森林資源監測與管理遙感應用

文|陳晨 吳勇 李雁 李衛海 李穎 周敬 馬選嬌 闞丹妤

1.云南省國防科技工業局綜合研究所（高分辨率對地觀測系統云南數據與應用中心）

2.航天科工（北京）空間信息應用股份有限公司

3.昆明市林火防控和林草信息中心

一、引言

森林是生態系統中的重要組成部分，我國森林資源豐富，森林面積達2.31 億公頃，森林覆蓋率達24.02%，是世界林業產業大國。林業與生態文明建設息息相關，是我國生態文明建設中至關重要的一環，對維護生態平衡、穩定自然和人類的發展以及促進我國國民經濟發展具有重要意義。

以往，亂砍濫伐、非法占用林地、圍湖造田等行為使得我國生態環境遭到破壞，干旱少雨和水土流失嚴重的地區森林資源更是貧瘠。隨著人工造林、退耕還林、天然林保護工程、三北防護林工程等項目的落地，生態環境得到改善，但總體上，我國森林資源監管與林業發展仍面臨不少問題。森林資源相關工作常需在野外開展，山高林密、交通不便，工作環境相對惡劣，普遍存在執法手段傳統、管理難度大等問題。森林資源調查面臨著調查全面性和數據準確性方面的問題；森林資源的監測和管理也是一項十分繁重的工作，特別是在森林資源豐富、地處偏遠地區，幾個人的基層林業工作站點卻要負責監管上百畝森林資源，另外還要承擔森林病蟲害防治、森林防火、植樹造林、野生動物保護等相關工作；森林資源保護則存在保護設施落后、執法人員不足等情況。為此，繼續落實并加快“以生態環境與社會經濟可持續發展為核心”的森林資源監測與管理工程建設，加強森林資源的保護與修復，保持森林生態系統的健康和穩定性，才能推動生態文明建設目標的實現，建設美麗中國。

二、森林遙感監管需求與優勢

隨著衛星遙感技術的發展和普及，遙感已成為開展森林資源監管[1]工作的常規手段，一方面擺脫了傳統實地調查方式的耗時耗力，另一方面增強了森林資源調查數據的可靠性，解決了科技手段落后的問題。傳統人為巡查目視范圍有限，例行巡查難以覆蓋全區域，而衛星監測能達到全覆蓋、無遺漏智能識別、精準定點勘查。相較傳統方式，森林資源管理與監測遙感應用具有以下優勢：①高清影像全覆蓋、全面監管。衛星影像具有空間分辨率高、大幅寬的優勢，森林資源豐富、覆蓋面大，通過衛星影像可對森林資源進行全面掌握。②AI 輔助智能提取，助力異常圖斑“現身”。通過多時相高清衛片疊加，快速反映出該地區林地利用變化情況。人工目視解譯雖然精準度較高，但工作量大、費時費力。人工目視解譯聯合AI 輔助智能提取技術，通過高效、高精度的變化自動提取，結合土地利用數據、林木采伐數據、林地征占用審批數據等，智能分辨疑似問題圖斑，讓亂砍濫伐林木、違法征占用林地等違規行為一覽無余，助力林地監管工作的快速開展。③精準定位核查，助力執法督查。結合矢量數據，對發生變化的地塊逐一進行精準定位。通過疑似問題圖斑精確坐標，指導基層林業工作人員及林業執法人員精準、快速地抵達異常地塊，進行實地查驗和取證鑒定，提升執法督查的準確性和效率，對森林違法行為進行及時查處和有力打擊。

綜上，森林資源監測與管理遙感應用，不僅可以釋放基層林業機構的資源監管壓力，同時讓森林資源得到更高效、更全面的保護。

三、森林資源監管遙感應用

森林遙感可應用于生態保護修復、森林資源管理、資源林政管理等方面，協助森林公安局、森林資源管理總站等林業相關部門單位對森林資源進行管控和管理，有效減少水土流失、土地荒漠化，可為生物多樣性監測、林草資源監測與保護、林草碳匯資源評估等提供技術支撐。

1.森林資源監測管理

森林包括喬木林、竹林和國家特別規定的灌木林，按用途可分為防護林、特種用途林、用材林、經濟林和能源林[2]。森林資源調查監測針對上述對象，圍繞森林資源現狀（含分布、面積、林木因子、林分因子等）及森林地塊變化展開，匯總統計森林面積、森林覆蓋率、森林蓄積量、森林單位面積蓄積量等數據。

利用遙感大尺度特點，采用高分辨率影像制作大比例尺林業專題圖，結合林業專題信息，全面追蹤和監測森林覆蓋變化情況，包括森林的損失、恢復和變化趨勢等，進行森林資源類型精細化分類，掌握森林資源分布、森林資源類型（圖1）、林齡結構、森林面積、森林生長狀態等信息，為森林資源監測、調查清查、規劃設計、動態更新、數據共享等業務工作提供科學翔實的信息支撐，幫助林業行政部門及時掌握森林資源狀況，制定合理的保護和管理策略，以提高森林資源監管能力。

圖1 昆明市森林資源類型分布遙感解譯圖

2.公益林監測管理

生態公益林作為生態區位極為重要的特殊用途林，其生存和保護仍受到自然和人為因素的雙重干擾和影響，容易被盜伐、違規采伐，容易遭受火災、病蟲害、凍害等自然災害影響。因此，需要加強公益林存量保護，建立保護主體落實、監管到位、責權相統一的公益林保護機制，以保障公益林供給[3]。

