“3S”技術在森林資源調查規劃中的應用分析

趙興強 梁麗華

（廣西壯族自治區國有東門林場，廣西 扶綏 532199）

森林資源調查規劃設計從本質上講屬于林業基礎性工作，主要利用技術手段對森林資源生長情況、病蟲害發生情況等進行統計，對各類信息進行采集，最終整合成原始數據資料。但目前部分地區林業部門資源調查規劃設計不夠充分，尤其是“3S”技術的使用率不足，調查工作滯后、拖拉，科技水平低，數據信息可分享性和及時性不足，數據統計不夠嚴謹，地面調查數據更新速度慢，工作效率不高。從這一層面來講，“3S”技術的普及和廣泛應用對推動森林資源調查規劃工作具有重要作用。

1 廣西壯族自治區國有東門林場基本介紹

廣西國有東門林場始建于1965年，屬于直屬大型國有林場，位于廣西壯族自治區西南部，是目前亞洲最大的桉樹基因庫，經營總面積4.37 萬hm2，資產總額超14 億元。廣西壯族自治區國有東門林場經營以土地開發、良種苗木、林下經濟、速豐林種植為主，截至2020年森林蓄積總量已超過260萬m3，被評為全國林業先進集體，并獲得生態建設突出貢獻獎。但在當前也出現了一些森林資源發展問題，如林地被侵占嚴重，林地生產力難以充分發揮，樹種結構不夠合理，森林保護管理工作難以深入落實，林木盜伐問題嚴重，大徑材資源逐年降低等。如何從宏觀層面，全面掌控廣西壯族自治區國有東門林場的植被覆蓋情況、樹種情況、森林資源多樣性情況和盜伐情況顯得尤為重要［1］。因此，筆者認為，相關部門和技術人員應重視森林資源調查規劃工作，從預設、預想、預警3 個方向，利用信息化電子設備，加強林地資源保護力度，調整林業結構，提升“3S”技術的使用覆蓋率，做好林業資源信息采集工作，為后續森林資源調查規劃提供實時、準確的數據。

2 “3S”技術的基本介紹

“3S”技術即全球定位系統、遙感技術、地理信息系統［2］。“3S”技術中全球定位系統（GPS）誕生于20 世紀70年代，總的來講可以分為3 個方面［3-4］，即空間星座+用戶設備+地面控制，因此可以實現海、陸、空全方位監測和觀察，滿足現代化軍事、工業、建筑、農業的實際發展需要，突出導航和定位功能的實用性和實效性。GPS在森林資源調查工作中具有明顯的技術優勢，能夠從點、線、面等多種維度，全方位觀察被監測者。遙感技術（RS）主要是通過電磁波信息從高空接收來自地表的信息，并對該種電磁波信息進行掃描或攝影處理。因此該技術應用十分廣泛，在森林資源調查過程中可以應用到病蟲害預測、植被資源和種類調查、氣候氣象預測、氣象災害預警等方面。地理信息系統（GIS）在我國興起時間較晚，但應用性極強，融合了計算機科學、電子信息技術、幾何學、傳媒學等多種學科，能夠有機融合圖文信息，并將結果實時傳遞給監測人員和技術人員，應用效果明顯?？梢杂行Ы档土謽I資源經費支出水平，節省調查經費，利用GIS技術整理業內工作，開展圖表交互式統計，制出林業專題圖（林相圖），提升工作效率，更新資源數據，為后續的分析工作打下基礎，便于科學決策。

3 森林資源調查規劃的基本作用

“3S”技術集成計算機技術、衛星定位技術、空間技術、導航技術、通信技術、傳感器技術等，對數據信息進行采集。利用“3S”技術，可以讓技術人員和信息采集人員利用信息化手段，降低工作難度并提升數據獲得、數據整理、資源規劃的全面性和科學性，有效保護森林資源，夯實林業生產建設，平衡生態效益和經濟效益之間的關系，在保護農戶權益的同時，避免廣西壯族自治區國有東門林場（森林）資源受到不法侵害。具體體現在以下幾方面。

第一，凸顯工作任務和內容，有效收集樹木的種類，有利于進行科學指導，明確森林資源區域，提升保護方案的針對性。第二，提升信息化技術應用效率，關注林業生產建設的重點和關鍵點，實時監測林業資源的變化量，對生產建設和規劃的科學性、效率性進行評估和分析，提升實質性成效。第三，有效提高調查規劃設計部門的工作能力和技術運用能力，做好規劃設計，在實踐活動中提高應用水平，提升基層人員和部門的綜合素養。第四，降低經費支出水平，過去森林資源圖形繪制周期較長，一般以人力資源繪制為主要工作方式，繪制流程繁雜，基本繪制時間在7 d 左右，內業整理工作需經過“草圖勾繪—描色—整理—統計—分析”等程序，即使運用到計算機，也只是在數據加和計算方面、數據統計方面、表格制作方面發揮其“用武之地”。如果將“3S”技術應用其中，利用“GIS+計算機軟件程序”，可繪制出各種林業專題圖，在降低圖像制作費用的同時，得出更加優質和準確的造林規劃圖、資源分布圖等，借助科學技術，實現林業資源規劃的信息化和智能化［3］。

4 “3S”技術手段在森林資源調查規劃中的具體應用

4.1 GPS技術的應用

在森林資源規劃調查工作中，調查重點是個別樹種和成片林［5］。利用GPS 技術，第一，可以監測動態測繪點，圍繞調查對象作出實時測繪，及時掌握其變動情況，隨時隨地進行工作。第二，利用衛星信號進行監測，受到氣候變化和天氣影響的概率較小，不容易被外界干擾。第三，可將動態監測和靜態監測相結合［6］。例如，在調研成片林時，由于林區的覆蓋面積較廣，采集數據軌跡范圍難度大，不適宜小班作業。利用GPS系統，在調研檢測前標記網格點，確定監測點（調查點）在地形圖中的具體位置，并且將該位置上傳至系統中，以監測點（調查點）為圓心畫圓，確定圓形調查范圍。這一操作環節，可大大降低人工排查和監測的時間，避免受到天氣影響，提高了工作效率和數據的準確度。

