基于3S技術(shù)的森林資源監(jiān)測與保護(hù)研究

曹利斌

摘要：指出了森林資源監(jiān)測與保護(hù)對于社會、經(jīng)濟(jì)都具有重要意義。為了實(shí)現(xiàn)森林資源監(jiān)測的動態(tài)實(shí)時性、功能集成化、高效智能，提出了森林資源監(jiān)測的任務(wù)和技術(shù)要求，研究了基于3S（即GPS全球地位系統(tǒng)、RS遙感測量、GIS地理信息系統(tǒng)）的森林資源監(jiān)測與保護(hù)技術(shù)，以提高森林資源監(jiān)測的準(zhǔn)確性與實(shí)時化，為森林保護(hù)提供可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞：3S；森林資源；監(jiān)測；森林保護(hù)

中圖分類號：S719 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）08-0182-02

1.引言

森林資源是林業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，人們通過生產(chǎn)勞動，將這一自然資源變?yōu)槿藗兯枰母鞣N林產(chǎn)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(hù)環(huán)境、涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙，是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。然而，受到火災(zāi)、泥石流等自然災(zāi)害，濫砍濫伐等人為災(zāi)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(jìn)行動態(tài)、實(shí)時監(jiān)測，能夠有效保護(hù)森林資源的發(fā)展，因此具有重要的意義。

2.森林資源監(jiān)測任務(wù)

森林資源管理工作最主要的任務(wù)；一是控制森林資源的消耗，二是掌握森林資源消長動態(tài)。森林資源監(jiān)測是對森林資源消長變化進(jìn)行監(jiān)督和預(yù)測。其目的是為加強(qiáng)森林資源管理和監(jiān)督工作，及時掌握森林資源現(xiàn)狀和消長變化情況，預(yù)測森林資源的發(fā)展趨勢，可以滿足制定林業(yè)方針、政策、長遠(yuǎn)規(guī)劃和計劃需要，也能夠滿足考核領(lǐng)導(dǎo)干部任期內(nèi)森林資源消長目標(biāo)責(zé)任制的要求。森林資源與森林生態(tài)環(huán)境具有功能上的多樣性、形成周期的長期性、資源與環(huán)境的動態(tài)性、森林成熟的不確定性、林區(qū)分布的廣域性和空間結(jié)構(gòu)性，人們對其作用和功能的認(rèn)識和研究必須借助于一系列的數(shù)學(xué)模型、物理模型和模擬模型。地圖就是人類最早用于認(rèn)識森林的重要模擬工具，而以GIS為支持的現(xiàn)代電子地圖則是人們研究森林的理想的數(shù)學(xué)模型、物理模型和模擬模型。GPS、GIS、RS及其“3s”集成技術(shù)則能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)代對地觀測系統(tǒng)，從而使人類對森林資源、環(huán)境功能的認(rèn)識建立在地球之外，實(shí)現(xiàn)森林資源監(jiān)測的數(shù)字化、自動化、實(shí)時化、動態(tài)化、集成化和智能化。

3.森林資源監(jiān)測技術(shù)要求

3.1集成化

隨著森林資源監(jiān)測功能要求愈加豐富、多樣，因此檢測技術(shù)的集成化成為新的要求。傳統(tǒng)監(jiān)測特點(diǎn)是離散式或分離式的測、算、繪和用圖的過程，每個環(huán)節(jié)彼此獨(dú)立、失聯(lián)。譬如野外監(jiān)測，就可以分為測角、量距、水準(zhǔn)三大要素的監(jiān)測。現(xiàn)代監(jiān)測則是集成森林資源監(jiān)測技術(shù)，表現(xiàn)為外業(yè)、內(nèi)業(yè)、用圖一體化、集成化，在森林資源監(jiān)測工作中發(fā)揮重要作用的現(xiàn)代電子森林資源監(jiān)測儀器，如全站儀、GPS接收機(jī)就是能夠直接監(jiān)測空間三維坐標(biāo)的集成化儀器。由于GPS、全站儀在監(jiān)測中各有局限性，為了解決任何環(huán)境、任何條件下的空間監(jiān)測問題，21世紀(jì)將出現(xiàn)超站儀，它是全站儀、GPS、陀螺慣性監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)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(jiān)測問題。

3.2動態(tài)化

受到災(zāi)害多發(fā)影響，森林資源的變化出現(xiàn)了動態(tài)趨勢。經(jīng)典的森林資源監(jiān)測建立在觀測目標(biāo)“不動”或固定的基礎(chǔ)上，因此，技術(shù)要求和數(shù)據(jù)處理相對簡單，而現(xiàn)代森林資源監(jiān)測，尤其是現(xiàn)代工業(yè)監(jiān)測學(xué)，早已超出了土木的范圍，其服務(wù)對象和“目標(biāo)物”完全進(jìn)入了“土木”與“非土木”監(jiān)測的大系統(tǒng)，可以對一切運(yùn)動物及數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物學(xué)特性指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測。

3.3數(shù)字化

經(jīng)典森林資源監(jiān)測把終點(diǎn)建立在模擬地形圖的基礎(chǔ)上。在森林資源監(jiān)測過程中將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)有助于分析資源的變化趨勢，為管理者開展與執(zhí)行有效的保護(hù)措施提供科學(xué)、正確的依據(jù)。當(dāng)監(jiān)測內(nèi)容無法在森林保護(hù)中實(shí)現(xiàn)時往往歸咎于監(jiān)測人員的野外觀測精度。采用數(shù)字化森林資源監(jiān)測技術(shù)能夠大大提高數(shù)據(jù)測量、采集、傳送的效率，保證森林資源動態(tài)變化監(jiān)測的實(shí)時性與準(zhǔn)確度。

