森林資源監測中林業3S技術的應用現狀與展望

摘 要：科學技術的發展帶動了各行各業的發展，并為各行業的進步優化提供了有力的技術支撐。在森林資源的監測發展中，最具應用優勢的技術就是3S技術。為使人們對3S技術在林業資源中的應用有全面地了解，本文從3S技術的應用現狀出發，分析其在林業資源監測方面的具體應用，并對其未來發展趨勢做出相關預測展望。

關鍵詞：森林資源監測;林業3S技術;應用現狀;展望

中圖分類號：S758

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200915026

收稿日期：2020-07-20

作者簡介：李淳（1983-），男，本科，工程師。研究方向：生態林業。

森林資源、濕地資源和海洋資源并稱為地球3大生態系統，國家對森林資源的重視自改革開放以來不斷加強。3S技術的出現為森林資源動態監測帶來了技術手段。利用3S技術開發和監測林業是林業發展的趨勢。目前，3S技術在林業中的應用前景已得到世界各國的認可。

在傳統的森林資源監測中，主要的監測方法是人工監測。這類方法要求工作人員到監測區域親力親為地對該地區進行全面調查，既費時又麻煩，有必要進行全面地改進。為此，相關部門引進了3S技術，該技術的應用，大大提高了監測效率，節約了監測成本，同時也使監測工作更加容易。在森林和山區等不易監測資源的地區，3S技術更能發揮其監測優勢，為相關工作人員減輕很大負擔。

1?國外森林資源監測中林業3S的應用現狀

地理信息系統（GIS）起源于北美。20世紀60年代，為了對大量的土地調查數據進行處理，加拿大國家土地調查局開始建立起地理信息系統。經過10a余的研究，在20世紀70年代，GIS被正式投入生產。在這一時期，GIS主要用于規劃管理自然資源。20世紀80年代，加拿大將GIS技術投入到森林資源管理當中，以此為森林資源的管理規劃、空間分析、決策評價等提供了重要的數據，成為資源監測的重要平臺。

20世紀80年代初，加拿大將地理信息系統引入森林資源的管理和監測中，為森林資源的空間分析、決策評價和規劃設計提供了重要的基礎數據，成為資源監測的重要平臺。近年來，地理信息系統（GIS）的強大功能在國外被廣泛應用于分析林業和各種林業活動的可行性。其應用范圍是森林資源調查、系統中簡單的檢索和復雜的數據轉換、森林經營的資源分析和決策。其還可作為連續調查、森林管理設計、森林模型制作的工具，其中對這一技術的應用處于領先地位的有奧地利、瑞典、芬蘭、美國、法國、德國等國家。20世紀80年代中期以后，美國林務局在資源、流域、生物多樣性保護等領域廣泛推廣GIS、GPS等技術，地理信息系統數據庫的建設旨在應用遠程監測和相關技術。目前，傳統森林資源調查與監測的范圍不斷擴大，美國甚至已經滲透到全球環境監測和森林健康監測中。利用遙感技術，構建大范圍的森林生態圖和森林健康指數圖，對森林生物環境因子和森林健康狀況進行連續、動態地研究和監測。

德國在森林資源監測中，利用空中飛行、地面模型和數字地形模型，擴大了森林資源監測區域的信息量，并進行了山林類型、土地利用和多元回歸分析。

奧地利利用地理信息系統和遙感技術，每2a拍攝1張航空照片，并利用空中飛行和上述圖像信息，建立了完整的森林管理信息系統。通過對森林資源的分析，提供最新的森林資源狀況。

法國利用遙感信息監測國家森林資源，特別是通過地層學方法提取標本。飛行不僅要確定區域的位置，而且要采用面積判斷、森林多用途評價、土地利用調查、地面試驗等多種抽樣方法，并將數學模型應用到GIS系統中進行生長預測。

芬蘭從1964年第5次國家森林資源調查開始，采取地面調查和空中調查相結合的方式，解決了國家森林資源的長期調查問題。1989年，GIS和RS的引入極大地提高了森林資源的監測功能。

瑞典在第7次國家森林資源調查（1992—2002年）利用地理信息系統和遙感技術向各區域提供最新的森林資源信息，并以此作為區域森林管理的基礎數據。高級林業衛星遙感主要是對自然資源進行常規詳細地分類，為了獲得與地面相同的位置信息，采用GPS數字化組織測量;連接到相冊或相應的列表數據庫;通過主屬性數據的融合，實現遙感影像、被測對象的空間位置信息和資源調查數據的融合。

