淺談3S技術在林業、環境保護等地的應用研究

李垚?董軍?趙江?吝新龍

摘要：3S技術的發展與運用，在很多領域都取得了成功并產生了巨大的價值。本文簡要介紹了3S技術發基本概念和發展現狀，淺談了3S技術在林業中的應用現狀，分析了3S技術的發展機遇與挑戰，為未來3S技術在林業中的運用和發展提供戰略思考。

關鍵詞：3S;林業;現狀;趨勢

一、前言

3S即地理信息系統（GIS）、全球定位系統（GPS）和遙感技術（RS）的總稱[1]。3S技術及其集成是當前定位技術、遙感技術、地理信息技術、測繪技術、地圖制圖技術、計算機技術等技術的結合與綜合運用[2]。本文通過查閱參考文獻，研究3S技術的發展運用現狀，同時了解其在林業研究中的應用現狀。

二、3S技術的發展現狀與應用

（一）概念解析

1.地理信息系統（GIS）

地理信息系統是在計算機軟、硬件系統的支持下，對整個或部分地球表層空間中有關地理分布數據進行采集、存儲、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統[3]。GIS最初運用于地質體的建模、數據管理方面，后來開始運用了邊坡監測等方面，運用范圍逐漸擴大。

2. 全球定位系統（GPS）

GPS是一種以軍事為主要目的兼顧民用的全球定位導航系統，由衛星星座、地面控制以及用戶設備三個部分組成，由美國軍方研發[4]。隨著北斗衛星導航系統區域導航系統投入正式運行，標志著中國的北斗衛星導航系統初步建立;截至到2016年，中國已發射了23顆北斗導航衛星[5]。

3.遙感技術（RS）

遙感即在遠距離或高空利用傳感器采集地面輻射的電磁波譜信息，根據地物產生的波普信息進行地物識別、分析與應用。遙感技術即相當于在高空中的一雙“眼睛”，對地物實行信息采集與獲取。

（二）3S技術的應用現狀

3S技術在上世紀90年代被提出，在林業、農業、生態環境保護等眾多領域得到廣泛應用并產生出巨大的經濟效益與社會效益。

1.林業

3S技術在林業技術方面的突破口可歸為三個方面：①在常規育種技術和生物技術相結合方面有所突破，以解決林木生長率較低、森林質量較差和人工林病蟲害較嚴重等問題，達到"高產、優質、高效和穩定”。②在森林資源管理與信息技術相結合方面有所突破，通過發展”3S”技術，在森林資源調查、監測和圖像處理方面有較大的進步，不僅在全國森林資源管理上得到推廣應用，同時逐步普及到縣（市）林業局和林場生產管理上;③在多目標的森林資源培育技術方面有所突破，形成森林資源培育、農林復合經營、防護林建設等森林資源環境綜合配套技術體系。隨著高新技術的發展，我國森林資源管理在航天遙感、航空遙感、雷達遙感、GPS定位技術及GIS地理信息系統等學科領域的發展與應用上實現革命性的飛躍，加速了我國森林資源經營管理由粗放型向集約型方向的轉移，使我國的林業信息技術逐步向世界先進水平靠攏。計算機技術是當代三大高新技術之一，隨著以電子計算機為中心的”3S一體化"技術及網絡技術的迅速發展，以其為技術手段的森林資源綜合管理的可操作性越來越明顯，展示了廣闊的發展前景。建立區域性森林資源地理信息系統（GIS），以高時空分辨率，多層次、動態描述森林資源的時空分布特征，描繪森林資源的動態變化規律，研究和探索森林資源在區域內的空間分布狀況以及相應的時空演替規律，為科學合理地經營管理，實現森林資源的持續發展和分類經營提供依據。運用GIS技術，將調查數據、基本地理要素、小班區劃界線、專業調查數據等有機地結合起來，應用在森林資源調查、資源分析及森林經營管理等各項林業活動中，將會產生巨大的效益。“3S一體化”技術在多資源綜合調查及動態監測中的應用地理信息系統（GIS）、遙感技術（RS）和全球定位系統（GPS）隨著計算機技術、無線電技術以及地球環境科學的發展從各自相對獨立發展階段進入相互融合、相互滲透和共同發展階段。”3S一體化"技術為森林資源清查、野生動植物資源等多資源調查提供有力的技術手段，通過不同年度衛片光譜特征性質的分析來進行動態監測。同時，地理信息系統可以將森林的自然及社會經濟屬性轉述為數字形式，從而為森林資源全方位多層次的綜合管理提供有力的技術支持，在遙感、地理信息系統和全球定位系統現有技術的基礎上，進一步完善森林資源清查、災害調查、監測與預測預報、森林信息動態更新的”3S”一體化技術與分析處理系統;開發網絡GIS與微型GIS系統，逐步形成以網絡為傳輸工具、網絡GIS為傳輸平臺、微型GIS為林業數據管理、遙感為數據更新信息源的林業信息共享服務信息產業，為林業生產和生態監測、災害預報等提供遙感制圖、信息更新、輔助決策等信息技術服務，提高林業生產整體水平。

