遙感技術(shù)在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用

田邦勝，雷紅文

（永州市森林資源監(jiān)測(cè)中心，湖南永州 425000）

近年來(lái)，隨著我國(guó)科技水平的不斷提升，遙感技術(shù)有了進(jìn)一步的發(fā)展。將遙感技術(shù)應(yīng)用于森林資源調(diào)查中，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)的定位和監(jiān)控，并可將采集到的信息和數(shù)據(jù)傳輸給相關(guān)的工作人員，工作人員通過(guò)分析整合數(shù)據(jù)和信息，能夠更加及時(shí)、全面地了解森林的情況。我國(guó)森林資源面積居世界前列，傳統(tǒng)的森林資源調(diào)查工作難度較大、效率較低，同時(shí)容易出現(xiàn)一些疏漏，不利于森林資源保護(hù)工作的開(kāi)展。因此，森林資源調(diào)查中應(yīng)用遙感技術(shù)具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

1 森林資源調(diào)查概述

1.1 簡(jiǎn)介

森林在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中是不可或缺的一部分，其既可以為動(dòng)植物生存提供必要條件，又能為人類提供生活所需的資源。無(wú)論是在保障人類正常生活中還是在促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，森林都發(fā)揮重要的作用，而隨著環(huán)境的惡化，森林資源也遭到了不同程度的破壞，長(zhǎng)此以往，不利于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，因此，開(kāi)展森林資源保護(hù)工作至關(guān)重要[1]。森林資源調(diào)查對(duì)有效開(kāi)展森林資源保護(hù)工作必不可少，森林資源調(diào)查有利于人們?nèi)姘盐丈仲Y源的歷史、現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展等情況，即通過(guò)了解森林資源現(xiàn)階段的情況，有利于對(duì)森林資源未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行合理預(yù)測(cè)和科學(xué)規(guī)劃，進(jìn)而提升森林資源管理的科學(xué)性，推動(dòng)我國(guó)林業(yè)資源的可持續(xù)利用。

1.2 調(diào)查形式

依據(jù)調(diào)查范圍劃分森林資源的調(diào)查形式，目前我國(guó)的森林資源調(diào)查分為3類。1）一類調(diào)查。一類調(diào)查指全國(guó)森林資源連續(xù)清查，一般是以省（直轄市、自治區(qū)，以下簡(jiǎn)稱省）為單位進(jìn)行調(diào)查，主要采用抽樣調(diào)查的方式，并且會(huì)設(shè)固定的樣地和周期，調(diào)查目的是結(jié)合森林資源的整體情況制定中期或長(zhǎng)期的林業(yè)計(jì)劃方案。2）二類調(diào)查。二類調(diào)查指森林資源調(diào)查，實(shí)施范圍一般為林業(yè)局、林業(yè)基地或林場(chǎng)等，比一類調(diào)查的范圍小，在進(jìn)行二類調(diào)查的過(guò)程中，除會(huì)采取抽樣調(diào)查的方式外，還會(huì)與目測(cè)、實(shí)測(cè)等相結(jié)合。森林資源調(diào)查能夠?yàn)樯仲Y源的合理規(guī)劃提供依據(jù)。3）三類調(diào)查。三類調(diào)查指作業(yè)調(diào)查，一般集中在林業(yè)的作業(yè)地段，一般會(huì)將抽樣調(diào)查與實(shí)測(cè)結(jié)合，進(jìn)行更加全面和詳細(xì)的調(diào)查，以便為后續(xù)施工方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)。將3 種森林資源調(diào)查方式有機(jī)結(jié)合，能夠較為完善地了解我國(guó)森林資源的現(xiàn)狀，并且使森林資源的利用方案更加科學(xué)合理，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)林業(yè)資源的可持續(xù)發(fā)展有積極的意義。