2?3S技術在國內資源監測領域的應用綜述

從當前的應用狀態來看，3S技術主要包括遙感技術（RS）、全球定位技術（GPS）、地理信息系統（GIS）。該技術在檢測中的應用非常有效，是當前監測技術的主要表現形式。3S測量技術的共同核心部件是空間衛星、地面觀測站和用戶設備。

3S測量技術的空間衛星配置主要由24顆衛星組成，其中3顆是替代衛星，21顆是正常服務衛星。這24顆衛星平均分為6個空間軌道，在其平面上運行，平均高度為20180km。正常情況下，每顆衛星的正常運行周期為11h 58min，每個軌道平面上的傾角為55°。L波段是衛星和無線電正常情況下空間傳播模式的主波段，多數用戶已經按照規則使用了L波段，繼續發送與導航定位有關的信號，不同衛星的位置信息也包含在導航信號信息中，使衛星形成獨特的已知動態特性[1]。

一個聯絡點可以分布在世界各地。5個不同的監測站和3個注入站組成了所謂的3S地面站監測系統。3S測量技術中的地面監測站主要依據3S監測站的相關匯總數據;通過測量技術衛星的監測，對每個衛星軌道的參數進行標定，計算和統計相關參數差，最終以特定的方式安排在可用的導航信息中，并傳送到每個注入站，進而將注入站的準確信息發送到各衛星的數據庫中進行備份保存。

3S測量技術由3S儀器技術、相關數據處理器、處理軟件及其它幾種數據設備構成。3S測量技術的精密接收機能準確掌握每顆先進衛星的衛星信號和被測對象的衛星信號，準確跟蹤每顆衛星的實際運行軌跡，對相應的衛星信號進行處理、交換和擴展，并利用相關技術軟件對相關數據進行分析處理。這使得測量效果和定位效果更加完美[2]。

3?3S技術在林業資源監測領域的應用背景

3S技術是最現代的勘探技術，其中最重要的內容就是對地形進行良好勘探。在林業資源領域的應用也源于其自身的特點。其可監測面積比其它監測技術大，可以探測到所有的森林資源，防止遺漏。在這樣的形勢下，3S技術在林業資源開發中發揮著越來越重要的作用。同時，與其它技術相比，3S技術工具更多。3S技術的誕生使保障人類生命信息安全成為可能。如，森林野火是困擾人們的一大火災問題，由于野火初發很難被感知，只有當火勢以肉眼可見的形式表現出來時才被發現，這給野火的防控帶來極大困難。3S技術的誕生可以在互聯網上記錄森林數據異常，對提前預防山火發生具有積極影響。

4?3S技術的發展特點及存在問題

4.1?應用特點

信息技術的飛速發展推動了森林資源監測技術的發展和創新。集成技術與現代森林資源監測技術不是單一的技術，而是多種技術或多部門的綜合積累;是采樣技術與數學建模、航空與衛星遙感解譯、GIS與空間分析、地圖與GPS的有機結合。計算機網絡技術是森林資源監測的綜合技術。

數據的多樣性，21世紀，森林研究和監測的目的是可持續發展。監測內容包括森林資源和生態環境。進一步的調查和監測需要多種數據。

森林資源的空間分布具有廣泛的信息可用性，因此森林監測必須強調其有效性。利用整顆衛星采集的遙感數據，大大提高了森林資源監測信息的有效性。特別是衛星遙感進一步提高了森林資源監測的時空分辨率。通過傳播的發展，監測的有效性更高。

隨著計算機技術和網絡通信技術的發展，GPS采集的信息和遙感圖像可以通過GIS軟件進行處理，提供給網絡上的不同用戶，從而提高森林資源調查監測信息的共享程度。

4.2?存在問題

現代先進技術，包括3S集成技術，使森林資源環境綜合監測逐漸現代化、數字化，但在應用中還存在一些亟待解決的問題。

考慮到精度、性能和價格等因素，TM圖像通常被用作空間分辨率為30m/30m、空間分辨率為15m/15m的信息源，這使得線性目標和小目標的結合變得困難。

探測因子難以準確解釋，空間分辨率為1m的衛星圖像無法準確確定樹木組成、森林等級、水管直徑、樹木高度、子樹網格、樹木等參數，必須與野外作業相結合。

由于圖像色調的變化和輻射光譜的差異，森林資源監測區域的準確區域劃分存在一定的困難。受森林植被分布、地形因素、攝影季節和氣候條件等因素的影響，TM圖像顏色不一，植物存在動物異質性現象，時間因子和地面因子難以判斷，影響了分割精度。

