基于遙感與GIS技術的森林資源二類調查探究

楊民柱 羅水長生

基于遙感與GIS技術的森林資源二類調查探究

楊民柱1羅水長生2

（1.瑞金市葉坪鎮人民政府 江西贛州 342512；2.瑞金市九堡鎮人民政府 江西贛州 342504）

為了科學有效管理和保護森林資源，原國家林業局于20世紀80年代開始實施了森林資源二類調查。該調查旨在全面了解我國森林資源的類型、面積、空間分布等基本信息，為制定森林資源管理政策和規劃提供科學依據。文章介紹了我國森林資源二類調查的含義，探討了遙感與GIS技術協同應用對森林資源二類調查的意義以及現有技術的局限性與挑戰，提出了基于遙感與GIS技術的森林資源二類調查數據處理與管理的優化策略，以期為森林資源的科學管理和保護提供參考。

遙感；GIS技術；森林資源；二類調查

森林資源是地球上重要的自然資源之一，對于維持生態平衡、保護生物多樣性以及助力社會經濟可持續發展具有重要意義。森林資源二類調查是對森林資源進行分類和評估的一種系統性調查方法，用以獲取森林資源的基本信息。通過此調查，可以準確測算和評估各類森林資源的面積，了解其分布格局和結構特征，并評估其生態功能。為森林保護及可持續利用、林業經營規劃提供了重要數據支撐。此外，二類調查還能監測森林資源的變化趨勢，為調整管理措施提供科學依據。我國目前在全國范圍內采用遙感技術、地理信息系統（GIS）和現場調查相結合的方式進行了全面、系統的森林資源二類調查，已獲取了一些森林資源的基本信息。

1 遙感與GIS技術協同應用的作用

遙感與GIS技術的協同應用在森林資源二類調查中具有重要意義。遙感技術是從人造衛星、飛機或其他飛行器上收集地物目標的電磁輻射信息，判認地球環境和資源的技術。這種技術能夠提供大范圍、高分辨率的森林遙感影像數據，為二類調查提供了基礎數據。基于遙感數據可以完成森林類型劃分、面積測算和植被指數計算等活動。GIS技術則能夠整合和管理各種地理數據，實現對森林資源數據的統一管理和更新。GIS技術還能進行空間分析，揭示不同森林類型的空間關系和特征，并以地圖和圖表形式進行可視化展示。遙感與GIS技術的協同應用能夠實現對森林資源的動態監測和變化分析，通過對連續多期遙感影像數據的比對和變化檢測，為森林資源管理提供科學依據[1]。協同應用還能進行綜合評估和規劃，通過整合遙感數據、地理數據和其他相關數據，進行多指標綜合評估和生態功能評估，以制定科學的森林資源規劃和管理策略。遙感與GIS技術的協同應用可為森林資源二類調查提供高效、準確的數據獲取和管理手段，實現對森林資源的空間分析、動態監測和變化分析，為可持續管理和保護森林資源提供科學依據和決策支持。

2 現有技術的局限性與挑戰

盡管遙感與GIS技術在森林資源二類調查中發揮了重要作用，但仍存在一些局限性和挑戰。第一，遙感影像的空間分辨率和頻率有限，無法捕捉到細小尺度的森林資源變化和細節信息，限制了一些高精度應用和分析。第二，遙感數據處理需要進行預處理、校正和分類等多個步驟，需要專業技術和高性能計算設備。獲取高分辨率和多時相的遙感數據需要較高的成本投入，對資源有限的地區或機構來說是一個阻礙。遙感數據的驗證和精度評估是關鍵，只有與實地調查數據進行驗證，才能確保數據的準確性和可靠性。第三，不同用戶對于森林資源調查的需求各異，需要定制化的解決方案和工具，對技術研發和應用服務提供商提出了更高的要求[2]。第四，數據集成和融合涉及多源數據的一致性和互操作性問題，增加了數據處理和分析的復雜性。第五，對于需要快速獲取和處理的森林資源問題，當前技術無法滿足其實時性要求。未來的發展應聚焦解決這些問題，提高技術精度、效率和適應性，以更好地滿足森林資源管理與保護的需求。

3 基于遙感與GIS技術的森林資源二類調查數據處理與管理的優化策略

3.1 數據獲取

數據獲取是基于遙感與GIS技術的森林資源二類調查的重要環節之一，優化數據獲取能夠為后續的數據處理與管理奠定良好基礎。在數據獲取方面，首先，需要選擇合適的遙感數據源。例如，通過采用高分辨率的衛星影像或航空影像，滿足調查的空間分辨率和時間頻率要求。同時，需要綜合考慮數據獲取成本和可用資源，制定切實有效的數據獲取方案。這包括利用開放數據源獲取公開可用的遙感數據以及合理安排航空攝影計劃，以獲取更高分辨率和更頻繁的影像數據。其次，選擇數據源和方案還需要結合調查目的和研究區域特點，以確保獲取到的數據能夠滿足后續數據處理和分析的需要。