2 遙感技術(shù)概述

2.1 簡(jiǎn)介

遙感技術(shù)主要指利用相應(yīng)的設(shè)備，如無(wú)人機(jī)、飛機(jī)或人造衛(wèi)星等，從高空或外層空間收集地物目標(biāo)的電磁輻射信息，并通過(guò)對(duì)這些信息進(jìn)行掃描、攝影、傳輸和處理，從而達(dá)到遠(yuǎn)程探測(cè)目標(biāo)的目的。近年來(lái)，隨著我國(guó)科技水平的不斷提升，遙感技術(shù)也在不斷發(fā)展。現(xiàn)階段，利用衛(wèi)星獲取數(shù)據(jù)已經(jīng)成為森林資源調(diào)查的重要手段之一，不僅能極大地提升森林資源調(diào)查工作的效率，還能進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)信息的精確度[2]。遙感影像不僅可以精準(zhǔn)地識(shí)別地物信息，而且可以采用相應(yīng)的分類算法進(jìn)行分類。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，將地學(xué)分析法與影像的具體特征進(jìn)行結(jié)合，依據(jù)現(xiàn)有的森林資源資料和調(diào)查人員豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，才能夠更加精準(zhǔn)地判斷地物的類型。遙感技術(shù)獲取的信息能夠利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析和輸出，進(jìn)而全面地掌握各種地物的面積。遙感技術(shù)中的航空攝影技術(shù)主要基于地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS），GIS 在森林資源調(diào)查中操作便捷，能夠及時(shí)更新，并且不需要過(guò)多的成本投入，遙感圖像能夠快速且準(zhǔn)確地對(duì)森林資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和監(jiān)測(cè)。

2.2 應(yīng)用現(xiàn)狀

在森林資源調(diào)查中應(yīng)用到的遙感技術(shù)主要是衛(wèi)星遙感和飛機(jī)遙感。1）衛(wèi)星遙感在應(yīng)用的過(guò)程中，易受周期和數(shù)量的影響，只有在衛(wèi)星經(jīng)過(guò)時(shí)才能進(jìn)行圖像的拍攝和信息的采集，并且天氣狀況對(duì)于衛(wèi)星遙感的應(yīng)用有較大的限制。結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況來(lái)看，進(jìn)入夏季后，我國(guó)多地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)陰雨天氣，這使得衛(wèi)星遙感的應(yīng)用存在一定的局限性，只能在一定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行拍攝和采集，這也導(dǎo)致衛(wèi)星遙感的周期大幅度增加，很難短期內(nèi)對(duì)森林資源信息進(jìn)行對(duì)比和分析，并且由于衛(wèi)星距離地面較遠(yuǎn)，獲取到的影像不夠清晰，會(huì)增加辨識(shí)難度。2）飛機(jī)遙感在應(yīng)用過(guò)程中需要用到飛機(jī)，并且由于工作的特殊性，在信息采集和圖像拍攝工作前需要先申請(qǐng)航線，并且為了保證采集信息的準(zhǔn)確性和有效性，需由專業(yè)的飛行員駕駛飛機(jī)。飛機(jī)在飛行的過(guò)程中，需要投入一定的人力，同時(shí)需要人員間的配合，因此成本較高，在森林資源調(diào)查應(yīng)用中存在一定的弊端。

現(xiàn)階段在一些森林資源調(diào)查工作中，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)得到了工作人員的青睞。這一技術(shù)主要是利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行拍攝，無(wú)人機(jī)最主要的優(yōu)勢(shì)是成本低、體積小、攜帶方便、操作簡(jiǎn)單。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)階段無(wú)人機(jī)的飛控軟件已較成熟，從而降低了對(duì)工作人員的要求[3]。在無(wú)人機(jī)拍攝過(guò)程中，其飛行高度低，基本不受云層的干擾，因此拍攝出的影像更加清晰，分辨率更高。綜上所述，在森林資源調(diào)查工作中，衛(wèi)星遙感和飛機(jī)遙感雖然發(fā)揮了一定的作用，但仍有較大的發(fā)展空間，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的更新及提高清晰度方面，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)給工作人員開(kāi)展工作帶來(lái)一定阻礙，導(dǎo)致其作用無(wú)法充分發(fā)揮，而無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用可為森林資源調(diào)查提供新思路。