2.生態環境監測

利用 3S 技術，結合 RS 遙感影像數據以及地形、氣象等其他觀測數據，構建評估模型，對生態環境質量進行動態監測。我國學者利用 3S 技術在生態方面進行了諸多研究：肖榮波等人利用 3S 技術對城市綠地進行覆蓋清查、三維量估測、生態質量監測等研究，將 3S 技術用于城市綠化生態監測[6];胡廣錄等人利用 3S 技術構建模型模擬方法，分析干旱荒漠區斑塊狀植被空間格局及其防沙效應研究，將其應用于土壤風蝕研究領域[7];朱衛紅等人利用 3S 技術構建濕地生態安全預測模型，對圖們江流域濕地生態安全進行預測研究[8]。

3.土地資源管理

3S 技術在土地資源管理領域主要被應用于土地利用現狀調查和土地利用規劃。3S 技術可以利用遙感手段快速收集地表信息直觀反應地表變化，配合 GNSS獲取地物坐標信息，將解譯數據導入 GIS 數據庫，高效精確地管理土地資源信息，節省大量人力與時間成本。

參考文獻：

[1]丁銳.謝駿鍇.3S技術應用現狀與發展趨勢[J].科技創新與應用.2019（14）：174-175.

[2]閆小滿.周逢旭.趙弼皇.3S技術在濕地景觀資源調查中的應用[J].現代園藝.2018（18）：148-149.

[3]韓同春.林博文.何露.蘇鈺欽.基于GIS與數值模擬軟件耦合的三維邊坡建模方法及其穩定性研究[J/OL].巖土力學.2019（07）：1-11[2019-05-31].https：//doi.org/10.16285/j.rsm.2018.0439.

[4]徐冰艷.郭承軍.適用于GPS和Galileo衛星組合導航優化定位[J].計算機仿真.2019.36（03）：110-114.

[5]周樂韜.黃丁發.馮威.陳武.張熙.嚴麗.北斗衛星導航系統/美國全球定位系統載波相位相對定位全球精度分析[J].中國科學：地球科學.2019.49（04）：671-686.

[6]肖榮波.周志翔.王鵬程.葉貞清.郭爾祥.冀廣超.3S技術在城市綠地生態研究中的應用[J].生態學雜志.2004（06）：71-76.

[7]胡廣錄.趙文智.王崗.干旱荒漠區斑塊狀植被空間格局及其防沙效應研究進展[J].生態學報.2011.31（24）：7609-7616.

[8]朱衛紅.苗承玉.鄭小軍.曹光蘭.王凡凡.基于3S技術的圖們江流域濕地生態安全評價與預警研究[J].生態學報.2014.34（06）：1379-1390.