3S技術在森林資源監測中的應用研究

黃 超

（云南省林業調查規劃院營林分院，云南 昆明 650021）

1.3S技術概述

1.1 RS遙感技術

RS遙感技術在3S技術中發揮關鍵性作用，主要是借助于衛星上搭載的傳感器(遙感器)，根據地表物體的電磁波輻射，反射特性進行非接觸的、遠距離探測。在實際應用過程中，遙感技術的工作內容就是信息收集，利用電磁波的反射原理，收集測量區域內的相關信息，保障后續工作得到順利開展。現如今，信息化技術發展迅猛，保證測繪工作得到高效開展。有了RS遙感技術的有力支撐，能夠結合測量區域的實際狀況選擇人造衛星或飛機。

1.2 GIS地理信息系統

GIS技術，即地理信息系統，指利用計算機軟、硬件技術，對空間中的地理數據進行采集、儲存、運算、分析、管理的技術系統，該系統在3S的整體應用過程中主要是發揮輔助性作用。地理信息系統數據庫中儲存有大量的信息，應用價值極強，在完成某一區域的測量工作后，就可以通過GIS系統數據庫，對該區域內的具體地理信息進行檢索，以便對后續工作做出合理安排。對于地理信息系統來說，擁有強大的信息數據處理能力，只需將收集的數據輸入到系統中，就可以進行數據分析了。當前，現代信息化技術不斷進步，賦予了GIS可視化的功能，如果將其應用到林業資源的監測管理過程中，就能幫助管理部門更加高效地開展相關工作。

1.3 GPS全球定位系統

GPS全球定位系統推出以后，就在國防、交通以及建筑等領域中得到了廣泛應用。GPS技術主要是利用衛星，準確獲取所在具體位置，并在移動端設備中予以顯示，經過不斷地改進與完善，GPS定位越來越精準，誤差大大縮小。整個系統主要包括衛星部分、地面接收部分以及用戶終端三部分，借助于GPS技術，能夠實現實時定位、勘界、測距以及收集矢量數據。

2.3S技術的發展特點及其問題

2.1 應用特點

近年來，得益于信息技術的發展，森林資源監測技術得到了進一步發展與創新，其發展總體上呈現出如下的發展特點：一是技術的綜合性。對于森林資源監測技術而言，是由多種技術、多種學科綜合而成的，并非是一個單一的技術。它集GIS與空間分析、航空攝影判讀、GPS、衛星遙感、抽樣技術、數據建模、計算機網絡技術等于一身，形成了森林資源監測的一體化技術。二是數據的多樣性。在新的時期，開展森林調查監測工作，是為了實現可持續發展，監測內容不僅涉及森林資源，還會涉及生態環境，調查監測的數據也是多樣的。三是信息的時效性。由于森林資源具有廣闊的空間分布，且具有動態的時間分布，所以，森林監測對時效性的要求比較高。發揮衛星遙感的技術優勢，能夠快速收集數據，使得森林資源監測信息滿足時效性的要求，尤其是時間分辨率、空間分辨率上，得到了有效提升，再加上傳輸技術的進步，進一步保證了監測的時效性。四是成果的共享性。隨著計算機與網絡通信技術的不斷進步，對于GPS采集的數據信息和遙感技術獲取的圖像信息，就可以運用GIS軟件進行處理，然后發布于網絡上，方便不同的用戶使用，促進了森林資源調查監測信息的共享。

2.2 存在的問題

通過3S集成技術的應用，使得森林資源與環境監測更加現代化和數字化，時效性也得到了顯著提升，在其應用過程中，仍然存在一些問題。第一，數據標準不統一。一方面由于衛星（飛機）搭載了不同的傳感器，采用了不同的數據采集方式，導致了監測影像在空間、時間、波段、分辨率、數據存儲格式方面都存在不統一。另一方面，目前能夠處理空間數據的軟件眾多，數據存儲格式、數據結構也存在不同。如何建立一個統一標準，能夠兼容不同數據的地理信息數據庫是未來3S技術發展的一個重要目標。第二，數據的存儲、壓縮技術已經跟不上3S的發展速度。隨著人們對高精度數據的需求日益提高，空間數據的采集手段也在不斷更新，衛星影像精度已從20世紀的幾十米，發展到如今的亞米級別，各種空間數據都呈爆炸式增長。而目前計算機存儲技術發展較為緩慢，當海量的空間數據容納不下時，如何高效地存儲、壓縮數據就成了當務之急。第三，監測因子無法準確判讀。由于衛星的空間分辨率為1m，無法對樹木組成、樹冠直徑、樹高、株數、林層等監測因子進行準確判斷，這就需要結合實地作業。第四，由于影像色調變動和輻射光譜存在差異，導致區劃難問題突出。因受到地形因子、森林植被分布、氣候條件以及拍攝季節影響，使得TM圖像呈現的色調不一樣，植被也出現了同物異譜或同譜異物的問題，以至于在小班區劃過程中，無法準確判定林況因子與地礦因子，對區劃精度造成了不利影響。第五，地形因子對GPS定位影響大。在地形開闊區域，GPS觀測衛星數量較多，信號也比較好，能夠實現快速定位，且保證精度。在溝壑或地形狹窄區域，GPS觀測衛星數量較好，信號穩定性差，會出現衛星失鎖現象，導致定位緩慢，且無法確保精度，所以，地域因素會對GPS使用產生限制。第六，航天遙感與現行規程難于協調。大量的實踐已經表明，航天遙感方法是一個高效的監測方法，但在使用過程中卻與現行規程存在不協調的問題，因為規程中只是簡單地提及航天遙感，并未將其確立為主要的信息源。

