3S技術在森林資源規劃設計調查中的應用

摘要 保護、利用森林資源，需依托科學的規劃調查，有效了解林業資源的生長及分布情況。將3S技術應用到森林資源規劃設計調查工作中，能夠確保規劃調查工作高效真實。為進一步保護、利用森林資源，本文結合3S技術的原理和特點，從遙感（RS）技術應用原理、全球定位系統（GPS）技術應用原理、地理信息系統（GIS）技術應用原理方面分析了3S技術在森林資源規劃設計調查中的應用優勢，從監測和調查森林資源、預防森林火災、防治森林病蟲害方面介紹了主要工作內容，探討了3S技術在森林資源規劃設計調查中的具體應用策略，包括圖形數據采集、解譯標志建立、小班判讀區劃、外業調查和空間圖形庫建立等方面，對3S技術在森林資源規劃設計調查中的應用前景進行展望。

關鍵詞 森林資源；規劃設計；3S技術；遙感技術；全球定位系統技術；地理信息系統技術

中圖分類號 F326.27；S757.2" "文獻標識碼 A" "文章編號 1007-7731（2024）14-0053-05

DOI號 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.14.012

森林資源是重要的自然資源之一，對生態環境和經濟發展有重要影響。隨著社會經濟的不斷發展，為了滿足林業資源的需求，做好林業資源規劃設計調查工作，為林業資源的開發提供科學依據十分重要。在林業資源規劃設計調查中，要通過科學、合理的調查方法，結合森林資源實際情況，采取有效的措施對森林進行科學管理。3S技術是指遙感（Remote sensing，RS）技術、全球定位系統（Global position system，GPS）技術和地理信息系統（Geographical information system，GIS）技術。在開展林業資源規劃設計調查工作時，通過利用3S技術對林業資源進行有效調查，可以更好地對森林資源進行管理和規劃。潘俊杰[1]結合林業建設實際情況，總結了森林資源規劃設計調查工作的重要性與必要性，分析了森林資源規劃設計調查工作中常用的3S技術，并提出了轉變工作觀念、加強隊伍建設和改進調查方法等策略建議。程鵬等[2]對3S技術在基層林業部門的推廣與3S技術自身的完善提出了建議。葉云[3]通過信息技術和林業應用的創新，實現了林業資源的精細化管理，推動了林業資源管理模式的轉變。隨著林業技術的不斷發展，3S技術的應用越來越廣泛，3S技術在林業調查中發揮著重要的作用，通過使用3S技術可以讓調查工作更加高效、快捷，能夠實現林業調查工作的科學化、規范化，確保森林資源規劃設計調查工作的順利開展。為了進一步保護、利用森林資源，本文以3S技術為研究對象，總結分析了3S技術的應用原理以及3S技術在森林資源規劃設計調查中的應用優勢、主要工作內容，并提出了具體應用策略，最后對3S技術在森林資源規劃設計調查中的應用前景進行展望，為有效促進3S技術的進一步發展和應用提供參考。

1 3S技術應用原理分析

1.1 遙感技術應用原理

在森林資源規劃設計調查中，RS技術被廣泛應用。RS技術利用衛星和飛機等遙感平臺獲取的遙感影像數據，通過對地物的光譜、空間和時間信息進行解譯和分析，提供了大范圍、高分辨率的地表信息。RS技術應用原理主要包括以下幾個方面。（1）光譜特征分析。RS技術通過測量地物在不同波段上的反射、輻射或發射能力，獲取地物的光譜特征。不同地物在不同波段的反射率存在差異，通過分析這些差異，可以識別和區分不同的植被和土地利用類型等。（2）空間分辨率分析。袁小超等[4]研究認為，RS技術可以獲取高分辨率的遙感影像數據，這意味著可以清晰地觀察到地表的細節信息。通過對遙感影像進行解譯和分析，可以獲取森林資源的空間分布、面積和形狀等信息。（3）時間序列分析。RS技術可以獲取多期遙感影像數據，通過對這些數據進行比較和分析，可以觀察到地表變化的趨勢和周期性。在森林資源規劃設計調查中，可以利用時間序列分析來監測森林的生長、退化和砍伐等情況，為森林資源的合理管理提供依據。（4）數據融合。RS技術可以將不同波段、不同分辨率的遙感影像數據進行融合，得到更全面、準確的地表信息。通過數據融合，提高森林資源調查的精度和可靠性。

