3S技術在鳳慶縣新一輪退耕還林工程中的應用

收稿日期：2023-12-10

作者簡介：鄭曉鳳（1997—），女，云南鳳慶人，研究方向為植物多樣性保護與利用。

摘 要：鳳慶縣位于我國西南邊陲，地形復雜，在退耕還林工作中，傳統(tǒng)作業(yè)方式耗時費力，數(shù)據(jù)采集困難，運用3S技術，不僅可以便利林業(yè)工作者的外業(yè)工作，還可以使工作過程更加高效、準確。在鳳慶縣新一輪退耕還林工程工作中，依托遙感技術，對復雜險要地帶進行無人機航拍、地理信息采集，可以獲得地理資源情況數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)傳輸，利用GIS系統(tǒng)軟件對海量數(shù)據(jù)進行整理，建立數(shù)據(jù)庫，最終得到可供參考的林業(yè)作業(yè)圖。3S技術在鳳慶縣退耕還林工程工作中的成功運用，可為縣級退耕還林監(jiān)測工作提供可行性方案。

關鍵詞：鳳慶縣；退耕還林工程；3S技術；監(jiān)測工作

中圖分類號：S771.8 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）04–0-03

在人們肆意毀林開墾和陡坡地、沙化地大規(guī)模耕種等人為活動下，我國多個地區(qū)出現(xiàn)了嚴重的水土流失和風沙危害，導致自然災害頻發(fā)，嚴重威脅國家的生態(tài)安全和人們的生產生活。對此，我國開展退耕還林工程，階段性地停止耕種易水土流失的坡耕地等，因地制宜植樹造林，以恢復森林植被，達到保護和改善生態(tài)環(huán)境的目的。我國退耕還林自1999年施行以來，取得了明顯成效，但監(jiān)測技術存在滯后性，同時我國大部分縣區(qū)級由于地勢等客觀因素造成退耕還林工作進展緩慢和艱難。鳳慶縣林業(yè)和草原局借鑒城市林業(yè)科技監(jiān)測手段，在當?shù)赝烁€林工作中與3S技術深度融合，并在退耕還林工作中總結了一些可行性方案。

1 3S技術基本介紹

3S技術是遙感技術（RS）、地理信息技術（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）的集合，現(xiàn)階段廣泛應用在空間信息提取、存儲及數(shù)據(jù)分析等領域[1-2]。在3S體系中，RS技術借助平臺上的傳感器進行數(shù)據(jù)監(jiān)測，GIS技術基于空間數(shù)據(jù)庫，借助計算機軟件，對空間數(shù)據(jù)進行采集和操作，GPS技術由衛(wèi)星、地面接收裝置和用戶端組成，能夠全天進行無間斷的定位導航服務，可用地理位置實現(xiàn)對區(qū)域經緯度的計算，得到實際的目標占地面積。

RS和GPS為數(shù)據(jù)源，GIS承擔主要的數(shù)據(jù)分析功能，通過三者之間協(xié)調配合，可為各領域工作人員提供整體、實時、動態(tài)的數(shù)據(jù)反饋[3]。RS和GPS技術能夠快速準確地獲取環(huán)境信息，并實時更新空間數(shù)據(jù)庫，是保證GIS可靠數(shù)據(jù)源的基礎。3S技術勘察地理信息的能力可以為數(shù)字化地球理念提供基礎，為林業(yè)發(fā)展提供技術支持[4]。

3S技術最初作為地質研究等的主要使用領域，后巧用到林業(yè)治理工作中，便利了林業(yè)工作者的大量外業(yè)工作，使其可以得到更加準確、高效的野外調查

數(shù)據(jù)[5]。

2 鳳慶退耕還林工程的概況

2.1 鳳慶縣地理位置

鳳慶縣，又稱蒲門是世界滇紅之鄉(xiāng)。隸屬于云南省臨滄市，地處云南省西南部，全境東西最大橫距59 km，南北最大縱距91 km。最高海拔3 098.7 m，最低海拔919 m。鳳慶縣屬低緯度高原（山地）中亞熱帶季風氣候。鳳慶縣年平均氣溫16.9 ℃，年平均降雨量1 366.6 mm，歷年極端最高氣溫32.8 ℃、極端最低氣溫-1.6 ℃。

鳳慶縣處于云南大地構造單元的滇西褶皺帶中南部，其地質構造、水文地質條件復雜。鳳慶縣境內瀾滄江以北為云嶺山系，以南為怒山山系，北部為高中山峽谷地形，南部為中山峽谷地形。縣區(qū)內多山地，在侵蝕、構造剝蝕、沖積等地質內外應力作用下，中山、低中山、丘陵、盆地、河谷槽壩相間分布，地形地貌條件復雜。

