“3S”技術與平板電腦在森林資源連續清查中的應用

鄧　兆

(貴州省長順縣林業局，貴州 長順 550700)

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“3S”技術與平板電腦在森林資源連續清查中的應用

鄧兆

(貴州省長順縣林業局，貴州 長順 550700)

摘要：森林資源連續清查是以掌握宏觀森林資源現狀與動態變化為目的，利用固定樣地為主進行定期復查的森林資源調查方法，本文應用“3S”技術與平板電腦結合，輔助完成貴州省長順縣森林資源連續清查第七普查工作，建立森林資源連續清查第七次普查數據庫。結果表明，3S技術與平板電腦的應用提高了森林資源連續清查的質量和效率，實現林業數字化、信息化和智能化的發展，推動貴州省森林資源調查進入無紙化時代，為貴州省林業現代化建設奠定了堅實的基礎。

關鍵詞：3S技術；無紙化；林業信息化

0引言

“3S”技術是以RS、GIS、GPS為基礎，將RS、GIS、GPS三種獨立技術領域中的有關部分與其它高技術領域(如網絡技術，通訊技術等)有機構成一個整體而形成的一項新的綜合技術[1]。其具有快速、實時、準確地采集、存儲管理、更新、變化分析、應用與地理空間分布有關數據的能力，在森林資源連續清查中起著重要的作用[2]。通過不同時段遙感影像的景觀分類制圖和比較，反映出森林資源動態變化的過程，這已成為森林資源調查工作中比較有效的實用工具[1]。隨著經濟的迅速發展，國民收入的增加，人類對資源與環境的需求越來越高，對生態環境的保護提出更高的要求，在貴州提出“既要金山銀山、又要綠水青山，綠水青山就是金山銀山” 的號角，采用先進的技術加強對森林資源和生態環境的動態監測已成為當今時代的新常態。3S技術的發展與平板電腦的推廣應用，將森林資源調查開發與利用、森林火災動態監測與病蟲害防治、森林資源調查與開發等一系列社會可持續發展問題的研究中發揮極其重要的作用。

目前這方面的工作在我國已作了許多卓成有效的研究，在圖像識別方面，已發展了基于紋理和結構的影像識別技術[3]，地理信息系統廣泛應用于資源調查、區域和城鄉規劃、災害監測、環境管理、宏觀決策等領域[4]。按照國家林業局、貴州省林業廳統一安排部署，貴州省長順縣5 a一次森林資源連續清查于2015年開展調查，全面清查長順縣森林資源的數據、質量及森林生態現狀，有效提供2010～2015年全縣森林資源的消長動態變化趨勢，對森林資源生長狀況進行綜合評價，為長順縣制定、調整林業產業政策、編制森林經營管理規劃提供重要依據。通過對全縣范圍內地面固定樣地和專項生態狀況調查樣地的調查，完成石漠化、濕地資源監測，調查長順縣森林資源的空間布局，建立和更新森林資源連續清查數據庫，進行森林資源數據統計，分析長順縣森林資源5 a內消長提供依據。

貴州省2015年以前共開展了6次森林資源連續清查工作，采用的是常規的調查方法。調查設備落后，一直停留在采收手持GPS及前期老隊員做向導尋找樣地，這樣的調查方式有幾點弊端：第一是在貴州省山區，以及林分茂密的地段，手持GPS信號極差，有地方甚至沒有信號；第二是有的前期老隊員因工作需要及組織安排，調整到別的部門工作；第三是手持GPS精度較低，尋找樣地方向不具體。基于以上三個方面使森林資源連續清查工作在效率上低下、經濟上增加成本、精度上不高，影響了森林資源連續清查成果的準確性、高效性。

此次森林資源連續清查采用“3S”技術與平板電腦進行無紙化調查。在提高野外調查工作質量和效率的同時，建立了長順縣森林資源連續清查數據庫，實現森林資源連續清查進入無紙化調查時代，加快長順縣乃至全國林業信息化建設發展奠定了基礎[4-6]。

