“3S”技術在森林資源規劃設計調查中的應用研究

【摘 要】本文介紹了“3S”技術應用于森林資源規劃設計調查的主要技術方法和工作流程，分析了“3S”技術在經費投入、耗費時間和精度提高方面的優點，并提出了“3S”技術在林業生產中的前景展望。

【關鍵詞】“3S”技術；森林資源；資源規劃

1 “3S”技術簡介

“3S”技術是全球衛星定位系統（GPS）、地理信息系統（GIS）和遙感信息技術（RS）的簡稱。“3S”技術是近年來迅速發展起來的一種空間信息獲取和分析處理的綜合技術，它與空間、電子、光學、地理學、地圖學以及信息與計算機科學等一切處理和分析空間數據有關的科學有著密切的聯系。目前在林業工作中應用越來越廣泛，成為動態掌握森林資源狀況、進行林業勘察設計的關鍵技術。

2 森林資源二類調查概況

森林資源規劃設計調查（簡稱二類調查）是各級政府的法定職責。以國有林業局、林場、自然保護區、森林公園或縣級行政區域為調查單位，為滿足編制森林經營方案、總體設計、林業區劃與規劃設計和森林資源檔案管理的需要所開展的森林資源調查。其成果是制定區域國民經濟發展規劃和林業發展規劃，實行森林生態效益補償和森林資源資產化管理，指導和規范森林經營單位科學經營森林的重要依據。

二類調查的任務是查清森林、林地和林木資源的種類、數量、質量和分布，結合調查區域自然、社會經濟條件，綜合分析和評價森林資源及其經營管理現狀，提出對森林資源培育、保護和利用意見；根據需要對濕地、森林更新、森林健康、土地退化等資源內容進行調查；為搭建數字林業平臺、促進林業可持續發展提供支撐。

3 “3S”技術在森林資源二類調查中的應用

3.1 主要技術方法

用ERDAS IMAGINE軟件對SOPT5遙感數據進行處理，用ER MAPPER軟件糾正掃描圖面資料，并疊加基礎地理信息作為主要信息源；用Ar-cView GIS軟件建立小班空間圖形數據庫和小班調查因子屬性數據庫；通過分層抽樣調查，建立多元蓄積回歸模型定量估測小班蓄積；利用Visual B計算機語言、Visual Foxpro數據庫軟件和GIS軟件建立森林資源管理信息系統，實現空間數據和屬性數據編輯、查詢、顯示、演示、更新、統計分析、圖表輸出等智能化管理[1]。

3.2 工作流程

3.2.1 SOPT5遙感數據處理

遙感數據處理的目的是通過各種計算分析，把影像上的數據信息轉化為森林資源林分特征的光譜反映，從而輸出高質量的影像，提供準確信息，為人機交互判讀解譯提供可靠依據。處理過程為選擇信息源、波段選擇、正射糾正、波段組合、圖像增強拉伸變換、彩色合成。

3.2.2 信息提取

以ArcView GIS軟件為平臺，在處理好的遙感影像上，采用人機交互式目視判讀解譯方式，在1∶5 000比例尺下，按照小班區劃原則進行小班區劃，建立小班空間圖形數據庫，并從影像上提取小班屬性因子。

3.2.3 現地調查

主要包括現地核實、現地驗證、總體蓄積控制樣地調查。現地核實是有針對性地對判讀解譯有疑問的小班用GPS定位進行現地核實；現地驗證是采用典型抽樣方法選擇部分小班進行現地驗證，驗證小班數依據地類和樹種（組）判讀面積按比例進行分配，每個類型不少于10個小班，總數不少于全縣總小班數的5%[2]；總體蓄積控制樣地調查：以調查縣為總體進行總體蓄積控制抽樣，抽樣采用系統抽樣進行，總體抽樣控制精度根據調查等級“C”級80%確定[3]，樣地調查采用GPS定位每木檢尺調查方法進行。

