖面一體化管理。

1.2 遙感（RS）

遙感（RS）是20世紀(jì)60年代蓬勃發(fā)展起來的一門綜合性探測(cè)技術(shù)，主要是指從遠(yuǎn)距離高空及外層空間的各種平臺(tái)上利用可見光、紅外線、微波等電磁波探測(cè)儀器，通過攝影或掃描、信息響應(yīng)、傳輸和處理，從而研究地面物體的形狀、大小、位置及其與環(huán)境的相關(guān)關(guān)系的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。將RS數(shù)據(jù)作為GIS的數(shù)據(jù)源，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新，在RS與GIS基礎(chǔ)上建立數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)空間和時(shí)間轉(zhuǎn)移，通過三維空間定量地預(yù)測(cè)未來。利用RS技術(shù)所得到的所有影像都是地理信息系統(tǒng)利用的信息源，不僅可獲取生態(tài)環(huán)境變化的基本數(shù)據(jù)的圖畫資料，還可以提供荒漠化、水土流失、生態(tài)惡化、水體污染、海洋污染等發(fā)展進(jìn)程的數(shù)據(jù)和資料。在森林工程領(lǐng)域里，遙感技術(shù)廣泛地應(yīng)用于森林成圖、資源調(diào)查及森林經(jīng)營管理等方面。

1.3 全球定位系統(tǒng)（GPS）

GPS是為所獲的空間目標(biāo)及屬性信息提供實(shí)時(shí)、快速的三維空間定位的一個(gè)全球性、全天候、高精度的導(dǎo)航傳遞系統(tǒng)，由地面控制站、GPS衛(wèi)星網(wǎng)和GPS接收機(jī)三部分組成。目前，GPS三維定位精度已提高到厘米級(jí)。由于GPS提供了查找位置的最新手段，且速度快、精度高、不受氣候和通訊條件的影響，具有全天候、布點(diǎn)靈活、作業(yè)迅速的特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、交通、航空、測(cè)繪、安全防范、軍事、電力、通訊、城市管理等部門。在森林工程領(lǐng)域里，全球定位系統(tǒng)可用于遙感地面控制、伐區(qū)邊界量測(cè)、森林調(diào)查樣點(diǎn)的導(dǎo)航和定位、森林災(zāi)害的評(píng)估等諸多方面。通過GPS的應(yīng)用，改進(jìn)了現(xiàn)行的森林資源調(diào)查方法，提高了森林資源調(diào)查精度，推動(dòng)了林業(yè)管理精確化、科學(xué)化。

1.4 “3S”技術(shù)集成

這3項(xiàng)技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線電技術(shù)以及地球環(huán)境科學(xué)的發(fā)展已從各自相對(duì)獨(dú)立發(fā)展進(jìn)入了相互融合、相互滲透和共同發(fā)展的階段。RS是GIS的一個(gè)重要數(shù)據(jù)源和強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)更新手段，GIS作為一種空間數(shù)據(jù)管理、分析的有效技術(shù)，可以為RS提供各種有用的輔助信息和分析手段，而GPS則為RS和GIS綜合系統(tǒng)中處理的空間數(shù)據(jù)獲得準(zhǔn)確的空間坐標(biāo)提供了獲取和定位手段三者已發(fā)展成為不可分割的整體，相互滲透相互補(bǔ)充。RS、GIS和GPS等技術(shù)的發(fā)展，為空間信息獲取、處理、分析及自然資源的綜合管理、生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供了現(xiàn)代化的技術(shù)手段，推動(dòng)了人們對(duì)可持續(xù)發(fā)展理論、綜合防治措施等一系列問題的深入研究，并在資源與環(huán)境研究領(lǐng)域發(fā)揮著愈來愈大的作用，具有常規(guī)研究方法所沒有的優(yōu)越性。

2 “3S”技術(shù)在森林工程領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1 病蟲害監(jiān)測(cè)

由于植物的反射光譜受季節(jié)、樹種、健康狀況等因素的影響，通過不同時(shí)相的RS 影像對(duì)比，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)林木病蟲害的動(dòng)態(tài)變化。當(dāng)林區(qū)發(fā)生病蟲害時(shí)，受害林區(qū)的反射和輻射光譜就會(huì)發(fā)生變化，在RS 影像上能夠體現(xiàn)出來，結(jié)合災(zāi)區(qū)的地形因素、氣候狀況等，通過計(jì)算機(jī)處理。利用GIS作為圖像處理、分析應(yīng)用、數(shù)據(jù)管理和儲(chǔ)存的操作平臺(tái)，確定災(zāi)情發(fā)生點(diǎn)的危害程度、發(fā)生范圍和面積等所需信息；利用GPS作為定位目的點(diǎn)位精確空間坐標(biāo)的輔助工具，可制定出測(cè)報(bào)點(diǎn)分布圖，并幫助地面實(shí)地調(diào)查人員找到蟲源地的準(zhǔn)確位置，三者緊密結(jié)合可為用戶提供內(nèi)容豐富的蟲情資料和及時(shí)精確的基礎(chǔ)資料。利用GIS的空間數(shù)據(jù)操作和圖形處理分析等功能，制定相應(yīng)的管理決策，開發(fā)更加有效的森林病蟲害監(jiān)測(cè)管理信息系統(tǒng)。

