RS技術在林業領域中的應用研究進展

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收稿日期：2023-04-01

基金項目：國家自然科學基金地區科學基金項目（31760440）。

作者簡介：包崇銀（1996—），男，云南宣威人，碩士，主要從事植物多樣性保護與利用研究。E-mail： 1179937359@qq.com。

包崇銀.RS技術在林業領域中的應用研究進展[J].南方農業，2023，17（21）：172-174.

摘 要 當前碳匯、碳中和、碳達標是林業領域研究的重點和熱點。簡要介紹了RS技術（遙感技術）的發展和應用領域，分析總結了RS技術在林業領域的應用研究進展，包括森林病蟲害檢測和防治、植物資源調查、森林防火管理、森林碳儲量及其空間分布等相關領域中的具體應用情況，并對林業領域RS技術應用前景進行了展望。

關鍵詞 RS技術；林業；森林病蟲害監測；植物資源調查；森林防火管理

中圖分類號：S718 文獻標志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.21.044

隨著我國科技水平的提高，信息化技術也在不斷發展，RS技術即遙感技術（Remote Sensing，RS）在生產中的應用，引起了更多學者的關注。以森林病蟲害為對象進行監測時，采用遙感信息作為主要信息源。通過增設地面監控站、輔助衛星定位等，在野外林業調查中應用RS技術，定位精度高，自主可控性強，從而減少由其他衛星導航系統造成的干擾，同時也為森林資源管理工作提供更加準確可靠的信息支撐。就林業生產而言，RS系統在應用過程中還存在一些問題急需解決，必須結合具體情況來合理使用RS系統。分析RS技術的概況和特點，并探討其在林業生產上的應用。

1" RS技術研究進展

森林資源的管理越來越依賴于科技應用能力的提高，RS技術可以為多種森林資源管理應用貢獻信息[1]。對于全球溫室效應這一重大熱點問題，加大力度研究森林在碳匯、碳中和、碳達標中的重要作用，是解決溫室效應問題的關鍵，RS技術也是解決這一棘手問題的突破口之一。3S技術[即遙感RS、全球定位系統GPS（Global Position System）和地理信息系統GIS（Geographic Information System）]一般是通過衛星發射的電磁波，對所研究的區域進行檢測，RS技術在3S技術中起到了關鍵作用[2]。RS技術在3S技術應用中起著研究項目信息采集的作用，其應用原理是利用電磁波反射對所研究的領域探測后進行信息轉換，為采集工作的開展奠定有力的基礎[3]。

目前，信息的采集和利用是世界發展的主旋律，RS技術為森林資源的檢測和開發提供了重要的技術支撐和理論依據[4]。RS技術應用在實際林業調查中，可以根據實際需要和條件要求來選擇無人機、人造衛星等。3S技術中應用較為廣泛的也是RS技術，其屬于基礎類應用技術，主要發揮對目標研究區域的動態監測，采集區域信息，然后將所采集的信息進行分析處理、對外輸送反饋。該技術的優點就是可以對目標研究區域的相關信息進行動態監測，并且有著很強的適應性。RS技術常應用于森林氣象變化情況、森林病蟲害檢測和防治、森林植被覆蓋情況、林間交通分布情況調查研究[5]。

2" RS技術在林業領域的應用

2.1" RS技術在森林病蟲害調查中的應用

RS技術是實施非接觸、高效和負擔得起的檢測和監測大面積病蟲害的基礎方法，可以極大地便利森林保護。對不同形式的遙感方法用于檢測和監測森林病蟲害已有較多研究報道。根據其在檢查和監測病蟲害方面的特點和成熟程度，將傳感系統分為可見光和近紅外光譜傳感器（Visible-Near Infrared，VIS-NIR）兩大類，熒光和熱敏傳感器，合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar，SAR）和光探測測距（激光雷達）系統[6]。

病蟲害在世界范圍內對農林業的危害極大[7]。了解病蟲害發生的部位、程度對指導植保程序至關重要。鑒于常規田間病蟲害普查勞動強度大、主觀性強、效率普遍較低，RS技術可作為一項關鍵補充，使病蟲害監測工作能夠在較粗的范圍內開展[8]。在觀察病原物與寄主的相互作用時，不同的森林病蟲害會引起多種癥狀和危害，這些癥狀和危害構成了進行遙感監測的基礎。值得注意的是，并非所有的森林病蟲害都適用遙感監測，因為有些病蟲害缺乏可識別的特征。因此，利用遙感手段對森林病蟲害進行檢測和監測的一個基本要求就是有一定的響應，能夠被特定的傳感器或傳感器系統檢測到。

