“3S”技術在森林資源領域中的應用探討

潘婷+郭道峰

摘要：指出了森林資源是重要的再生資源，但其動態性給掌握森林資源狀況帶來一定的困難。“3S”（GIS、GPS、RS）技術廣泛應用于森林資源領域，三者的有機結合給監測和管理森林資源帶來了極大的便利。簡要綜述了“3S”技術在森林資源調查、監測以及管理等領域中的應用現狀，以期為監測和管理森林資源提供技術參考。

關鍵詞：“3S”技術；森林資源；林業；監測

中圖分類號：S7

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2017）15017702

1 引言

森林資源作為一種再生資源，其結構復雜，具有較強的動態性。林業作為國民經濟的重要基礎產業，在實現可持續發展中具有不可替代的作用。因此，以森林資源為基礎的林業生產迫切需要及時掌握森林資源動態。然而由于其特殊性，給及時了解森林資源的狀況帶來一定的困難。近幾十年來，隨著“3S”技術不斷發展與完善，其快速、實時的空間信息獲取與分析能力，在森林資源應用中越來越受到重視，并發揮著巨大的作用。通過“3S”技術掌握森林資源不僅不受時間、地域的影響，而且利用其獲取的衛星影像、數據空間信息等資料，結合計算機技術，可獲取地形圖、森林資源分布圖等專業圖件，有效提高工作效率，精度也有保證，并在空間數據信息基礎上建立專業模型，達到掌握和管理森林資源的目的，具有廣闊的應用前景。

2 “3S”簡介

“3S”是GIS（地理信息系統）、GPS（全球定位系統）和RS（遙感）三者的總稱。GIS是以地理空間數據庫為基礎，一種在計算機軟硬件支持下，進行相關數據的采集、編輯、儲存、管理、操作和綜合分析等應用的技術系統。GPS是全球性的衛星定位和導航的三維測量系統，它可以為地球表面絕大部分地區提供準確的定位、測速和高精度的時間標準，也能為森林空間信息的提取、資源動態監測等綜合分析提供有力的技術支撐[1]。RS技術具有周期性觀測和大面積覆蓋獲取地面信息的特點，它提供了實時的、動態的、多精度的遙感信息。在森林資源領域中，GIS、GPS、RS技術的結合能廣泛應用于森林資源規劃設計調查和森林資源動態監測，以及森林野生動植物資源、森林病蟲害、森林火災的監測。

3 “3S”技術在森林資源領域中的應用

3.1 在森林資源調查和資源動態監測中的應用

傳統的地面調查方法投入成本高、工作效率低，精度差，實時性也差，而利用“3S”技術進行森林資源規劃調查和森林資源動態監測，能顯著提高了調查工作進度和質量。我國于1973年開展第一次全國范圍內的森林資源清查工作，中國林科院則在20 世紀70 年代，使用陸地衛星MMS圖像和航空像片與地面實測相結合的抽樣方法進行森林資源清查的探索。通過利用衛星數據，建立矢量圖形和遙感影像庫，再對遙感圖像進行處理和信息提取，生成數字高程模型，最后進行圖形、圖像的疊加分析及成果表達，并建立森林資源管理信息系統。在利用“3S”技術對森林資源進行動態監測時，人們可以根據不同監測目的和應用范圍，選擇包括SPOT、LANDSAT或NOAA等衛星的遙感影像數據作為數據源，再根據各遙感數據不同的光譜觀測波段和分辨率，結合遙感數據源與地面抽樣技術和GPS定位技術，利用GIS進行各調查數據匯總和分析，從而建立起森林資源動態監測的體系。

3.2 在野生動植物資源調查中的應用

野生動植物的資源調查中，GPS 主要用于對調查目標進行定位、尋找、追蹤及路線的導航，RS能發現與野生動植物生存相關的環境信息變化，可用于監測野生動物棲息地。GIS則主要起著對獲取的資源調查數據進行綜合分析和處理的作用，如根據野生動物數量、分布及其動態變化規律與其棲息地保護管理的狀況進行關聯分析，建立野生動物資源數據庫，從而實行管理決策。目前“3S”技術在該方面的應用還相對較少，且主要集中在對其適宜性區劃、資源調查和動態監測的摸索上，因此，“3S” 技術在野生動植物資源調查中需進一步加強技術探索，使其在野生動植物資源調查領域中發揮更大的作用。