2.2 鳳慶縣新一輪退耕還林工程基本情況

退耕還林工程是從我國發(fā)展和生存的戰(zhàn)略高度出發(fā)，為土地資源的合理利用、增加森林樹種植被、恢復秀美山林、增加農戶收入、保護自然生態(tài)安全，實現(xiàn)人與自然和諧的生態(tài)工程、扶貧工程和惠民工程，是黨和國家領導人著眼于經濟和社會可持續(xù)發(fā)展全局，審時度勢，面向新世紀做出的重大戰(zhàn)略決策。

自2002年國家實施退耕還林工程以來，鳳慶縣共實施前一輪退耕還林工程1.67萬hm2，其中，耕地退耕還林0.54萬hm2，宜林荒山造林1萬hm2，封山育林0.13萬hm2。2014年國家啟動實施新一輪退耕還林工程以來，鳳慶縣共實施新一輪退耕還林工程1.75萬hm2。

鳳慶縣林業(yè)和草原局將農村土地確權數(shù)據(jù)庫和高清衛(wèi)星影像圖運用于退耕地塊外業(yè)規(guī)劃和到戶面積的落實工作，同時在情況調查中，3S技術的運用為新一輪退耕還林工程的監(jiān)測及數(shù)據(jù)匯總提供了極大的便利，大大提高了基層工作者對陡坡地資源信息的掌握度，使其可以及時、有效地應對陡坡地治理過程中出現(xiàn)的各類問題。

3 3S在鳳慶縣退耕還林工程中的應用現(xiàn)狀

3.1 傳統(tǒng)退耕還林工程監(jiān)測存在的問題

傳統(tǒng)退耕還林工作多采用人工走訪模式（圖1），信息獲取難度大、耗時長，無法實現(xiàn)大批量退耕還林的數(shù)據(jù)快速收集工作，還可能存在較大的人為誤差。同時，在實際監(jiān)測工作中，監(jiān)測工具無法滿足對林業(yè)小斑信息進行及時匯總處理的需要，無序的小斑信息增加了內業(yè)整理的工作難度[6-7]。此外，在傳統(tǒng)退耕還林工程工作中，工作人員往往無法獲取準確山谷和陡峭險地的退耕還林工作情況，監(jiān)測結果多為估算，數(shù)據(jù)運用過程中可能無法得出更客觀的分析。因此尋求現(xiàn)代3S技術理論體系的引導極為重要，依靠3S技術優(yōu)化林業(yè)資源調查體系，可進一步監(jiān)測退耕還林工程[8]。

3.2 3S技術在退耕還林工程監(jiān)測中的使用優(yōu)勢

對于林業(yè)工作者來說，GPS機易攜帶、方便外業(yè)工作、野外調查，有利于工作人員高效完成信息收集儲存工作。同時，GPS系統(tǒng)還具有較強的抗干擾能力，自身所具備的保密性也較為完善。遙感設備使用成本低，工作效率高。將林業(yè)外業(yè)工作與衛(wèi)星遙感結合在一起，可以將衛(wèi)星圖片和地形圖片相結合，極大地提高了工作效率。

遙感系統(tǒng)可以利用無人機收集數(shù)據(jù)（圖2），獲取退耕還林林地范圍，還能夠反饋無人機航飛的全部過程[9]。

在鳳慶縣退耕還林工程工作中，需要收集大量地理資源信息，其存儲和整理則需要地理信息系統(tǒng)進一步的數(shù)據(jù)解析和表達。

3.3 3S技術應用還需解決的問題

第一，林業(yè)工作者需準確獲取遙感數(shù)據(jù)。遙感數(shù)據(jù)較多，準確獲取所需數(shù)據(jù)才能為林業(yè)調查工作帶來便利，充分發(fā)揮遙感數(shù)據(jù)所表現(xiàn)的特性；而利用林業(yè)調查中相關的光譜、海拔、頻度、空間及時間等輔助數(shù)據(jù)，可以使林業(yè)調查工作的數(shù)據(jù)處理達到事半功倍的效果[10]。

圖2" 無人機航拍工作圖（2016年05月14日拍攝于鳳慶縣大寺鄉(xiāng)平河村）

第二，林業(yè)工作者需加強對遙感數(shù)據(jù)的提取能力。目前，學校教學方法和課程較為理論化，學生無法將課本知識儲備運用到實際林業(yè)作業(yè)中。而林業(yè)工作者對遙感等設備接觸時間較短，無法形成完備的理論構架，也缺乏圖像數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)化經驗。

第三，林業(yè)工作者需加強分析圖像的能力。通過遙感技術獲取的影像，可能因天氣等原因存在一定程度的模糊，也容易有定位不準等情況。同時，鳳慶縣多山地，植被情況易受氣候、土壤顏色、風向等因素的干擾，從而得到較近頻度的波段信息，進一步加大了圖像解譯工作難度。此外，工作人員解譯圖像信息的經驗也會影響圖像解譯工作的質量[11]。

