森林資源管理中“空天地”一體化技術集成應用

張銘晉

（湖南省森林資源和生態環境監測中心，湖南長沙 410000）

0 引言

一般情況下空天地一體化技術主要包括“天基”“空基”以及“地基”三個層面，通過不同類型遙感衛星、飛行器以及衛星地面站、紅外監控、人工智能等建立起的一體化平臺具有覆蓋空間大、視距傳輸損耗低等特點，能夠對三維空間進行高速通信覆蓋，其具體形式如圖1 所示。

圖1“空天地”一體化技術

在森林資源管理中采取“空天地”一體化技術，能夠更加準確、有效地進行森林資源的調查，能夠實現動態監管，提升監管的準確性，有效提升森林資源監測管理信息化程度，確保監測數據和現地實情的有效銜接，全方位提高森林資源信息化管理水平。

1 森林資源管理中應用“空天地”一體化技術的意義

湖南省是我國擁有豐富林業資源的大省，林業占地面積在湖南省總面積中占到一半以上。近些年，在智慧林業的發展方面，林業有關單位為了加快發展速度，在國內率先使用大數據、衛星等先進的信息技術展開林業探究，力爭在提高森林資源動態監控、林業資源調研、野生動植物保護水平、森林火災防范等方面有實質性發展，從而讓智慧林業穩健發展，并取得顯著成效。湖南省的地形地貌、林業類別體現出多元化特點，依托常規的方式進行管理，存在困難程度高、成效不理想的問題，唯有使用最發達的衛星系統，才能夠讓林業管控工作步入全新的發展階段，對林業資源進行最全面的保護、管理，最科學地進行開發運用。

2 森林資源管理中“空天地”一體化技術的應用

2.1 在森林資源調查方面的應用

森林資源調查是非常辛苦的工作，若是通過人工的方式進行調查需要消耗非常大的工作量，而利用“空天地”一體化技術可以通過機載激光雷達相對簡單地完成工作，通過較高分辨率的航空航天遙感數據以及激光雷達點云數據，再結合地面調查通過較短時間就能夠完成森林資源的調查。

（1）激光雷達設備有兩個端口，一個是接收器，一個是發射器，發射器所發射的激光在接觸到物體之后會返回到接收器。激光雷達存在高精度掃描儀，有關參數指標詳情見表1。掃描儀激光點會掃射到樹木的各個部位，例如樹頂、樹冠、地面等，之后利用激光的往返時間和速度就能夠獲得發射點和接收點之間的距離，在此基礎上利用軟件處理后就能夠得到三維立體圖，如圖2所示。

表1 激光掃描儀參數

圖2 林分的三維立體

（2）三維立體圖中有非常豐富的信息量，可以更加直觀、精準地獲取林分的平均樹高以及郁閉度。相關調查人員利用“空天地”一體化技術能夠使信息數據和地面樣地調查數據相結合，以此為基礎建立起相應的數學模型，從而能夠更加準確地計算出不同林分的公頃蓄積量等相關參數。

（3）利用該技術能夠有效提升樹高以及林分蓄積量等林分因子的調查精度，相比傳統調查方式，該技術可以提升5%左右的精確度。之所以能夠進一步提升調查精度，主要是因為傳統調查方式（不管是手工繪圖、航天影像圖還是航空影像圖）所形成的都是平面模式，而空天地一體化技術所形成的是三維立面圖，更加具體詳盡。

2.2 在森林火災救護方面的應用

（1）森林火情的預報。一旦巡視人員發現森林中存在火情，就可以利用人工智能巡護設備將火情及時發送給防撲火指揮管理部門，也可以利用遠程視頻監控方式獲取野外監控的關鍵信息，可以更加準確地獲取火災情況，將其及時上報給防撲火指揮管理部門。此外，人工智能巡護管理平臺經過應用移動4G 傳輸、GPS、互聯網等先進技術，能夠即時監控護林員管理、保護林業資源工作狀況。

（2）進行火情的準確偵察。防撲火指揮管理部門在獲取火情之后就可以及時啟動撲火預案，可以立即安排視頻監控部門、無人機偵察部門、信息技術部門等開始工作。

（3）制定有針對性的撲救措施。可以利用大數據應用平臺，按照地理信息系統（GIS）以及無人機所監控到的畫面、數據能夠準確獲取火點位置，同時可以對相應內容進行計算，包括火源面積、火點與附近林區的距離、尋找距離火場最近的水源、撲火道路等。相應指揮管理部門可以按照當時的風力情況、監控所得的火情、水源、森林資源情況、周邊建筑情況等制定出更具針對性的撲火措施。

（4）有效組織指揮進行火災撲滅。指揮管理部門可以利用通訊技術第一時間指揮消防車、物資運輸車等設備和人員進行火災的撲救，同時無人機等飛行器可以對火災撲滅的過程加以監視，而且把監測的數據第一時間傳遞到撲火指揮管理機構的顯示屏幕上，以便管理部門及時了解火災的撲救過程。

2.3 在森林生態環境治理方面的應用

（1）進行智能性篩選，及時發現問題所在。可以利用衛星獲取森林所在區域不同階段的高清影像，將其在地球地理系統軟件中實施疊加，之后利用智能化篩選的方式就可以及時準確地發現出現變化的圖斑情況。再利用人工識別的方式可以將非林地的變化圖斑、依法申請批準的采伐圖斑、依法批準的占用林地圖斑排除掉。

（2）進行實地勘查。一旦發現存在疑似圖斑，就可以利用GPS、地形圖以及智能終端等到實地進行核查，明確是否真正屬于亂砍濫伐、盜伐或者非法占用林地情況，對其實施標注。在此基礎上按照遙感判讀林地變化圖斑與林地檔案對照情況、現地核實調查情況，形成林地變化數據庫。

（3）實施植被的恢復。可以利用遙感影像對比以及PDA 等對于違規情況（例如未批先建或毀林開墾圖斑等）實施跟蹤核查，可以利用無人機等飛行器巡航拍攝那些人工無法巡查的區域，直至實施植被恢復措施，并通過專業部門驗收。

2.4 在林政案件巡查方面的應用

森林巡護人員可以通過PDA 等對于已經受毀的林區、受到盜伐的林木甚至捕獵野生動物的情況進行實時拍攝跟蹤，并把此些照片或影像資料傳輸到系統且報警。同時利用大數據平臺分析PDA 所上傳的信息，得到案件發生的具體時間、地點以及周邊道路情況，在實施綜合性分析的基礎上能夠鎖定地面的嫌疑人員和車輛，同時會將跟蹤發現的情況實時進行上傳報告，以便及時安排相應警力進行治理。

2.5 在野生動物監測方面的應用

可以利用紅外監控系統來感知野生動物的活動情況，一旦動物等發熱體進入到紅外監控區域就可以利用相機及時抓拍，能夠得到相應的圖片和視頻。在動物等發熱體離開紅外監控區域后紅外監控相機就會進入到休眠待機狀態。紅外監控系統可以定期將所抓拍到的圖片和視頻上傳到系統中心，以便及時獲取野生動物的活動情況。利用野外監控終端能夠對一定區域范圍內野生動物活動規律、數量等實施統計監測，從而獲取所在區域生物發展情況。

3 結語

本文主要介紹森林資源管理中“空天地”一體化技術的應用，此技術能夠提升森林資源調查、森林火災救護、森林生態環境治理、林政案件巡查、野生動物監測等多方面的應用效果，對于現代森林資源管理具有非常重要的作用。