2.2 森林火災(zāi)的監(jiān)測(cè)

森林火災(zāi)具有突發(fā)性強(qiáng)、蔓延迅速的特點(diǎn)，利用3S技術(shù)不但可以對(duì)森林火災(zāi)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，還可以對(duì)災(zāi)后的損失進(jìn)行評(píng)估。RS 影像作為森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)的主要信息源，一旦發(fā)生森林火災(zāi)，利用GPS 可以迅速、準(zhǔn)確地進(jìn)行火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)定位，然后通過衛(wèi)星通訊把相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到防火指揮中心，GIS可以對(duì)各種來源的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總，獲得包括最新火點(diǎn)、火場(chǎng)范圍、蔓延趨勢(shì)等各類信息在內(nèi)的數(shù)據(jù)，將其作為判斷森林火災(zāi)的有效依據(jù)，加以存儲(chǔ)和管理，并可以對(duì)某一時(shí)間火勢(shì)的發(fā)展方向進(jìn)行模擬，以便制定有效的撲火措施，同時(shí)，利用GPS 對(duì)救火隊(duì)進(jìn)行實(shí)時(shí)的導(dǎo)向，從而引導(dǎo)撲火隊(duì)及時(shí)、準(zhǔn)確地到達(dá)火場(chǎng)。

2.3 在木材運(yùn)輸上的應(yīng)用

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，顧客對(duì)木材質(zhì)量要求更高、品種更繁多、供貨周期更短，需要運(yùn)材系統(tǒng)按照顧客對(duì)木材質(zhì)量、數(shù)量、品種、到貨時(shí)間和地點(diǎn)的要求做出快速反應(yīng)。GPS 能夠快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地提供運(yùn)材汽車的位置，有利于提高運(yùn)材系統(tǒng)的效率和快速反應(yīng)能力。在美國、加拿大、挪威、丹麥等林業(yè)發(fā)達(dá)國家，大型運(yùn)材汽車上普遍裝備了GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)運(yùn)材汽車進(jìn)行動(dòng)態(tài)定位；應(yīng)用GIS 進(jìn)行空間數(shù)據(jù)處理和分析決策，解決汽車運(yùn)材最佳運(yùn)行線路問題。由于木材加工廠分散，加工廠對(duì)木材品種要求不一，且種類繁多，運(yùn)材林道形成網(wǎng)絡(luò)，采伐林分多樣等原因，如何在時(shí)空上合理安排木材貨流量是困擾計(jì)劃制訂者的難題，綜合應(yīng)用GIS和數(shù)學(xué)規(guī)劃有助于解決木材合理流向問題[2]。

2.4 在森林資源經(jīng)營管理中的應(yīng)用

森林經(jīng)營管理包括森林采伐規(guī)劃、采運(yùn)、人工造林等方面。利用遙感圖像，GPS 進(jìn)行伐區(qū)定界，結(jié)合GIS可對(duì)伐區(qū)進(jìn)行合理的全面規(guī)劃，確定合理的采伐順序、采伐面積及最優(yōu)集材方式等。應(yīng)用RS 和GIS 集成技術(shù)可對(duì)采伐跡地的植被、土壤、水土流失程度等進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)而制定采伐后的造林計(jì)劃，在立地評(píng)價(jià)和確定樹種特征的基礎(chǔ)上做到適地適樹。3S 技術(shù)的合理應(yīng)用，可減少作業(yè)對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，提高作業(yè)效率，有利于林業(yè)的可持續(xù)經(jīng)營。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，基于多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的3S集成系統(tǒng)必將在森林經(jīng)營管理中發(fā)揮出越來越大的作用。

3 結(jié)束語

3S技術(shù)在森林工程領(lǐng)域中的應(yīng)用已相當(dāng)普遍。各單項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用比較成熟，RS與GIS、GIS與GPS兩兩集成技術(shù)的應(yīng)用也已日趨成熟，而三項(xiàng)技術(shù)的有機(jī)融合的應(yīng)用卻很少。但我們相信，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無線傳感技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，3S整體集成技術(shù)在森林工程領(lǐng)域中的應(yīng)用必將具有廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)

[1]魏丹，唐代生，唐嘉鍇，曾春陽，聶文.基于3S技術(shù)的土地利用景觀格局研究[J].森林工程，2008.

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