優化數據獲取環節可以有效提高數據的質量和時效性，為基于遙感與GIS技術的森林資源二類調查奠定堅實基礎[3]。

3.2 數據預處理與校正

在數據預處理與校正方面，需要進行大氣校正、輻射校正和幾何校正等處理，以消除遙感數據中的大氣干擾、輻射差異和幾何畸變等問題。這樣可以使數據具有一致性和可比性，為后續的數據分析和處理提供可靠的依據。針對不同類型的遙感數據和調查目的，選擇適當的校正方法和算法非常關鍵[4]。對于大氣校正，可以利用大氣傳輸模型和遙感數據中的輻射定標信息進行校正，以消除大氣吸收和散射對數據的影響；對于輻射校正，可以根據遙感數據的輻射定標參數，將原始數字值轉換為地表反射率或輻射通量值，以確保數據的可比性和定量分析的準確性；對于幾何校正，可以通過使用地面控制點或數字高程模型（DEM）進行圖像幾何校正，以糾正圖像的位置和形狀，使數據與真實地理坐標對應。

通過優化數據預處理與校正，可以提高數據的準確性和一致性，減少大氣和幾何方面的誤差。同時，確保使用標準化的校正方法和工具，應結合實地采樣和驗證數據，以驗證校正的有效性和數據的準確性。這樣可以確保基于遙感與GIS技術的森林資源二類調查數據處理與管理的結果更可靠、科學，為森林資源管理和保護提供更好的支持。

3.3 數據分類與提取

在數據分類和提取方面，合適的分類算法和技術選擇對于準確提取森林資源的不同類別信息至關重要。針對森林資源二類調查的需求，可以采用基于像元的分類方法，如最大似然分類、支持向量機等；或基于對象的分類方法，如基于規則的分類、基于決策樹的分類等。選擇合適的分類方法，需要考慮調查區域的特征、數據質量、調查目標和可用的訓練樣本等因素。在數據分類過程中，驗證樣本的選擇和精度評估是必不可少的步驟。通過將采集的實地驗證數據和調查樣本，與遙感數據進行對比驗證，可以評估分類結果的準確性和可靠性。這有助于調整分類算法參數，提高分類精度。此外，為了提取森林資源的更多信息，可以結合多源數據進行分類與提取，如地形數據、激光雷達數據等。通過多源數據的融合與集成，可以提高分類結果的準確性和豐富度。數據分類與提取的優化策略還包括考慮時間序列數據，通過分析不同時間點的遙感影像，捕捉森林資源的變化信息，了解森林生長、退化和人為干預的趨勢與模式。

通過優化數據分類與提取策略，能夠更準確地提取森林資源的類別信息，為森林資源的管理決策和保護提供科學依據。這樣的優化可以提高數據處理與管理的效率和準確性，為森林資源二類調查的成果提供更有用和可靠的信息資源。

3.4 數據集成與管理

數據集成與管理涉及對空間數據、屬性數據和元數據等多種數據類型進行有效的整合、組織和管理，以實現數據存儲、查詢、更新和共享。在數據集成方面，需要設計合理的數據模型和數據庫結構，以適應森林資源二類調查的特點和需求。利用GIS的數據模型來組織和管理空間數據，同時結合屬性數據，建立多維數據模型。通過良好的數據模型設計，可以實現數據的關聯性和一致性，使得不同類型的數據能夠互相補充和支持。在數據管理方面，建立可靠的數據管理系統是至關重要的。這包括建立數據倉庫或數據庫，使用合適的數據管理軟件和工具，確保數據的安全性、完整性和可訪問性。同時，制定規范和流程，包括數據采集、錄入、更新和質量控制等，以確保數據的準確性和一致性。數據集成與管理還需要考慮數據共享和交互。通過制定合適的數據共享政策和規范，可以促進不同機構和利益相關方之間的數據共享與合作，提高數據的實用性。此外，利用云計算和WebGIS技術，可以實現數據在線共享和遠程訪問，方便用戶獲取和利用數據。在數據集成與管理的優化策略中，還應注重數據的元數據管理。元數據是描述數據的數據，包括數據來源、制作方法、精度信息等，能夠提供數據的背景和可信度。通過統一的元數據標準和管理，可以更好地了解和利用數據。