3.4自動化

傳統(tǒng)的森林資源監(jiān)測往往需要大量的人力開展野外探測、考察、記錄，不僅費(fèi)時費(fèi)力，而且愈發(fā)無法適應(yīng)復(fù)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(jiān)測與控制功能的技術(shù)應(yīng)用，這樣不僅能夠大大提高森林資源監(jiān)測的效率，而且能夠節(jié)約大量人力物力與成本支出。

3.5智能化

隨著森林資源監(jiān)測技術(shù)與系統(tǒng)的快速發(fā)展，如何幫助使用者輕松、便利的使用這些技術(shù)成為了監(jiān)測系統(tǒng)功能發(fā)展的新要求。智能化技術(shù)滿足了這一要求，其通過在森林資源監(jiān)測系統(tǒng)中植入人工智能技術(shù)，提高監(jiān)測工具操作、使用、監(jiān)測過程中的便利性與人機(jī)交互的協(xié)作性，以實(shí)現(xiàn)森林資源監(jiān)測的便利化，為監(jiān)測系統(tǒng)的推廣打下基礎(chǔ)。同時外業(yè)森林資源監(jiān)測，如GPS、全站儀已向開放式、智能化方面發(fā)展，為外業(yè)森林資源監(jiān)測智能化提供了平臺。

4.基于3S的森林監(jiān)測技術(shù)

4.1遙感技術(shù)

利用遙感技術(shù)進(jìn)行森林資源調(diào)查和森林資源動態(tài)變化監(jiān)測，形成森林資源信息綜合化，是現(xiàn)代森林資源管理中的重要方面。遙感技術(shù)具有觀測范圍廣、多波段成像和周期性等特點(diǎn)，作為一種新技術(shù)手段已被越來越多地應(yīng)用到森林資源動態(tài)監(jiān)測。航天遙感圖像數(shù)據(jù)主要是陸地衛(wèi)星TM數(shù)據(jù)，結(jié)合地面涮查數(shù)據(jù)輔助圖像處理，建立遙感分析的數(shù)學(xué)模型，利用計算機(jī)完成遙感應(yīng)用模型分析，進(jìn)行森林資源動態(tài)監(jiān)測。

4.2地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)是一種集成了計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和遙感技術(shù)，以地理要素為主要數(shù)據(jù)源的圖形、屬性和空間調(diào)查的軟件系統(tǒng)。目前已廣泛應(yīng)用于林場系統(tǒng)中，概括來說，地理信息系統(tǒng)是一個計算機(jī)支持的技術(shù)系統(tǒng)，它是計算機(jī)、外部設(shè)備、地理數(shù)據(jù)、應(yīng)用軟件和系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)的目的來看，地理信息系統(tǒng)是地理數(shù)據(jù)庫和地學(xué)知識（模型）庫的集合體，它的數(shù)據(jù)建立在統(tǒng)一地理坐標(biāo)基礎(chǔ)上，能夠?qū)Φ乩憝h(huán)境與自然資源的信息進(jìn)行管理，利用地學(xué)模型來分析空間數(shù)據(jù)，并對其動態(tài)變化進(jìn)行預(yù)測和預(yù)報，從而實(shí)現(xiàn)為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理和規(guī)劃服務(wù)，為國防軍事服務(wù)的目的。從計算機(jī)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)角度看，地理信息系統(tǒng)是一個具有空間數(shù)據(jù)的采集、存儲、管理、分析、可視輸出的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。

4.3全球定位系統(tǒng)

以美國GPS以及我國北斗系統(tǒng)為代表的全球定位系統(tǒng)為森林資源的動態(tài)監(jiān)測與保護(hù)提供了新的手段與技術(shù)平臺。采用高精度衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用已經(jīng)從傳統(tǒng)的測繪領(lǐng)域逐漸滲透到森林保護(hù)監(jiān)測、精細(xì)管理、動態(tài)控制等諸多領(lǐng)域。采用高精度GNSS參考站接收機(jī)和多種移動應(yīng)用終端，構(gòu)建了森林監(jiān)測體系的高精度位置服務(wù)系統(tǒng)與大容量數(shù)據(jù)存儲與處理系統(tǒng)，用于建立全方位、大尺度、多層次的森林資源監(jiān)控體系。通過整合基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和各類林業(yè)資源專題空間數(shù)據(jù)，提高空間數(shù)據(jù)資源的共享能力，以SOA面向服務(wù)的體系架構(gòu)實(shí)現(xiàn)林業(yè)調(diào)查信息化的業(yè)務(wù)敏捷，并在此基礎(chǔ)上為各類業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)提供技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)林業(yè)行業(yè)業(yè)務(wù)的共享，全面提高林業(yè)信息化服務(wù)水平。

5.結(jié)語

對基于3S的森林資源監(jiān)測與保護(hù)進(jìn)行了研究，分析了森林資源監(jiān)測的任務(wù)以及對監(jiān)測技術(shù)的新要求，在此基礎(chǔ)上研究了基于3S的森林資源監(jiān)測與保護(hù)技術(shù)，所提出的方法對相關(guān)工作的開展具有一定的參考與借鑒意義。