1.2 全球定位系統技術應用原理

在森林資源規劃設計調查中，GPS技術也被廣泛應用。GPS技術利用衛星系統，通過接收衛星發射的信號來確定任意位置的準確三維坐標。GPS技術應用原理主要包括以下幾個方面。（1）衛星定位。GPS系統由一組衛星組成，這些衛星圍繞地球軌道運行。GPS接收器接收來自多顆衛星的信號，并通過測量信號的傳播時間和衛星位置信息，計算出接收器所在位置的坐標。（2）三角測量原理。GPS接收器同時接收多顆衛星的信號，通過測量信號的傳播時間差，利用三角測量原理計算出接收器與衛星之間的距離。通過同時測量多顆衛星的距離，確定接收器的位置。（3）時鐘同步。GPS系統中的衛星和接收器都有高精度的原子鐘，通過接收衛星發射的時間信號，接收器可以校準自身的時鐘，確保時間的同步性，準確計算信號的傳播時間，從而提高定位的精度。（4）數據處理。劉紅旗[5]研究認為，GPS接收器會收集衛星信號的數據，并通過內部的算法和處理器進行數據處理，處理后的數據可以提供接收器所在位置的經緯度和海拔高度等信息。

1.3 地理信息系統技術應用原理

在森林資源規劃設計調查中，GIS技術的應用原理是將地理空間數據與屬性數據進行整合、分析和展示。GIS技術通過將地理空間數據與屬性數據進行關聯，可以幫助人們理解和解釋地理現象，以及進行空間決策和規劃。具體工作原理如下。（1）數據采集。通過使用GIS技術獲取地理空間數據，如森林邊界、道路網絡和水體分布等。同時，還可以采集屬性數據，如森林類型、樹種組成和土壤類型等。（2）數據存儲。將采集到的地理空間數據和屬性數據存儲在數據庫中，以便后續分析和查詢。（3）數據整合。將不同來源的地理空間數據和屬性數據進行整合，以建立完整的地理信息數據庫。（4）空間分析。通過GIS軟件進行空間分析，如緩沖區分析、疊加分析和網絡分析等，以獲取有關森林資源的空間關系和特征。（5）決策支持。基于空間分析的結果，進行決策支持，如確定最佳的森林保護區劃、合理的林業經營方案等。（6）數據展示。通過地圖制作和數據可視化技術，將分析結果以地圖形式展示出來，以便用戶更直觀地理解和使用。

2 在森林資源規劃設計調查中應用優勢分析

2.1 提高工作效率

3S技術不僅可以應用在森林資源調查中，還能夠在森林資源管理工作中得到廣泛應用，特別是在森林資源規劃設計調查中具有重要作用。3S技術具有強大的空間信息處理能力，能夠完成對森林資源數據的快速提取和處理，并將數據存儲在計算機數據庫中。通過使用3S技術，可以及時發現森林資源變化情況，快速做出相應的反應。李麗[6]研究認為，3S技術能夠快速、準確地獲取數據信息，可以通過對數據的分析得出結論，為森林資源管理工作提供參考依據。3S技術不僅能對采集到的數據信息進行有效分析，還能夠對各種數據信息進行綜合處理，形成森林資源管理系統，使用3S技術還能夠完成森林資源調查工作。3S技術具有強大的空間信息處理能力，可以快速獲取大量的空間信息資料，使用3S技術可以對林業資源進行全方位、全過程監測。

2.2 實現精準定位

在3S技術中，GPS技術能夠實現對目標的精準定位，確保林業資源調查工作的順利進行。在森林資源規劃設計調查中，應用GPS技術可以實現對目標的精準定位，便于完成對目標的勘測工作，同時不受環境因素的影響。在森林資源規劃設計調查中應用3S技術，能夠確保林業調查工作順利進行，實現森林資源規劃設計調查工作科學化、規范化，確保森林資源規劃設計調查工作能夠順利完成，同時，3S技術在森林資源規劃設計調查中應用，可以確保森林資源調查數據的準確性，提高林業資源調查結果的準確性和可靠性，在森林資源規劃設計調查中應用能夠實現對林業資源數據的有效收集和處理，有利于提升森林資源規劃設計調查工作的質量。

2.3 完成外業調查

在進行森林資源規劃設計調查工作時，需要對林區的各種信息進行收集，然后對其進行分析，以確定森林資源的具體情況，但是傳統的森林資源規劃設計調查工作需要耗費大量的人力、物力和財力。3S技術能夠通過RS技術獲取相關的信息，然后進行外業調查工作，有效地提升外業調查工作的效率和質量。李建德等[7]研究認為，在森林資源規劃設計調查工作中，使用RS技術進行調查，可以對林區內的樹木分布和樹木生長情況等進行詳細地觀察和記錄，再利用GIS技術對其進行分析和處理，能夠有效地提高外業調查工作的效率和質量，縮短外業調查工作所需時間。在進行森林資源規劃設計調查工作時，使用3S技術進行外業調查，可以將森林資源的位置信息、面積和分布等情況通過RS技術進行詳細地記錄，再利用GIS技術對其進行分析和處理，從而實現對林區內各種數據的提取，以此達到森林資源調查的目的。

