淺談“3S”技術(shù)在退耕還林工程中的應(yīng)用

郭鑫

摘 要：“3S”技術(shù)以其高精度、高效能等優(yōu)勢，在退耕還林工程中可有效地進(jìn)行前期規(guī)劃、面積核查、退耕林地的動態(tài)監(jiān)測以及退耕還林后的生態(tài)和社會效益評價等工作，為在退耕還林工程中建立一個精準(zhǔn)、高效的規(guī)劃、管理與監(jiān)測體系提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。該文主要總結(jié)了“3S”技術(shù)在退耕還林工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：“3S”技術(shù)；退耕還林；應(yīng)用

中圖分類號 S771 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）11-130-02

1 “3S”技術(shù)簡介

“3S”技術(shù)是指以RS（遙感）、GPS（全球定位系統(tǒng)）、GIS（地理信息系統(tǒng)）為基礎(chǔ)，將空間技術(shù)、傳感器技術(shù)、衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)相結(jié)合，多學(xué)科高度集成地對空間信息進(jìn)行采集、處理、管理、分析、表達(dá)、傳播和應(yīng)用的現(xiàn)代信息技術(shù)。“3S”技術(shù)并不是3個學(xué)科的簡單疊加，而是三者中的有關(guān)部分與其他高新技術(shù)領(lǐng)域中的相關(guān)部分的有機(jī)結(jié)合與集成[1]。在這個集成系統(tǒng)中，RS負(fù)責(zé)實時、準(zhǔn)確地提供目標(biāo)的語義與非語義信息，并對GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行及時更新；GPS負(fù)責(zé)實時、快速、準(zhǔn)確地提供目標(biāo)的空間位置信息，包括各類傳感器和運載平臺的位置；GIS的主要功能是對多渠道的時空數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理和集成管理，其最大的特點是可以分析處理，從而對目標(biāo)工作項目進(jìn)行規(guī)劃和管理，在“3S”技術(shù)中居于核心地位[2]。

2 退耕還林工程現(xiàn)狀

退耕還林是一項重大的生態(tài)工程，目的在于恢復(fù)植被，主要解決重點地區(qū)的水土流失和土地沙化問題[3]。在過去的15a中，我國退耕還林工程共完成了退耕地造林0.093億hm2、荒山荒地造林和封山育林0.21億hm2，推進(jìn)了全國1.24億農(nóng)村人口解決溫飽問題，并且在推動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、增加農(nóng)民收入、拉動國內(nèi)需求以及維護(hù)國土生態(tài)安全和應(yīng)對全球氣候變化等諸多方面發(fā)揮了重大作用。

目前，退耕還林的規(guī)劃、評價、工程質(zhì)量的監(jiān)測等主要是依靠較為傳統(tǒng)的人工手段。但是，由于退耕還林的規(guī)劃和管理涉及大量的地理信息，這些傳統(tǒng)的人工手段在紛繁復(fù)雜的資料管理和分析中，難以對管理地域內(nèi)的地理特征和空間分布特征進(jìn)行合理有效地把握，不但耗費大量的人力、物力、財力，其管理的科學(xué)性也值得商榷[1]。在退耕還林工程項目的檢查驗收方面，目前主要實行縣級自查、省級復(fù)查、國家核查3級檢查驗收制度，且基本以人工實地調(diào)查測定為主，不但工作量大、投入量高，而且效率低下。在這3種驗收方式中，省級復(fù)查與國家核查均為抽查，比例不超過30%，縣級自查雖為全查，但存在主觀性強(qiáng)的問題，難以保證檢查質(zhì)量[3]。因此，探索將“3S”技術(shù)引入退耕還林工程，對于保證這一生態(tài)工程的順利實施具有現(xiàn)實意義。

3 “3S”技術(shù)在退耕還林工程中的應(yīng)用

3.1 退耕還林區(qū)域的規(guī)劃布局 在退耕還林前，對退耕還林區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃和布局是整個退耕還林工程的基礎(chǔ)和前提。這是由于退耕還林工程的周期較長，能否對退耕還林區(qū)域狀況作出客觀的評價以及科學(xué)、合理的布局和規(guī)劃關(guān)系到未來退耕還林的成效和退耕還林政策的兌現(xiàn)。利用RS技術(shù)，林業(yè)部門可以快捷、準(zhǔn)確地獲取大范圍地區(qū)的植被、土壤、水文等因子的基本信息，再通過GPS手段結(jié)合遙感影像對這些地域內(nèi)的現(xiàn)狀進(jìn)行現(xiàn)地補(bǔ)充調(diào)查以獲取相關(guān)因子的詳細(xì)信息，最后通過GIS軟件對這些信息的分析，最終可以確定需要退耕還林的面積及其空間分布[1]。