3.3 在森林火災監測中的應用

森林火災具有突發性強，迅速蔓延，破壞性大等特點。而RS具有實時獲取和處理數據的優勢，使得人們能夠在較短時間內獲取森林火災位置等信息。因而“3S”技術常應用于對森林火災的實時監測與災后評估。當出現森林火災時，衛星影像能發現火點，并在火災蔓延時監測其動態發展，再通過GPS定位火點位置，最后基于GIS對數據的采集和空間數據庫的分析與管理功能進行火災損失評估。我國已實現基于“3S”技術森林火災的自動監測與預警，并在此基礎上，建立了森林火災撲救指揮系統、信息管理系統以及森林火災損失評估系統，極大地提高了森林火災防治水平，減少了火災損失。隨著現代科技的不斷發展，出現了以物聯網技術架構為基礎，以“3S”技術為支撐的森林火災監測新模式，建立了森林火災協同監測體系[2]，對森林火災信息及時、準確的獲取，降低森林火災損失具有明顯優勢作用。

3.4 在森林病蟲害監測中的應用

“3S”技術在森林病蟲害監測中的應用主要是通過“RS”圖像獲取森林病蟲害發生信息，“GIS”處理圖像、分析和管理數據，再將“GPS”作為輔助工具，精確災害發生具體位置以及進行路線導航。憑借著“3S”技術的優勢，能廣泛應用于森林病蟲害的適宜生存環境的風險預測、種群空間分布動態監測和模擬以及病蟲害發生的預測預報，此外，還可利用“3S”進行災后損失評估[3]。隨著網絡技術的發展與廣泛使用，網絡技術與地理信息系統（ GIS ）技術相結合所產生的網絡GIS—WebGIS應運而生，通過利用網絡數據分享的便捷性和GIS 對森林病蟲害監測的實時性，很大程度提高了病蟲害監測預測的及時性和準確性[4]。因此，將病蟲害監測通過網絡和GIS的結合，是目前監測森林病蟲害的一個重要的發展方向。

3.5 在森林經營管理中的應用

以地理信息系統為平臺，結合遙感技術和GPS，形成一套數據采集、處理和系列專題圖制作體系，能有效地指導各種林業生產活動。利用“3S”技術能夠完成基本地理要素、小班區劃、專業調查數據等結合，并進行數據的分析和管理，再建立專業模型，模擬各種管理過程，進而選出最佳的管理方案，實現森林資源屬性和空間信息的有機結合和森林經營、決策的微機化管理，廣泛應用于森林資源分析與評價、森林結構調整和森林分類經營等方面，有效地提高了經營管理水平，為發展規劃和開展森林資源經營活動提供技術支持。

4 結語

目前，全球的“3S”技術不斷地從大、中尺度向小尺度發展，從傳統的GIS 軟件向專業的GIS 應用軟件過渡轉型，從單機模式向網絡模式發展，從PC 臺式機向掌上機PDA 發展[5]。經過幾十年的發展，我國“3S”技術在森林資源領域中已取得一些成效，對提高森林資源監測和管理水平，實現林業信息化、數字化管理，建立健全“數字林業”，產生了積極而深遠的影響。而網絡技術的使用與發展，形成了網絡與地理信息系統結合的新形式 “3S”技術發展模式，因此，若要實現對森林資源的全面科學調查，達到最優的森林資源經營管理，與其結合是“3S”技術今后的發展方向，而未來的“3S”技術也將成為集網絡等未來科技于一體的高度集成的綜合信息技術。

參考文獻：

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

[2]楊敬，王馗，吳鑫.基于遙感和物聯網技術的森林火災協同監測體系建立[J].湖南林業科技，2017，44（2）：74～78，83.

[3]馮世強，肖艷.“3S”集成技術在森林病蟲害監測中應用的探討[J].中國林副特產，2005（2）：47～48.

[4] 潘潔，廖振峰，張衡，等.基于高光譜數據與網絡GIS應用的森林病蟲害監測系統研究[J].世界林業研究，2015，28（3）：47～52.

[5] 張雁，譚偉，馮仲科.廣義3S技術在林業上的應用現狀與發展趨勢[J].北京林業大學學報，2005，27（s2）：213～217.