由于地形因素的影響，GPS的精確定位很難跟蹤。GPS具有衛星多、信號好、位置跟蹤快、精度高等特點。但在山谷或狹窄地形地區，GPS觀測衛星數量少、信號不穩定，衛星雖能定位，但定位速度慢、精度低，GPS的使用受到限制。

很難將航空航天遠程探測與現行法規相協調。在實踐中，我國的空間遙感探測方法在探測方面是一種有效的方法，但其使用與現行法規不符。在法規方面，空間遙感沒有相應的標準，法律地位簡單提及，沒有主要情報人員的職務。

5?3S技術在林業資源監測中的具體應用

3S技術在實際林業過程和方向上有著不同的運作模式。因此，本文重點考察了3S技術在林業中的后續工作內容。

5.1?森林資源監測

由于森林資源是可變動資源，因此林業部門會對森林資源密切監測，審查不同的森林情況，以便找到適當的解決辦法。3S技術的出現使森林資源的識別更加高效[3]。在實際記錄過程中，3S技術可充分捕捉樹木生長狀況并幫助森林管理人員分析問題對策。

5.2?整理林業資源數據

在3S技術誕生之前，對森林資源數據進行整理時，往往都是人工進行的。人為組織工作，需要員工有較強的工作能力和責任心，然而在實際工作過程中，許多員工的工作責任感不高，進而增加了人工工作條件的錯誤率。3S技術的誕生和應用，對改變人工監測方式具有極大幫助，能夠使森林資源的收集和整理變得簡單而精確。

5.3?災害防治

由于森林是自然災害頻發的地區，森林自然災害的監測與預防成為當前工作的重點。3S技術的應用顯著提高了森林防火監測質量。在實踐中，3S技術提供了快速森林掃描、快速變化檢測和報警功能。此外，3S技術還可利用輻射檢測森林病蟲害;紅外3S技術還被應用于火災監測，通過探測火災和溫度來探測森林火災。

5.4?能夠為林業管理人員提供幫助

在正式應用3S技術之前，林業管理人員使用的是傳統的林業管理系統。在實際管理過程中，傳統的工作方式效率低下，各種管理失誤問題不斷發生，極大地影響了林業經營質量。3S技術的研究開發，改善了林業管理人員的工作方式，在管理過程中具有更高的工作效率和工作質量，對保證林業的深入管理貫徹落實具有積極影響。

6?3S技術應用展望

對森林的管理經營是促進林業發展的關鍵所在，雖然森林建設項目可以在一段時間內完成，但在短時間內樹木的生長不可能完成。基于這種情況，將3S技術應用于林業，可以對其進行有效保護，保證林業的健康發展。在未來的發展應用方面，3S技術應該在森林資源監測領域得到實際應用。對林業病蟲害的監測。一般來說，森林面積很大，工作人員想要對林木疾病展開全面監測具有較大困難，但應用3S技術，在監測測量中可以便捷地監測到每棵樹的情況，并能檢測出病害的狀況;對林業生態的監測。森林發展依賴于自身的生態系統和其它生物，利用3S技術對物種的生長發育進行觀測尤為重要。

7?總結

目前，3S技術在監測領域的應用非常廣泛，并且非常適用于林業的發展。3S技術可以確保對森林資源的全面監控，在森林火災等其它領域的應用也非常有效。由此可見，3S技術是當今社會發展的必備技術。

參考文獻

[1] 劉寧，郭成，劉晨.森林資源監測中林業3S技術的應用現狀與展望[J].南方農業，2019，13（23）：44-45.

[2]黃福論.森林資源監測中林業3S技術的應用現狀與展望[J].科學技術創新，2018（14）：138-139.

[3]李萬洋.森林資源監測中林業3S技術的應用現狀與展望[J].農村經濟與科技，2019，30（02）：48.

（責任編輯?李媛媛）