通過優化數據集成與管理策略，能夠實現對森林資源二類調查數據的高效管理和有效利用。這有助于提高數據的整體質量、可用性和共享性，為決策者、研究人員和公眾提供更可靠的數據支持，從而推動森林資源的可持續管理和保護。

3.5 空間分析與可視化

空間分析與可視化能夠揭示數據的空間關系，發現空間模式，并通過可視化方式直觀呈現結果，幫助決策者和研究人員更好地理解和利用數據。在空間分析方面，可以利用GIS工具和算法進行多種空間分析操作，如緩沖區分析、疊加分析、網絡分析等。通過這些分析，可以確定不同地理要素之間的關系，如森林資源與土地利用類型的關系、森林邊界與人類活動的關系等。同時，可以通過空間統計方法，如聚類分析、點密度分析等，識別出森林資源的空間分布模式和熱點區域，進一步了解森林資源的特征和變化趨勢。在可視化方面，可以利用GIS軟件提供的可視化工具和技術，將處理后的數據以圖表、圖像、地圖等形式進行可視化展示。例如，通過制作熱力圖、等高線圖、空間插值圖等，可以直觀地展示森林資源的分布和變化情況[5]。此外，還可以使用三維地圖和虛擬現實技術，提供沉浸式的空間體驗，幫助用戶更深入地理解和分析數據。

通過優化空間分析與可視化策略，可以提高對森林資源二類調查數據的理解和利用效果。合理選擇和應用空間分析方法和工具，能夠揭示數據背后的空間模式和關聯性，為決策者提供科學依據。

3.6 持續監測與變化分析

持續監測與變化分析能夠實時監測森林資源的狀態變化，并分析變化趨勢和驅動因素，為森林資源的管理決策提供及時和科學的支持。持續監測要求建立健全的監測系統，包括定期獲取遙感影像數據、建立長期的數據存檔和更新機制，并結合實地調查數據進行驗證和校正。通過建立時間序列數據，可以挖掘森林資源的變化過程，監測森林面積、類型和健康狀況的變化。同時，利用遙感技術和GIS分析工具，可以進行森林植被指數監測、土地利用變化分析、森林退化評估等，以更好地了解森林資源的變化。變化分析是對森林資源變化的定量和定性分析，可以通過空間分析和統計方法來實現。例如，利用遙感影像數據進行多期對比，計算不同時間點的植被指數差異，以評估森林生長和退化情況。此外，還可以采用變化檢測算法，如監督分類、無監督分類等，識別和提取森林資源的變化區域和類型。

通過持續監測與變化分析，可以及時掌握森林資源的變化情況，為決策者提供科學的變化趨勢分析和預測，從而指導森林管理人員合理管理和保護森林資源。此外，還可以為應對自然災害、人類活動和氣候變化等問題提供監測數據，支持制定相應的管理策略和措施。在優化持續監測與變化分析策略時，需要關注數據的時空分辨率和一致性，確保數據的可比性和連續性。同時，結合多源數據，如激光雷達數據、地面觀測數據等，進行綜合分析，提高變化檢測的精度和可信度。

4 結語

遙感技術不斷進步和數據獲取的方便性，為獲得更高分辨率、多源、多時相的遙感數據提供了可能，從而提高數據的準確性和時效性。GIS技術的不斷發展使得數據處理、分析和可視化等環節更加高效和智能化。這將為森林資源的二類調查提供更加全面、精細和實時的數據支持，為決策者和研究人員提供更多元化的信息。未來，用戶定制化與應用拓展是森林資源二類調查數據處理與管理的發展新趨勢。通過滿足用戶個性化需求和擴展應用領域，可以提高數據處理與管理的效果和價值，實現數據的廣泛應用并增加影響力。通過不斷優化和創新，我們能夠更好地利用遙感與GIS技術，實現對森林資源的精準管理和可持續保護，為建設美麗中國和可持續發展作出貢獻。

[1]邱宏安.森林資源二類調查中的技術應用探究[J].南方農業,2021,15(32):125-126,129.

[2]張金梅.森林資源二類調查關鍵技術與方法[J].現代園藝,2022,45(8):198-200.

[3]陳樹彪.遙感影像判讀在森林資源二類調查中的應用與研究:以西林吉林業局判讀調查工作為例[J].內蒙古林業調查設計,2016,39(2):16-17.

[4]任廣田.遙感技術在森林資源二類調查中的應用與實踐研究[J].科學中國人,2017(17):177.

[5]王雪,李偉,王偉.RS及GIS在森林資源二類調查中的應用[J].科技創新導報,2011(13):102-103.

S771.8;S757.2

A

2095-1205(2023)11-65-03

10.3969/j.issn.2095-1205.2023.11.20

楊民柱（1977—），男，漢族，江西贛州人，本科，林業工程師，研究方向為林業。