基于3S技術的森林資源監測與保護研究

曹利斌

摘要：：指出了森林資源監測與保護對于社會、經濟都具有重要意義。為了實現森林資源監測的動態實時性、功能集成化、高效智能，提出了森林資源監測的任務和技術要求，研究了基于3S（即GPS全球地位系統、RS遙感測量、GIS地理信息系統）的森林資源監測與保護技術，以提高森林資源監測的準確性與實時化，為森林保護提供可靠依據。

關鍵詞：3S；森林資源；監測；森林保護

中圖分類號：S719

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2016）08018202

1 引言

森林資源是林業生產的物質基礎，人們通過生產勞動，將這一自然資源變為人們所需要的各種林產品。與此同時，森林又是人們游憩、旅游觀光的場所，森林能保持水土、保護環境、涵養水源、防風固沙，是陸地生態系統的重要組成部分。然而，受到火災、泥石流等自然災害，濫砍濫伐等人為災害的影響，森林資源面臨著遭到破壞。在此背景下，對森林資源進行動態、實時監測，能夠有效保護森林資源的發展，因此具有重要的意義[1]。

2 森林資源監測任務

森林資源管理工作最主要的任務：一是控制森林資源的消耗，二是掌握森林資源消長動態。森林資源監測是對森林資源消長變化進行監督和預測。其目的是為加強森林資源管理和監督工作，及時掌握森林資源現狀和消長變化情況，預測森林資源的發展趨勢，可以滿足制定林業方針、政策、長遠規劃和計劃需要，也能夠滿足考核領導干部任期內森林資源消長目標責任制的要求。森林資源與森林生態環境具有功能上的多樣性、形成周期的長期性、資源與環境的動態性、森林成熟的不確定性、林區分布的廣域性和空間結構性，人們對其作用和功能的認識和研究必須借助于一系列的數學模型、物理模型和模擬模型。地圖就是人類最早用于認識森林的重要模擬工具，而以GIS為支持的現代電子地圖則是人們研究森林的理想的數學模型、物理模型和模擬模型。GPS、GIS、RS及其“3S”集成技術則能夠實現現代對地觀測系統，從而使人類對森林資源、環境功能的認識建立在地球之外，實現森林資源監測的數字化、自動化、實時化、動態化、集成化和智能化[2，3]。

3 森林資源監測技術要求

3.1 集成化

隨著森林資源監測功能要求愈加豐富、多樣，因此檢測技術的集成化成為新的要求。傳統監測特點是離散式或分離式的測、算、繪和用圖的過程，每個環節彼此獨立、失聯。譬如野外監測，就可以分為測角、量距、水準三大要素的監測。現代監測則是集成森林資源監測技術，表現為外業、內業、用圖一體化、集成化，在森林資源監測工作中發揮重要作用的現代電子森林資源監測儀器，如全站儀、GPS接收機就是能夠直接監測空間三維坐標的集成化儀器。由于GPS、全站儀在監測中各有局限性，為了解決任何環境、任何條件下的空間監測問題，21世紀將出現超站儀，它是全站儀、GPS、陀螺慣性監測系統的結合體，可以集成化地解決從地面到地下、全天候、高精度的空間森林資源監測問題。

3.2 動態化

受到災害多發影響，森林資源的變化出現了動態趨勢。經典的森林資源監測建立在觀測目標“不動”或固定的基礎上，因此，技術要求和數據處理相對簡單，而現代森林資源監測，尤其是現代工業監測學，早已超出了土木的范圍，其服務對象和“目標物”完全進入了“土木”與“非土木”監測的大系統，可以對一切運動物及數學、物理、化學、生物學特性指標進行監測。

3.3 數字化

經典森林資源監測把終點建立在模擬地形圖的基礎上。在森林資源監測過程中將產生大量數據，這些數據有助于分析資源的變化趨勢，為管理者開展與執行有效的保護措施提供科學、正確的依據。當監測內容無法在森林保護中實現時往往歸咎于監測人員的野外觀測精度。采用數字化森林資源監測技術能夠大大提高數據測量、采集、傳送的效率，保證森林資源動態變化監測的實時性與準確度。