3 森林資源調(diào)查中遙感技術(shù)的分類

3.1 按照特點(diǎn)及距離劃分

3.1.1 航天遙感

航天遙感又稱衛(wèi)星遙感，一般利用航天飛機(jī)、人造衛(wèi)星等進(jìn)行遙感，此外一些天空實(shí)驗(yàn)室也能實(shí)現(xiàn)遙感。這些設(shè)備的軌道高度一般在100 000 m以上，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，不同的受軌道高度、遙感對(duì)象及設(shè)備能夠辨識(shí)的地物大小及地面的分辨率也會(huì)存在一定差異。

3.1.2 航空遙感

航空遙感與航天遙感最大的區(qū)別是距離不同，航空遙感一般用于地面高度在600 m 的低空到10 000 m的中空，或10 000～25 000 m 的超高空，主要采取的方式是在飛機(jī)上安裝遙感儀器。航空遙感獲取的圖像分辨率較高，并且信息內(nèi)容較完整。航空遙感技術(shù)是在航空攝影測(cè)量技術(shù)發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生的，因此其最大的優(yōu)勢(shì)是定位較精確。雖然航空遙感技術(shù)在森林資源調(diào)查中有一定的優(yōu)勢(shì)，但也存在一些弊端，其中最突出的弊端是遙感范圍較小、處理過(guò)程較復(fù)雜，在森林資源調(diào)查中缺乏適用性。

3.1.3 近地遙感

近地遙感地面高度一般不高于1 000 m，應(yīng)用到的設(shè)備一般是地面設(shè)備，如遙感鐵塔、遙感長(zhǎng)臂車等。地面遙感最主要的作用是進(jìn)行光譜特性測(cè)試及大氣輻射訂正，能夠?yàn)樽R(shí)別高空獲取的遙感圖像提供依據(jù)和參考。

3.2 按照電磁波波譜范圍劃分

3.2.1 可見(jiàn)光遙感

可見(jiàn)光遙感一般采用多波段掃描儀或分波段照相機(jī)進(jìn)行信息的采集，除在資源調(diào)查中適用，還可應(yīng)用于軍事偵察及立體攝影測(cè)量。

3.2.2 紅外遙感

紅外遙感是利用近紅外波段和遠(yuǎn)紅外波段進(jìn)行遙感，該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能夠精確地感應(yīng)植物葉綠素含量和地表熱力場(chǎng)，溫度的分辨率較高。因此，除了能夠在森林資源調(diào)查中發(fā)揮重要作用外，還可用于觀測(cè)冰川、積雪等。

3.2.3 微波遙感

微波遙感最大的優(yōu)勢(shì)在于其不受觀測(cè)時(shí)間的限制，并且能夠穿透植被、云層等干擾因素，但相對(duì)來(lái)說(shuō)分辨率較低，適用的范圍主要是資源調(diào)查或地質(zhì)勘察。

3.2.4 多譜段遙感

多譜段遙感需要先選取目標(biāo)，一般以一個(gè)地物或地區(qū)作為目標(biāo)，利用多個(gè)不同波段對(duì)目標(biāo)進(jìn)行遙感，并且將獲取的信息進(jìn)行整合，能夠使得信息更加全面，發(fā)揮更高的價(jià)值。