4 3S技術在云南省鳳慶縣退耕還林工程工作中的具體應用

4.1 鳳慶縣退耕還林工程前期的地質勘探工作

鳳慶縣退耕還林工程工作開始前，工作人員需要對退耕還林地域范圍的基本情況進行匯總分析。林業(yè)工作者應與護林員一同實地走訪，對目標區(qū)域的土壤、氣候及周邊植被情況進行詳細勘察[12]。

首先，使用GPS定位系統(tǒng)對退耕還林區(qū)域進行區(qū)劃和樣地劃分；其次，以遙感技術為依托，對險峻山地及河谷地帶進行無人機航拍，經過多次多地的范圍確定和航拍圖片拍攝，整理成鳳慶縣退耕還林工程資源情況數(shù)據(jù)，傳遞回室內設備中[13]；最后，通過數(shù)據(jù)傳輸，用GIS系統(tǒng)軟件對海量數(shù)據(jù)進行了整理，通過圖片與實時數(shù)據(jù)的甄選篩查并進行匯總，獲得囊括地形、海拔、坡度、小斑編號等退耕還林基本信息的作業(yè)圖像（圖3）。

4.2 鳳慶縣退耕還林工程的監(jiān)測工作

在鳳慶縣退耕還林工程監(jiān)測工作中，作業(yè)圖像可在外業(yè)實地考察過程中為退耕還林工程的監(jiān)測工作提供前期數(shù)據(jù)[14]。GIS可以利用地圖信息、遙感圖像、野外調查數(shù)據(jù)、室內實驗數(shù)據(jù)等為信息源，構建空間數(shù)字模型，通過提取相應的地物空間特征、屬性信息，生成所需的專題圖層（如鳳慶縣退耕還林工程小斑分布圖），按照規(guī)劃要求對目標小斑的局部或與局部相鄰部分或整個區(qū)域進行空間分析。然后，可根據(jù)信息結果表達的不同要求將處理的分析結果，以文字、表格、圖片等多種方式輸出，其表達形象、直觀，能更好地研究、規(guī)劃和決策服務應用[15-16]。

鳳慶縣山地較多，大量工作離不開3S技術的幫助，同時結合望遠鏡或相機等工具輔助，都可以對所劃小斑區(qū)域的實際情況進行分析監(jiān)測，多種調查方式并行能更準確、高效地獲得監(jiān)測工作所需的信息，人工實地勘查和以3S技術切入使用無人機航拍獲得圖像的方法相結合，能精準解譯退耕還林工程的實際情況，以便有針對性地解決退耕還林工程實施過程中產生的實際問題[17-18]。

RS技術可以通過不同的傳感器，以遠距離、非接觸的方式對山地情況進行探測，通過收集并分析處理鳳慶縣區(qū)域內各類目標地物的電磁波譜信息，提取各類目標地物的特征，從而對目標地物進行定位、定性和定量分析。不同地物對外來電磁波具有不同的反射、吸收或投射作用，此種差異可以作為探測識別的信息，成為遙感探測的依據(jù)，顯示出圖像上的不同色彩、色調等，從而得到鳳慶縣退耕還林工程作業(yè)區(qū)域的實際完成情況。

通過GPS設備對衛(wèi)星運動進行跟蹤，將跟蹤接收到的信號進行解譯處理和計算，能夠迅速獲得用戶端的三維坐標、速度和時間等信息。通過此設備，對退耕還林工程監(jiān)測工作中小斑區(qū)域情況進行查驗以便對小斑進行作業(yè)調整，全面把控退耕還林工程工作的每一個環(huán)節(jié)[19]。

4.3 鳳慶縣退耕還林工程驗收后的監(jiān)測工作

鳳慶縣退耕還林工程監(jiān)測工作是一個長期的動態(tài)監(jiān)測過程，在這個過程中，3S技術始終是退耕還林工程中不可缺少的一部分。利用3S技術的整體性和實用性，定期進行退耕還林工程治理情況勘測，可以實時監(jiān)測各類情況。更重要的是，3S技術在人力資源匱乏情況下也能為退耕還林工程治理的后期管護帶來

便利[20]。

5 結束語

鳳慶縣是西南邊陲縣城，除特殊的自然地理位置外，也是我國實行綠色中國方案的重要窗口，其退耕還林工程的實施具有重要意義。但鳳慶縣區(qū)域內多山地，地形復雜，退耕還林工作開展難度較大。鳳慶縣在退耕還林工程治理過程中與3S技術深度結合，相較于傳統(tǒng)的林業(yè)工作，不僅可以節(jié)省不必要的開支，還可以減弱人為干擾因素和自然災害對數(shù)據(jù)的影響，大大提高地理資源數(shù)據(jù)的準確性。3S技術在鳳慶縣新一輪退耕還林工程治理成功使用的案例，可為縣級水平上的林業(yè)調查工作提供可行性方案。

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