1“3S”技術在森林資源調查中的運用概況

森林資源是生態環境中的重要組成部分，具有涵養水分、保持水土、防風固沙、調節氣候、保存生物物種和維護生態平衡等作用。森林資源的調查分為森林資源連續清查、森林資源二類調查、作業設計的三類調查。其中森林資源連續清查是了解森林資源的動態變化，評價人為活動對森林資源的影響，為制定林業發展規劃和方針、政策和預測森林資源的發展趨勢提供科學依據。

近年來，林業信息化、數字化發展進入一個嶄新的階段。地理信息系統(GIS)將計算機科學、幾何學、地理學以及各種應用對象融為一體，利用數據庫技術和計算機圖形進行數據采集、存儲、編輯、顯示、轉換、分析、輸出圖形數據及屬性數據。遙感(RS)將現地特征通過不同的色差體現在影像圖上，有效識別野外現地地物的特征。(GPS)追蹤定位，進一步提高精準度。森林資源調查及管理已經進入3S技術一體化時代，實現圖形、數據等信息的快速、準確、高效的更新、分析和處理[5]。

3S技術為森林資源的管理提供數據的采集、存儲、資源數據庫的構建，進而掌握森林資源的分布狀況，森林資源的質量、數量等相關信息，為森林資源管理者提供多種優化方案，明確目的，建立模型，提高決策效益和決策能力，為實現集約經營、科學管理、林業可持續發展和森林管理水平[7]。促使3S技術在林業領域上的推廣應用。

2數據的收集與處理

2.1森林資源連續清查數據庫的建立

森林資源連續清查數據庫以2010年布設的樣地為基礎，貴州省按照4 km×8 km間距布設面積為0.0667 hm2的方形固定樣地，長順縣共有48個樣地點。按照20 km×20 km間隔在全省固定樣地中抽取專項生態狀況調查樣地，長順縣共計4個樣地。采用ARCGIS9.3軟件將2010年布設的樣地點的GPS坐標矢量化成樣地點圖層，將前期(2010年)樣地屬性因子鏈接到矢量化點圖層的屬性因子表中，建前期數據庫，再根據對應的屬性因子建立本期(2015年)屬性因子表，本期增設GPS航跡調查、樣地前景、中景、近景照片調查，詳見表1。

表1　樣地因子調查

2.2地形圖及遙感影像的處理

森林資源連續清查工作采用北京地林偉業科技股份有限公司開發的貴州省森林資源連續清查系統進行野外調查及內業資料處理，其系統是以“3S”技術為基礎，建立在Android4.0軟件平臺上開發的無紙化調查，平板電腦識別柵格投影格式的地形圖及遙感影像圖，通過ARCGIS9.3將單幅地形圖、影像圖裁剪到掉白邊，進行無縫拼接，再將原本為80投影坐標系的圖幅柵格投影54地理坐標系下，及實現基于對象關系型數據庫的海量影像空間數據存儲[6-7]，見表2、表3。

表2　拼接數據表

表3　遙感影像拼接效果圖

3數據采集與更新

3.1貴州省森林資源連續清查系統軟件的安裝及數據拷貝

貴州省森林資源連續清查系統是為快速實現貴州省森林資源數據的收集及成果統計等主要業務需求而開發的一套系統，此系統包括桌面端和移動端外業系統，桌面端系統為前期數據導入、樣地分配、數據下發、數據上傳、數據批量修改、后期數據處理、數據邏輯檢查、生成樣地調查卡片等工作。移動端用于外業無紙化調查，主要對樣地進行實地調查、樣地因子錄入，拍攝實地照片等。

將貴州省森林資源連續清查系統分別安裝在電腦桌面端和平板移動端，并把調查樣地點數據庫導入桌面端，將數據下發成南、北兩部分，北部由第一工組調查，南部由第二工組調查。然后將下發數據及處理好的地形圖及遙感影像圖拷貝到移動端安裝調查軟件的相應目錄下，實踐中可利用遙感數據快速取得地面資料的特征并解釋它的內容[8-10]。