3.2.4 蓄積回歸模型建立

按照樹種組（針葉、櫟類、軟闊、硬闊）、齡組（幼、中、近成過）和郁閉度（疏、中、密）三個主要因子，用分層抽樣的方法抽取蓄積回歸調查樣地，用GPS進行樣地定位調查，建立單位面積蓄積與遙感因子、地理環境因子、林分判讀因子之間的多元回歸模型，定量估測小班蓄積量。并實地調查一定數量的有蓄積小班蓄積量進行回歸模型驗證。

3.2.5 數據處理

空間圖形數據處理利用Arc/info圖形編輯功能進行圖形編輯，修正錯誤接線，建立拓撲關系，形成面域，求算面積；屬性數據處理在Visual Foxpro數據庫軟件的支持下，借助Visual B計算機語言對小班屬性數據進行邏輯檢查、修改，生成小班屬性數據庫。

3.2.6 蓄積估測

按照建立的蓄積多元回歸模型，對有蓄積小班進行蓄積量估測，并通過總體蓄積控制樣地進行總蓄積量控制。估測出的小班蓄積量，自動輸入小班屬性數據庫。

3.2.7 系統建立

利用Visual B計算機語言和GIS軟件建立森林資源信息管理系統，系統化和模塊化管理小班空間圖形數據庫和小班屬性數據庫，實現數據組織處理、信息管理查詢、結果匯總統計、成果演示輸出打印等。

4 “3S”技術的優勢

“3S”技術的二類調查與傳統二類調查相比，用時短、效率高、節省經費，并提高了調查精度和成果質量，實現了調查成果的數字化和可視化管理。具體表現為：

（1）簡化了操作程序，外業調繪階段只需勾繪一次即可，不用重復轉繪。利用 GIS 量算面積，可一次性獲得圖斑的最終面積和調查區域的總面積。克服了常規方法繁雜的手工操作，極大地節省了人力物力，提高了工作效率。蓄積量調查時，只需根據小班屬性表的內容篩選出有蓄積的地塊，根據坐標用 GPS 就可以直接到現地調查，建立調查蓄積量與遙感因子、地理環境因子、林分因子之間的多元回歸模型，估測小班蓄積量。出成果圖和統計表可以利用 GIS 軟件很輕易地完成，極大提高工作效率，減少工作時間，節省調查費用。

（2）提高了調查精度，減少了引入誤差的機會。外業調繪只需勾繪一次即可，避免了多次轉繪中誤差的引入。用 GPS 對內業區劃結果進行驗證，直接獲得的是地物的絕對坐標，點與點之間各自獨立測定，互不影響，而且誤差不會積累，使地物界線的位置十分準確，提高了區劃精度。采用全數字作業，提高了運算精度。用“3S”技術調查時，構成每個圖斑的“角點”都是以坐標值的形式存儲其位置，圖斑的面積是直接根據各角點的坐標值計算獲得的，因而不含任何量算誤差。

（3）利用軟件可方便、快速、精確、自動地完成成果圖件制作，免除了常規方法的繁雜手工勞動，而且便于成果修改與更新，可以在電腦上很方便地進行可視化管理，并以各種需要的形式形成統計表并且打印輸出，提高了成果的質量。

5 “3S”技術在林業生產中的前景展望

“3S”技術的發展，為林業現代化和科技化描繪出一幅宏偉的藍圖，采用當今最先進的技術手段，進行全新概念的數據采集和數據更新方法，從 RS 技術中獲取多時相的遙感信息，由 GPS 定位和導航，進入GIS 進行數據綜合分析處理，提供動態的資源數據和豐富的圖文數表，最終提出決策實施方案。在技術上可以說是跨時段的、從天空到地表的多維“立體林業”，逐步替代傳統的調查、規劃、監測和管理手段，使林業行業由單一粗放的經營管理模式邁上多元化、現代化、國際化的建設發展道路。

參考文獻：

[1]姜英，李潭寶.重點地區沙化土地地理信息系統（GIS）的建立[J].水土保持學報，2002，16（4）：141-143.

[2]國家林業局.森林資源規劃設計調查主要技術規定[Z].2003.

[3]周維祿，蘇百牛.“3S”技術在森林資源規劃設計調查中的應用[J].甘肅林業，2013（2）.

作者簡介：

潘雨，男，玉林市林業勘測設計院助理工程師。