在具體的應用中，可以詳細分為“現地調查”“模型建立”“數據處理”等環節［7］。其中現地調查是指利用GPS定位系統，有針對性地現地核實，根據典型抽樣方法，對樹種（組）占地面積、種類、生長情況進行現地驗證，抽樣控制現地精度，確定出調查等級。在蓄積回歸模型建立中，將樹種、郁閉度、齡組作為基本參數，確定櫟類、硬闊、軟闊、針葉、幼齡、中齡、密中疏郁閉情況等基本數據因子，用GPS做樣地定位調查，將林分判讀因子、遙感因子、單位面積蓄積和地理環境因子構建成多元回歸模型，做好回歸模型驗證，從而定量估測小班蓄積量。在數據處理環節中，利用Visual B計算機語言進行邏輯檢查，建立拓撲關系，進行圖形編輯，修正數據庫的同時改正不正確的接線。

4.2 RS技術的應用

RS 技術是森林資源規劃調查中必不可少的一個關鍵性環節，隨著信息技術的不斷提升和發展，該技術可與無人機技術相結合，實現技術的創新應用［8］。按照不同的遙感任務，綜合利用光譜成像儀、數碼相機、合成孔徑雷達、紅外掃描儀等設備，具有質量輕、性能完備、數字化、精確度高、信息存儲量大等特點。在廣西壯族自治區國有東門林場的資源管理規劃中，利用RS技術可以監測森林生物量、林火、病蟲害暴發率、蟲災受損面積等。其中，在調查規劃環節，森林資源監測可以獲取林地蓄積，利用人力資源獲取樹高、樹種、地塊等參數，提升工作效率，讓林業調查規劃工作變得簡單易行。例如，在無人機設備中搭載光譜成像儀、高清攝像機或激光雷達，可以直接獲取相應的遙感影像，構建數字高程模型。通過激光雷達點，技術人員可以構建出多期數字表面模型，全面分析森林生長高度和生長空間，提升林地資源調查的工作效率。

在病蟲害監測中，可以借助相關設備，通過相關波段監測害蟲暴發情況，結合植被指數數據，利用高光譜成像儀、多波段成像傳感器等設備，對森林病害、蟲害的主要受災區域和面積進行劃分，為后續的農藥噴施做好準備。也可以利用監測系統，對病蟲害進行技術預警，發出預警提示，為林木健康生長提供保障［9］。在森林火災監測環節，可以借助無人機技術和RS 技術確定起火點，分析并劃分出火災覆蓋范圍，探測出受災面積，提取遙感圖像，以火災圖像為基礎，構建顏色模型，最終完成火災識別，識別進度和準備度相比于傳統識別方法，可以提升至90%以上。

4.3 GIS技術的應用

GIS 技術從本質上講屬于3S 技術的核心組成部分，利用計算機技術，對前期已經探測和提取到的數據進行分析，應用模型圖形，建立空間數據庫，完成整個數據分析工作。可以應用于森林資源規劃，判定森林資源消長的實時狀態，為后續技術人員和管理人員的林業規劃工作提供數據和科學指導，提供精準的數據，采集測繪圖形，獲取森林資源最新信息，從而形成林業特有的信息系統，及時掌握森林分布位置。例如，利用地理信息系統對林地信息進行提取，根據森林分布數據，便于后續進行林冠狀態變化統計、生產經營活動合法性分析、火燒跡地信息提取，提升森林資源評價精度和準確度，如圖1所示。

圖1 基于GIS技術得出的監測區森林分布數據

GIS技術一般與RS技術和GPS技術綜合使用，通過小班作業，構建信息系統，利用測繪工具監測控制點的空間數據，之后上傳至數據庫，全方面地了解到林區資源的具體情況［10］。

林區資源森林規劃與調查工作中，3S技術可以幫助相關部門和統計人員對林地面積、土地種類、非林地面積、占用面積、林木蓄積、混交林/防護林/生豐產用材林面/短輪伐期工業原料用材林占比、樹齡分布結構、各樹種出材率等數據進行整理、分析與對比。應用GPS 導航定位技術，避免傳統紙質地形手工布點，在抽樣控制調查中，其定位精度高，可提升調查質量，充分發揮信息技術的作用，克服傳統地形圖定位缺陷與不足，降低定位誤差。同時也彌補了當前林業資源調查與規劃工作中的不足，對各類信息進行采集，最終整合成原始數據資料，提高數據統計的嚴謹性和數據信息的可分享性，促使信息技術的普及和使用，提升調查工作的實效性和調查數據的更新速度。圖件制作達到了效率高、易于修改、精準統一、美觀清晰、整潔規范等特定要求。綜合運用“3S”技術，可準確掌握森林資源分布狀況，社會應用價值較高，實際工作效益明顯。

5 結語

“3S”技術在林區資源森林覆蓋率統計、森林資源區域面積、病蟲害受災區域、林火監測工作中具有明顯的優勢。筆者認為，應該調整林業調查規劃工作模式，創新工作方法和思路，加大信息技術的應用范圍，提升規劃設計工作質量。技術人員和部門管理工作者應該充分掌握信息技術理論，加快信息化建設，通過數據庫建設，提升調查規劃設計的科學性和可行性。