3.2樣地點的調查3.2.1樣地復位與定位調查

依據地形圖、遙感影像和前期調查記錄的描述，利用森林資源連續清查系統的GPS導航，以顯示啟動點到樣地的距離和方位為向導，向樣地實際坐標位置移動，找到樣地點所在位置，找到樣地點的西南角標樁，待GPS信號穩定達到三維狀態后定位，采集樣地西南角坐標及尋找樣地西南角的航跡。通過對前期調查人員制定的樣地的定位物、西北角、東北角、東南角及中心“十字”用羅盤儀進行周界測量，現地計算出樣地周界測量誤差，直至達到誤差允許范圍內，樣地復位。并在調查樣地的各個角埋設相應的調查標志及制定固定標志，在樣地位置圖欄現場勾繪樣地位置圖，描述樣地特征說明，對樣地進行樣地因子、植被調查、天然更新調查、及未成林造林地調查、拍攝樣地全景、中景、近景、工作合影照。

3.2.2樣木復位調查

樣地周界復位完成后，對樣地內的前期活立木和本次進界樣木進行對照復位和調查，前期活立木主要根據鋁牌樹號，樣木定位方位角和水平距、樣木位置圖和相對位置、樹種、前期胸徑等綜合確定，經對胸徑復測、前期樹種、胸徑均無誤測者為復位樣木。對已采伐、枯死枯倒的樣木，采集現場照片；本期進界胸徑5cm以上的樣木對其進行方位角、水平距、胸徑測量，樣木號以樣地內樣木最大號續編，樣地內的樣木依次在距地面10cm處上坡位的樹干基部釘上對應編號的鋁牌。

3.2.3平均木的計算及測定

樣木調查完成后，貴州省森林資源連續清查系統移動端軟件附有自動計算功能，點擊計算工具，軟件將其樣地的平均木推薦依次羅列出來，根據推薦的樣木對其進行樹高測定。

4數據的檢查及分析

4.1成果數據的檢查

樣地調查完后，森林資源連續清查系統移動端與桌面端均有各項屬性因子邏輯填計范圍，對其填計的屬性因子進行邏輯檢查，移動端的邏輯檢查系統提示了外業調查因子的填計的正確與否，充分考慮了外業調查的數據的正確性，確保調查工作的準確性、完整性、有效性。提高了外業調查的工作效率。

4.2調查結果分析

本次森林資源連續清查初次采用了3S技術與平板電胸結合，開啟了森林資源調查進入無紙化時代，通過地形圖、影像圖、GPS導航，方便快捷的找到樣地所處的地理位置，在最短的時間內到達樣地，解決了以往找樣地困難的問題，同時調查系統移動端開發出周界測量時傾斜角、斜距與水平距；樣木胸徑與平均胸徑之間的計算關系；桌面端開發出自動生成卡片功能，通過表3可知：樣地調查用時在2010年用時基礎上縮短了一半，手持GPS找到樣地點用時是平板電腦用時的2倍。外業調查采用3S技術與平板電腦相結合，大大提高了外業調查的工作效率，GPS采集精度，確保森林資源連續清查數據的準確性。全縣共計用時由2010年的75 d減少至2015年的35 d，整整縮短了40 d。內業采用森林資源連續清查桌面端進行邏輯檢查，自動生成卡片，由2010年手工填計卡片用時48h縮短至2015年用時的1h，而且自動生成的卡片效果清潔、工整、規范、美觀。同時通過3S技術與平板電腦的平臺，建立起了森林資源連續清查矢量數據庫，進而推進森林資源數據進入數字化管理，使用方便、快捷、高效，有效推動林業事業進入無紙化、信息化、精準化的發展。