3.4 自動化

傳統的森林資源監測往往需要大量的人力開展野外探測、考察、記錄，不僅費時費力，而且愈發無法適應復雜多變的森林狀況，因此需要具有不依靠人力的、具有自動監測與控制功能的技術應用，這樣不僅能夠大大提高森林資源監測的效率，而且能夠節約大量人力物力與成本支出。

3.5 智能化

隨著森林資源監測技術與系統的快速發展，如何幫助使用者輕松、便利的使用這些技術成為了監測系統功能發展的新要求。智能化技術滿足了這一要求，其通過在森林資源監測系統中植入人工智能技術，提高監測工具操作、使用、監測過程中的便利性與人機交互的協作性，以實現森林資源監測的便利化，為監測系統的推廣打下基礎。同時外業森林資源監測，如GPS、全站儀已向開放式、智能化方面發展，為外業森林資源監測智能化提供了平臺。

4 基于3S的森林監測技術

4.1 遙感技術

利用遙感技術進行森林資源調查和森林資源動態變化監測，形成森林資源信息綜合化，是現代森林資源管理中的重要方面。遙感技術具有觀測范圍廣、多波段成像和周期性等特點，作為一種新技術手段已被越來越多地應用到森林資源動態監測。航天遙感圖像數據主要是陸地衛星TM數據，結合地面調查數據輔助圖像處理，建立遙感分析的數學模型，利用計算機完成遙感應用模型分析，進行森林資源動態監測。

4.2 地理信息系統

地理信息系統是一種集成了計算機技術、通信技術和遙感技術，以地理要素為主要數據源的圖形、屬性和空間調查的軟件系統。目前已廣泛應用于林場系統中，概括來說，地理信息系統是一個計算機支持的技術系統，它是計算機、外部設備、地理數據、應用軟件和系統管理人員的集合。其中，具有空間分析功能的軟件具有重要作用。從它的作用與實現的目的來看，地理信息系統是地理數據庫和地學知識（模型）庫的集合體，它的數據建立在統一地理坐標基礎上，能夠對地理環境與自然資源的信息進行管理，利用地學模型來分析空間數據，并對其動態變化進行預測和預報，從而實現為工農業生產管理和規劃服務，為國防軍事服務的目的。從計算機實現的技術角度看，地理信息系統是一個具有空間數據的采集、存儲、管理、分析、可視輸出的應用軟件系統。

4.3 全球定位系統

以美國GPS以及我國北斗系統為代表的全球定位系統為森林資源的動態監測與保護提供了新的手段與技術平臺。采用高精度衛星導航應用已經從傳統的測繪領域逐漸滲透到森林保護監測、精細管理、動態控制等諸多領域。采用高精度GNSS參考站接收機和多種移動應用終端，構建了森林監測體系的高精度位置服務系統與大容量數據存儲與處理系統，用于建立全方位、大尺度、多層次的森林資源監控體系。通過整合基礎地理信息數據和各類林業資源專題空間數據，提高空間數據資源的共享能力，以SOA面向服務的體系架構實現林業調查信息化的業務敏捷，并在此基礎上為各類業務應用系統的建設提供技術支撐，實現林業行業業務的共享，全面提高林業信息化服務水平。

5 結語

對基于3S的森林資源監測與保護進行了研究，分析了森林資源監測的任務以及對監測技術的新要求，在此基礎上研究了基于3S的森林資源監測與保護技術，所提出的方法對相關工作的開展具有一定的參考與借鑒意義。

參考文獻：

[1]李東升，王 偉，劉九慶，等.森林動態監測技術研究進展[J].森林工程，2000（6）：15～17.

[2]胡 涌，李吉躍，馮仲科.森林生態系統健康監測評價的3S技術體系[J].北京林業大學學報，2005（S2）：24～27.

[3]林 輝，孫 華，莫登奎，等.“3S”技術在森林資源監測體系中的應用進展[J].湖南林業科技，2008（6）：7～10.