4 遙感技術(shù)在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用

4.1 森林資源量調(diào)查

一般采用以下5 種方式對(duì)獲取到的航空影像進(jìn)行判讀，勾繪其中有價(jià)值的信息，并對(duì)森林資源量進(jìn)行分析和估測(cè)。1）典型選樣法。典型選樣法在森林資源調(diào)查中應(yīng)用最為廣泛，調(diào)查過(guò)程中，在一定范圍內(nèi)選取具有代表性的樣點(diǎn)，通過(guò)圖像與樣點(diǎn)的對(duì)比進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，計(jì)算出森林資源量[4]。2）樣地實(shí)測(cè)法。樣地實(shí)測(cè)法同樣需要勾繪出需要的信息，在其中選取樣地，樣地呈方塊狀或帶狀，計(jì)算樣地中每公頃的森林資源量。3）分層抽樣法。分層抽樣法在應(yīng)用過(guò)程中要按照影像的特征進(jìn)行分層，并勾繪出需要的信息，進(jìn)而估測(cè)整體的森林資源量。4）圖像判讀和實(shí)測(cè)回歸法。圖像判讀和實(shí)測(cè)回歸法主要依據(jù)航空?qǐng)D像對(duì)森林資源量進(jìn)行判讀，然后進(jìn)行地面實(shí)測(cè)。5）多元回歸法。多元回歸法需要先在圖像上進(jìn)行判讀，并選取出影響森林資源量的因素，建立多元線性回歸方程，結(jié)合方程進(jìn)行判讀，進(jìn)而對(duì)森林資源量進(jìn)行合理的估測(cè)。

4.2 森林火災(zāi)觀測(cè)

森林火災(zāi)一旦發(fā)生，容易在較短時(shí)間內(nèi)蔓延，不僅會(huì)給森林資源造成極大的損失，還可能威脅森林周邊群眾的生命及財(cái)產(chǎn)安全，因此有必要對(duì)森林火災(zāi)進(jìn)行觀測(cè)。1）劃分森林火災(zāi)的等級(jí)。遙感技術(shù)可以根據(jù)森林火災(zāi)的分布特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行合理分類，在分類過(guò)程中，一般會(huì)以火源的分布情況、森林資源區(qū)氣候特征、森林中的植被類型等作為依據(jù)，對(duì)于航空獲取到的圖像進(jìn)行辨識(shí)，進(jìn)而對(duì)森林火災(zāi)的等級(jí)進(jìn)行劃分。同時(shí)，在劃分和辨識(shí)過(guò)程中，應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)提取火災(zāi)相關(guān)的有效信息，對(duì)火災(zāi)的等級(jí)進(jìn)行精確劃分。還能夠結(jié)合火源的密度、植被是否易燃等信息，更加全面、合理地確定火災(zāi)等級(jí)。2）調(diào)查火災(zāi)損失。森林火災(zāi)發(fā)生后，植被的燃燒會(huì)引起地面波譜的變化，與正常區(qū)域相比差異較大。通過(guò)對(duì)遙感圖像進(jìn)行辨識(shí)，能夠?qū)馂?zāi)區(qū)域的相關(guān)信息進(jìn)行合理的判斷[5]。

4.3 森林病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)

森林病蟲(chóng)害是導(dǎo)致森林資源遭受損失的主要原因之一。在傳統(tǒng)的森林資源調(diào)查工作中，由于調(diào)查手段較落后，容易遺漏一些已經(jīng)發(fā)生病蟲(chóng)害的樹(shù)木，導(dǎo)致工作人員無(wú)法及時(shí)對(duì)病蟲(chóng)害進(jìn)行處理，進(jìn)而對(duì)森林資源造成較大的損失。在森林病蟲(chóng)害觀測(cè)中應(yīng)用遙感技術(shù)能夠及時(shí)了解森林資源的病蟲(chóng)害情況，與正常樹(shù)木相比，已受病蟲(chóng)害影響的樹(shù)木不僅光譜反射率會(huì)發(fā)生變化，溫度也會(huì)存在明顯的差異。因此，在森林病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)中應(yīng)用遙感技術(shù)，不僅可以提高工作效率，還有助于工作人員及時(shí)采取有效的措施進(jìn)行處理，避免病蟲(chóng)害造成更大規(guī)模的破壞。

5 結(jié)語(yǔ)

雖然我國(guó)應(yīng)用遙感技術(shù)的時(shí)間較短，但其發(fā)展速度較快，現(xiàn)階段已在森林資源調(diào)查中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了一定成績(jī)。遙感技術(shù)能在森林資源量調(diào)查、森林火災(zāi)觀測(cè)和森林病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著重要作用，并能夠極大地提高森林資源調(diào)查工作的效率，為森林資源保護(hù)提供依據(jù)和保障，有助于推動(dòng)我國(guó)林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。