在由病蟲害引起的森林癥狀和生理變化中，我們發現與遙感有關的病害癥狀主要有2類：1）生物量減少和葉面積指數降低[9]。這種破壞類型通常發生在一些害蟲的攻擊中，例如害蟲（例如玉米中的黏蟲）可以啃食林木的葉、莖等，從而造成葉面積和生物量的大量損失。然而，鑒于這種破壞缺乏光譜特異性，其監測總是遇到高度不確定性的問題。2）感染引起的皮損或膿皰。病斑或膿皰是由病蟲害引起的干燥或壞死組織，是最常見的癥狀。病變和膿皰在顏色和形狀上往往因病蟲種類而異。應該注意的是，這些病變和膿皰（例如在冠層內均勻分布或定位于底層）的冠內分布和豐度可能很大。森林病害或害蟲的發生可造成單一或多種破壞形式，遙感監測應該能夠捕捉癥狀的累積。由于疾病感染或害蟲攻擊通常表現為一個時間過程，不同形式的癥狀可能相互疊加或相互作用，并在不同階段表現出不同的程度。例如，冬小麥黃銹病初期會引起葉片的病斑和葉綠素含量的降低。如果沒有適當的控制，受損的光合系統將導致生物量的減少，并將阻礙森林的水分代謝[10]。

可用于監測病蟲害的遙感系統有多種RS系統，這些RS系統同時具有被動輻射和主動輻射功能，可以實現從γ射線到微波的數據采集[11]。為了有效地檢測和監測森林病蟲害，人們利用不同的RS系統對森林病蟲害引起的侵染癥狀（如結痂、膿皰等）、生理反應（如色素含量、含水量等）和結構變化（如冠層結構、景觀結構等）進行了監測[12]。基于傳感原理和技術成熟度，在森林病蟲害監測問題上，傳感系統大致可分為可見光-近紅外光譜系統、光探測和測距設備（激光雷達）系統[13]。對于波長短于可見光波段（即γ射線、X射線、紫外線）的傳感器，通常以主動方式工作，這意味著便攜性差[14]。上述傳感系統的分類并不是嚴格按照波長范圍或傳感方式進行的，而是試圖強調傳感系統在森林病蟲害監測中的作用。

2.2" RS技術在植物資源調查和森林防火中的應用

2.2.1" 植物資源調查

植物資源清查是指對區域內植物資源的規模、林木種類、林木結構分布等情況進行系統性清查[15]，根據調研結果可以為國家后續發展戰略的制定提供基礎保障，以起到優化植物資源分配的作用。在2009—2013年，我國開展了一次全國植物資源清查工作[16]。在清查工作中，技術人員借助RS技術對重點保護樹種進行標注，同時利用統一記錄表格對相關信息進行詳細記錄，有效提升了植物資源清查效率。植物資源是處于變動的資源，因此林業部門要檢測植物資源，應對森林中發生的各種狀況進行調查，從而尋找出合適的解決對策。RS技術的誕生能夠讓森林植物資源的檢測工作變得高效，在實際檢測過程中，RS技術可以充分了解到森林中樹木的生長情況，進而幫助林業管理人員開展數據分析工作。

2.2.2" 森林防火管理

隨著我國社會經濟的發展和科學技術體系的不斷完善，這為RS技術發展提供了一個良好機遇。目前，相關調查表明，國家林業局結合已經完善的北斗衛星定位系統和世界地理信息系統框架，建立了適合國家森林防火要求的森林防火管理應急預防檢測管理系統，以更好地發現著火區域位置信息和著火強度大小，從而提出合理的防火措施和對策，以降低林火對森林資源造成的影響，減少林火造成的人身安全和財產損失。RS技術的應用對森林防火應急工作來說是一個技術上的突破，對防火工作的高效開展是一劑強有力的催化劑。RS技術起初主要應用于我國東北和西南地區的森林防火，隨著該技術的不斷發展和完善，當前調查數據顯示該技術的實際應用已經取得了較好的防火檢測管理效果。

3" 林業領域RS技術應用展望

調查統計發現，我國是世界上人工林覆蓋率最高的國家[17]，近年來對森林資源的重視度與日俱增，但由于很多無法避免的限制因素的影響，依然有很多安全隱患需要解決，這給林業調查、研究、發展帶來了很大的影響。RS技術是3S技術之一，也是3S技術的基礎[18]。當前林業領域在對RS技術的應用中存在很多不合理的地方，未能深入開發應用RS技術。將RS技術深入應用到林業研究領域中，可以進一步提高林業管理、經營效率和質量，與此同時，保證各項林業研究項目和工作的順利開展。在將來的林業研究領域，特別是森林與碳的關系問題的解決，管理部門和專家學者應該進一步重視RS技術的應用和完善。

RS技術的應用是優化森林經營管理、促進林業發展的關鍵一筆，例如調查一定區域的森林覆蓋面積、樹種概況、地理位置特點等，用傳統的方法和技術是無法在短時間內完成的，但應用RS技術是很容易實現的。基于此，將RS技術深入應用于林業研究中，可為其發展注入新的動力。未來RS技術應該在森林碳匯中得到實際應用，森林是碳匯的源泉，是碳中和的關鍵，是碳達標的重點，利用RS技術對林木的生長發育進行觀測具有良好前景。

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（責任編輯：易" 婧）