利用遙感手段了解公益林的空間位置分布情況（圖2），對各類公益林進行界定，評估公益林生長生態環境，大范圍測算蓄積量、生物量等，根據生態區位的重要性和脆弱性判斷保護等級。以不同時期的高分衛星影像為基礎，劃分市級、省級、國家級公益林區域范圍，利用多期高清遙感影像比對技術，及時準確地識別破壞公益林資源的案件發生地、案件發生時間、案件破壞規劃等信息，并提供給相應的執法部門，助力提升公益林保護的智慧化、科學化、法制化。

圖2 昆明市公益林分布遙感解譯圖

3.林地管理

林地是指規劃確定的用于發展林業的土地，包括郁閉度0.2 以上的喬木林地以及竹林地、灌木林地、疏林地、采伐跡地、火燒跡地、未成林造林地、苗圃地等[2]。圍繞各類林地的分布、面積、消長變化及林地上的森林、林木等情況進行林地監測管理，助力林業主管部門合理規劃林地保護利用結構和布局，確保林地保有量不減少。

綜合運用遙感監測、資料審核、實地檢查等手段，對林地資源進行定量評估和變化監測，建立“資源數據疊加——變化圖斑提取——林地變化分析——現場核查驗證”智能、高效的林地管理運行機制。通過智能化解譯有效掌握區域內森林、林地和林木資源的種類、數量、質量、分布，通過遙感圖像中的植被指數、植被覆蓋度等信息計算林地、森林蓄積量，通過林地小班數據掌握商品林地、生態公益林地、非林業管理部門的林地以及其他非林地的分布情況（圖3），通過林地小班變化數據監測林地資源的消長變化情況等，為森林資源的合理開發和利用提供參考。全面清查非法侵占林地、種茶毀林等破壞森林資源有關情況，支撐全國林地動態監管的開展以及全國林地動態監測體系的建立，助力問題和責任“兩個清單”的形成。

圖3 昆明市林地小班數據分布遙感解譯圖

4.林業生態工程監管

林業生態工程建設是新形勢下我國生態環境治理的重要內容，包括天然林修復保護工程、退耕還林還草工程、防護林體系建設工程等。作為監管要素也是監管的重點和難點，工程任務進度及完成情況監管和測定依然以人工現地調查為主，耗費大量的人力、物力、財力且效率不高。采用遙感技術開展林業生態工程進度及驗收監測，不僅經濟、科學、高效，而且有利于促進工程建設的健康發展。

充分考慮林業生態工程建設的任務量、投資和治理難度，以及生態脆弱和高敏感的特點[4]，基于多源、多時相、多分辨率遙感數據源，收集各類林業生態工程資料，結合實地考察驗證，開展衛星林業生態工程監管，輔助林業生態工程區退耕還林工程（圖4）、陡坡地治理工程、森林撫育工程順利開展、進度控制及成效檢驗，還可生產不同年份的工程造林地塊分布與成林分布、工程區森林分布與變化分布、工程區地表覆蓋分布、工程區地表覆蓋變化、石漠化綜合治理工程區石漠化程度分布、石漠化程度變化分布、林地生物多樣性監測等成果，對保護珍稀物種和生態系統具有重要意義。

5.國有林場監測管理

國有林場是我國生態修復和建設的重要力量。根據相關規定，國有林場森林資源實行分級監管制度，主要對林地性質、森林面積、森林蓄積等進行重點監管，但受困于其地理位置、生態區位復雜，區域交叉普遍等特點，監管難度大。

隨著衛星遙感技術的發展，以及高分辨率衛星數據類型逐步多樣化，利用多光譜、高光譜等數據源對重點國有林場進行監測已成為應用趨勢。利用高清遙感影像進行國有林場分布遙感解譯、國有林場林地分類分布遙感解譯（圖5）、國有林場濕地分類分布遙感解譯等，從昆明市國有林場核查，到各地國有林場資源監管，以點擴面，形成“疑似問題篩選、實地勘察取證、快速查處整改”的良性循環機制，維護國有林場資源及國有林場生態安全。建立利用衛星遙感監測等多種手段共同監督規劃實施的工作機制，國有林場得到有效保護的同時極大地節省人力和物力，減輕國有林場監管工作的難度和壓力。

6.森林火災監測

利用高科技手段提高森林火災的預防和預警、分析和決策、規劃和調度，為森林消防贏得寶貴的時間，最大限度地減少損失，是森林防火發展的必然趨勢[5]。遙感技術可以實時監測森林火災的發生和蔓延情況，通過高分辨率遙感圖像可以提供火災發生地點和火勢大小、火情范圍等精確信息。通過火災前后對比圖，提取受災面積，評估災損情況（圖7）。有助于林業部門及時采取救火和火災撲滅措施，降低火災對森林資源的破壞。

四、結語

將空間數據和森林應用領域業務數據有機地結合在一起，應用于森林資源監測管理、公益林監測管理、林地管理、林業生態工程監管、國有林場監測管理、森林火災監測等方面，對森林資源進行高精度時空動態監測與評估，及時、準確地掌握林業空間環境變化的動態信息，可為林業相關部門制定合理的建設發展規劃和宏觀決策提供科學依據。推進林草行業的規模化產業化遙感應用，對保護生物多樣性、維護生態平衡、促進經濟可持續發展起到至關重要的作用，助力我國治理體系和治理能力現代化。