3.森林監測中3S 技術的實際應用

3.1 森林資源動態監測

在過去，森林資源監測工作主要是以人工監測的方式對區域內的森林資源進行有效監控，監測效率十分低下，監測數據的準確性和完整性受工作人員影響較大。而利用3S技術，就能對森林資源進行科學監測，能夠針對多種目的開展監測工作，并在3S技術體系的基礎上，建立更加完善的專家決策系統。第一，依托RS技術，可以實現信息的整體性獲取，確保森林資源監測數據的完整性。第二，在GPS技術的支持下，可以獲取森林坐標信息，形成動態信息圖像，能夠對森林資源數據進行可視化處理，為監測工作的開展提供準確的數據信息。第三，利用GIS技術，能夠將時間、空間的相關信息進行整合，準確分析和記錄森林的演進過程，以便做出科學的森林管理決策。GIS技術具備監測、存儲、編輯以及分析處理等多項功能，再加上計算機軟硬件的有效配合，大大降低了資源統籌協調難度，保證森林資源得到有效開發和利用。

3.2 森林火災監測

一般而言，森林火災難于預測，一旦發生，往往可控性較弱，并能在較短的時間內蔓延開來，所以，森林火災會對森林資源造成毀滅性影響，不利于林業經濟的協調發展。因此，可以利用3S技術對森林火災進行提前控制、事中處理以及事后評估，并且取得了明顯的應用效果。第一，在森林管理過程中，可以通過RS技術，對森林全區域進行科學管理，并配合完善的森林管理制度，實現對森林火災風險的有效控制，減少人為因素引起的森林火災事故。同時，利用GPS技術，可以對森林范圍進行科學規劃，確保森林資源的安全性，為森林管理計劃的制定提供有力依據。第二，對于已發生的森林火災，關鍵在于快速撲滅。依托GPS技術，能夠對火災發生位置進行準確定位，為救火隊進入火場提供指引，能夠在最短時間內找到火災發生源頭，阻止森林火災的進一步蔓延。一方面，利用GIS技術，可以統計各種火災數據，對火勢發展方向進行模擬，幫助救火隊及森林管理人員及時采取有效的防范措施，最大限度地降低火災對森林資源的危害。另一方面，有了RS技術的支持，可以全面反映出救火情況，及時發現救火方案的欠缺，就要保證快速救火，也要確保救火隊員的生命安全。第三，森林火災撲滅后，還要利用GIS技術，對整個救火過程進行分析與總結，發現現有森林管理手段存在的短板，注重經驗總結，建構完善的森林火災防范體系，保證后續森林管理工作順利進行。

3.3 森林野生動物資源調查

在森林資源中，野生動物資源也是十分重要的，不僅關系到生態的平衡，而且事關人與自然的和諧發展。但在森林野生動物資源調查過程中，因珍稀野生動物數量較少，生存的環境也比較復雜，大大增加了人工調查的難度。所以，有了3S技術的支撐，可以更加精細地調查森林野生動物資源信息，既能保證調查的整體性，也便于調查人員采取相應的保護措施。第一，利用GPS技術，能夠進行實時導航，以便及時準確地找到森林中的珍稀野生動物資源，有了準確的坐標，調查人員就不會盲目地尋找，造成資源的浪費，也能使資源調查更加精準高效，防止不法分析偷獵珍稀野生動物。第二，通過RS技術，可以對森林野生動物棲息地狀況進行實時監督與管理，不僅能確保野生動物安全，也能了解野生動物習性，并采取相應的保護措施。同時，還能找到與野生動物關系密切的生態因子，指導森林管理工作的開展，避免因人為因素而影響野生動物的生存與繁衍。第三，依托GIS技術，可以調查獲取森林野生動物種群數量、棲息地狀況及其分布情況等數據信息，建立森林珍稀野生動物保護體系，使相關保護措施更加科學合理，既能有效加強森林野生動物保護教育，也能對森林野生動物進行動態監測。