表4　調查樣地用時統計表

5應用效果分析

貴州省森林資源連續清查第七次復查很好的將森林資源調查推上了無紙化調查時代，將“3S”技術搭建在平板電腦基礎上，應用了GPS導航快速找到樣地點，應用GIS技術建立起森林資源連續清查圖形數據庫及屬性數據庫。“3S”技術與平板電腦的結合應用，完成了貴州省森林資源連續清查工作，有效提高了工作效率，一定程度上推動貴州省林業的數字化、智能化和無紙化調查，為貴州省乃至全國林業信息化建設發展提供了強有力的資源保障與技術保障，促進森林資源經營管理更好更快發展[8-9]。

5.1“GPS”技術的應用

貴州省森林資源連續清查第七次復查采用的是北京54坐標系，通過坐標轉換參數，將WGS84坐標系轉換成北京54坐標系，結合平板電腦安裝的貴州省森林資源連續清查移動端軟件的GPS定位導航功能，確定轉換參數，精準的使用北京54坐標的5參數，解決了手持GPS信號差、精度不高的難題，大幅提升了森林資源連續清查的工作效率，為森林資源動態監測提供了有力保障。

5.2“RS”技術的應用

遙感影像是反映森林植被不同特征的體現，根據地物波普的特征，遙感影像反映地物的大小、顏色、形狀和紋理等特征，結合現地核實，有效推斷同一類型、同一特征的表現，判定樣地因子，完成森林資源調查遙感判讀工作。

5.3“GIS”技術的應用

“GIS”技術在森林資源連續清查的應用，很好的建立的資源數據庫，并借助“RS”技術，將資源數據庫與遙感影像在ArcGIS平臺上進行疊加，推動了森林資源動態監測的管理，森林資源數據的更新提供有力條件，實現了物理結構與數據結構的完整統一與集成[11-13]，為森林資源連續清查工作奠定了堅實的基礎。

6結 論

森林資源連續清查是通過抽樣的調查方法來獲取資源數據，抽樣調查時以數理統計理論為基礎建立的森林資源林分調查方法，精度受到被抽樣的個體影響較大，這要在樣地調查時要求精度特別高，通過遙感技術判讀地類、GPS定位樣地點、ARCGIS9.3建立矢量數據庫，高效、準確的將森林資源動態變化、資源分布體現到空間位置上來，為制定森林經營管理方案、森林采伐限額、林地開發利用等方面提供有效的依據。

本次貴州省首次采用“3S”技術與平板電腦結合進行森林資源連續清查，通過調查成果分析表明，該技術的應用，推動了貴州省森林資源連續清查的工作效率，節約了野外調查的經濟成本，提高了內業資料的質量，建立了一套健全、完整的森林資源連續清查矢量數據庫，使林業資源數據進入了數字化、信息化的發展，同時推動林業調查進入無紙化時代，響應貴州大數據的發展。

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Application of “3S”Technology and TabletComputer in National Forest Inventory

Deng Zhao

(Changshun County Forestry Bureau of Guizhou Province，Changshun 550700，Guizhou Province)

Abstract：Forest resource continuous investigation is to grasp the macro forest resource status and dynamic change，which mainly uses fixed sample plots to regularly review the forest resources.In this paper，“3S” technology was combined with the tablet to aid in the seventh census of forest resource continuous investigation in Changshun county of Guizhou province and the forest resources inventory survey database was established.The application results showed that the application of 3S technology and tablets improved the quality and efficiency of the forest resource continuous investigation，and achieved the development of forestry digitization，informationization，and intelligence，which can promote forest resources investigation into the paperless era in Guizhou，and lay a solid foundation for forestry modernization in Guizhou province.

Keywords：3S technology；paperless；forestry informationization

中圖分類號：S S127;S288;X171.1

文獻標識碼：A

文章編號：1001-005X(2016)03-0027-05

作者簡介：第一鄧兆,學士，助理工程師。研究方向:森林資源保護與建設、3S技術在林業中的應用。E-mail：450080753@qq.com

收稿日期：2015-11-23

引文格式：鄧兆.“3S”技術與平板電腦在森林資源連續清查中的應用[J].森林工程，2016，32(3)：27-31.