3.2 退耕林地的面積核查 在退耕還林工程檢查中，面積核查無疑是最為重要的項目，在目前的檢查和監(jiān)測手段中，以人工手段實地丈量為主，其精確度和效率都不高，而引入RS技術(shù)則使此項工作變得非常高效與便利。利用當(dāng)?shù)氐耐烁€林作業(yè)設(shè)計圖，將其與遙感影像分類圖疊加，該地區(qū)的退耕還林完成情況便可一目了然[4]，通過這樣的對比和計算可以獲得較高精度的退耕還林面積完成情況。例如，楊永崇等利用同一地區(qū)退耕前和退耕后2個時相的遙感影像數(shù)據(jù)，通過絕對配準(zhǔn)和圖像差值增強(qiáng)獲得時間比值圖像，然后通過GIS的空間分析功能獲得該地區(qū)已退耕還林的面積，并對其效果作出評價[5]。

3.3 退耕林地的動態(tài)監(jiān)測 退耕還林后，退耕林的成活及生長情況也是考量退耕還林效果的一項重要指標(biāo)，因此，對退耕區(qū)域新造林長勢及林地變化情況的動態(tài)監(jiān)測顯得尤為重要。借助RS技術(shù)中的高分辨率遙感影像，可以及時了解植被生長狀況及退耕還林的成效保存情況，定量估算植被蓋度，精確測算退耕地的面積；此外，通過計算不同年度的植被歸一化指數(shù)可以對比分析出林木的生長情況[6]。這些都為退耕還林的后期管護(hù)和效益評價提供了有力的技術(shù)支持。

3.4 退耕還林的生態(tài)和社會效益評價 借助GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力，可以將退耕還林區(qū)域內(nèi)的遙感影像、社會經(jīng)濟(jì)狀況等因子進(jìn)行歸納整理，從而建立一套完整的數(shù)據(jù)庫。根據(jù)退耕還林地區(qū)域內(nèi)各因子的變化情況，將數(shù)據(jù)庫及時更新，從而達(dá)到對退耕還林工程進(jìn)行效益監(jiān)測和評價的目的[3]。通過這些監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，能夠及時、準(zhǔn)確地反映出退耕還林工程對該區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境和社會效益的影響，進(jìn)而能夠科學(xué)地掌握退耕區(qū)域內(nèi)的生態(tài)變化情況，為客觀、全面地評價退耕還林工程的建設(shè)成效提供科學(xué)依據(jù)。

4 前景與展望

4.1 利用“3S”技術(shù)實現(xiàn)退耕還林工程的信息化管理 以遙感影像為基礎(chǔ)，結(jié)合GPS技術(shù)和其他資料對退耕地的植被分布、土壤特征、土地利用狀況等因素進(jìn)行全方位調(diào)查，利用GIS技術(shù)建立退耕區(qū)域內(nèi)的相關(guān)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫，初步實現(xiàn)退耕還林工程的信息化管理。

4.2 利用“3S”技術(shù)建立退耕還林工程數(shù)字化動態(tài)監(jiān)測體系 在退耕還林基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息化的基礎(chǔ)上，通過對退耕林地的動態(tài)監(jiān)測，及時更新和完善退耕還林工程項目的數(shù)據(jù)庫信息，從而建立一套完整的退耕還林工程數(shù)字化動態(tài)監(jiān)測體系，使之能真實、有效地反映退耕林地的現(xiàn)狀，并為林業(yè)管理部門下一步的規(guī)劃、監(jiān)督和決策提供科學(xué)的、客觀的現(xiàn)實依據(jù)。

5 結(jié)語

2014年，國務(wù)院批準(zhǔn)實施《新一輪退耕還林還草總體方案》，標(biāo)志著我國退耕還林工作再啟征程，成為全面深化改革的又一重大舉措。如此龐大的生態(tài)修復(fù)工程需要一個精確、高效的規(guī)劃與監(jiān)測體系與之相配套，“3S”技術(shù)以其高精度、高效能等優(yōu)勢，在今后的退耕還林工程規(guī)劃、管理與監(jiān)測中推廣應(yīng)用并逐步成為主導(dǎo)手段已成為必然的趨勢。在這一趨勢的帶動下，繼續(xù)探索和發(fā)展“3S”技術(shù)在退耕還林工程中的應(yīng)用將成為廣大林業(yè)工作者今后努力的方向。

參考文獻(xiàn)

[1]李慶和，喬威.“3S”技術(shù)在退耕還林工作中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古水利，2009（6）：86-87.

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[3]杜靈通.基于遙感的退耕還林監(jiān)測技術(shù)及其應(yīng)用前景[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，2006，21（5）：477-482.

[4]史良樹.SPOT-5數(shù)據(jù)在退耕還林監(jiān)測中的應(yīng)用研究——以山西省古交市嘉樂泉鄉(xiāng)為例[D].北京：中國林業(yè)科學(xué)研究院，2004.

[5]楊永崇.基于“3S”技術(shù)建立退耕還林監(jiān)測系統(tǒng)的研究[J].西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002，24（5）：90-91.

[6]趙子忠，桑娟萍，廖永峰，等.退耕還林工程中遙感技術(shù)應(yīng)用研究現(xiàn)狀[J].西北林學(xué)院學(xué)報，2012，27（4）：203-206.

（責(zé)編：張宏民）