3.4 森林病蟲害監測

森林病蟲害問題的發生，會對森林發展產生嚴重干擾，不僅會導致森林樹木在生理和組織上出現病理變化，還可能造成森林出現大面積衰敗的情況。所以，就要將RS技術、GIS技術結合到一起，建立森林病蟲害信息監測數據庫，進行綜合分析和計算，并根據階段性遙感圖像，對森林病蟲害的變化規律進行研究，為森林管理人員采取防治措施提供足夠的信息，也能準確把握森林病蟲害的演變情況，盡可能地降低森林病蟲害對森林資源的影響。

3.5 森林濕地保護

森林濕地是森林中過渡性的生態系統，但是，隨著森林污染的不斷加重，森林濕地大幅縮減，對人類的生存環境都造成了危害。所以，應加強RS技術與GIS技術的結合，科學繪制濕地遙感影像，對濕地面積及其發展規律展開全面調查，為森林管理人員制定管理方案提供依據。與此同時，借助于計算機技術，以電子文檔、電子圖像為基礎，構建完善的森林濕地管理系統，保證森林濕地得到有效開發與保護。

3.6 森林沙漠化防治

土地沙漠化問題對森林資源的影響主要是造成森林面積不斷縮減。對此，可以發揮3S技術的信息反應優勢，加強對森林沙漠化的監測，了解森林沙漠化演進規律，及時采取相應的管理措施，盡可能地降低土地沙漠化對森林資源的破壞性。

4.森林資源監測中林業3S技術的應用展望

4.1 實現森林資源監測的自動化

目前，在互聯網技術的支持下，RS技術、GIS技術以及GPS技術實現了有機結合，形成了能夠按既定要求執行相關操作的綜合管理系統。今后，監測自動化必將成為大勢所趨，在進行自動化監測的過程中，可以預先設置相應的預警值，以便系統能夠自動識別異常數據信息，并予以標注，然后利用信息反饋機制將信息傳輸至相關控制系統，由專業技術人員進行處理，促進監測效率提升，及早發現問題。

4.2 動態了解森林資源面積變化

由于受到人為和自然因素的影響，森林資源的面積會處于一個不斷變化的狀態。其中，人為因素主要指的是隨意地砍伐造成森林資源面積縮減；自然因素則是指各種自然災害，如滑坡、泥石流以及山體崩塌等，會直接造成森林資源消失。在未來的發展過程中，3S技術將發揮更加重要的作用，能夠實現對森林資源動態的實時監管，并根據采集獲得的數據，分析森林面積發生變化的原因，并對其發展趨勢進行推測，在此基礎上采取相應的解決措施，使林業局對森林資源變化進行有效管控。

4.3 森林起火點的研究趨勢

由于林間雜草眾多，森林資源的可燃性比較強，如果發生了森林火災，在極短的時間內，火勢會迅速蔓延，不僅造成森林資源的徹底毀滅，也會影響當地氣候與國民經濟發展。在今后的發展過程中，如何實現對起火點的精準監測必將成為3S技術發展的重中之重。所以，應基于現有技術研究，認真分析起火點原因，建立完善的起火點監測系統，以便盡早發現火災起火點，及時撲滅火災。

4.4 森林資源清查的研究趨勢

對于森林資源清查工作而言，是一項持續性、全面性的工作，間隔一段時間，國家就會在全國范圍內開展森林資源清查工作。同時，林業局也會定期開展森林資源清查工作。在未來的工作過程中，如何提高數據信息采集效率，保證相關數據信息的準確性，提高森林資源清查結果的有效性，這也是今后3S技術發展所需把握的問題。

5.結束語

總之，3S技術在森林資源監測過程中發揮著十分重要的作用，既能對森林資源進行實時動態的監控，也能對森林火災、森林病蟲害進行有效監測，還可以在珍稀野生動物資源管理、森林濕地保護以及森林荒漠化防治中得到有效應用。但人類對于3S技術的利用還有待進一步提升。所以，在未來，我們應當重視3S技術的應用，加強對3S技術的應用，發揮好3S技術的優勢，對森林資源進行科學監控。