3 主要工作內容分析

3.1 監測和調查森林資源

通過利用3S技術，可以對森林資源進行動態監測，實時掌握森林資源的變化情況，了解其生長情況。同時，利用3S技術對森林資源進行動態監測的過程中，可以將監測結果及時反饋到數據處理系統中，根據系統的反饋信息來分析森林資源變化情況。對森林資源進行動態監測時，首先要明確調查區域的范圍和面積等具體信息，然后根據這些信息來確定調查區域內各個點的位置和距離等具體信息。在對森林資源進行調查時，首先要將數據采集器安裝在相應的位置，然后根據數據采集器的功能和作用來確定工作流程和具體操作方法。在對數據進行采集時，要以GPS為主要技術手段，將其安裝在森林資源調查區域內各個點的位置上。GPS具有定位和定時等功能，可以快速、準確地確定相關位置信息，提高森林資源調查的效率。

3.2 預防森林火災

森林資源具有明顯的地理特征，在開展森林資源規劃設計調查時，需要將森林防火放在重要位置。賴宇燕[8]研究認為，3S技術能夠通過RS技術對森林火災進行實時監測和預測，從而有效預防森林火災。目前，已建成多個3S衛星氣象站、地面監測站以及數字林火監測網絡系統。在森林資源規劃設計調查工作中，應用3S技術能夠對森林火災進行及時發現和預測，有效預防森林火災的發生，控制火災發展。

3.3 防治森林病蟲害

3S技術能夠對監測數據進行分析，可提前預警森林病蟲害的發生。如果森林出現了病蟲害危害，樹木的枝葉等會受到一定程度的影響，最終會影響到葉片的光譜反射率，這種情況下通過監測系統所反饋出來的數據就會發生明顯變化，通過對數據變化情況進行分析，可以對病蟲害的危害范圍等進行精準判斷，同時還可以應用GPS技術，對病蟲害集中高發區進行科學把握，做到有效應對。

4 具體應用策略

4.1 圖形數據采集

森林資源規劃設計調查中，圖形數據采集是3S技術應用的基礎，同時也是森林資源規劃設計調查的重要組成部分之一，主要包括林地小班、主要喬木樹種和森林類型等。其中最基本的圖形數據采集是林地小班，要想進行林地小班的提取，首先需要進行外業調查，即在外業調查中對各種要素進行測量、記錄和計算。潘明哲[9]研究認為，林地小班的提取，需要在地形圖上標注出道路、水系以及植被等要素，外業調查工作中還需要對森林類型進行確定和提取。一般而言，在進行林業資源規劃設計調查時，森林類型一般包括有林地和灌木林2種類型，其中灌木林屬于一種特殊的森林類型，通常以灌木樹種為主，如馬桑、山茶以及油茶等，而有林地一般包括喬木林地和竹林地2種類型。因此，在進行林地小班提取時，需要根據具體調查目的確定數據信息。

4.2 解譯標志建立

解譯標志建立是3S技術在森林資源規劃設計調查中的重要應用內容，主要是通過對遙感影像進行分析，結合其他資料獲取相關信息并進行判讀，從而確定森林資源的分布、類型和面積。為了獲得準確的結果，可以在遙感影像上提取相關信息，并利用計算機技術對提取的信息進行處理和分析，從而獲得所需信息。通常情況下，解譯標志包括2種類型，一種是文字標志，另一種是圖形標志。在建立解譯標志時，首先要對遙感影像進行預處理，通常情況下，預處理工作包括對遙感影像進行波段轉換和圖像增強等；其次，要利用遙感影像進行判讀。申群揚[10]研究認為，在對遙感影像進行判讀時，要對圖像進行分色處理，并利用計算機技術將其轉化為數字圖像，利用數字圖像建立解譯標志。建立解譯標志時要注意不同地物類型的區分和遙感影像判讀解譯過程中所存在的一些問題。在建立解譯標志時，一般采用目視判讀方法，將所有地物類型按照一定的標準和順序進行分類，通過計算機對所建立的解譯標志進行分類，根據分類結果確定地物類型的分布情況以及面積。

4.3 小班判讀區劃

小班是森林資源規劃設計調查中的基礎單位，小班調查的準確性直接影響整個森林資源規劃設計調查結果的準確性。因此，在應用3S技術時，需要充分發揮小班的作用。利用小班可以對林分進行準確劃分，從而使設計結果更加真實、可靠。在小班劃分的過程中，需要使用到遙感影像圖和地形圖等資料。因此，需綜合考慮森林資源規劃設計調查的具體內容，明確任務和要求，以提高小班區劃的準確性。從當前實際情況來看，遙感影像圖主要有數字高程模型數據和數字正射影像數據，在實際應用過程中，可以將小班內的地貌、植被和水系等特征作為判讀區劃的依據，提高區劃的準確性和可靠性。在實際判讀過程中，需要將小班內的所有地物調查清楚，尤其是道路和河流等地物，同時還需對一些特殊地貌進行重點記錄和分析。另外，劉紅位[11]提出，在判讀區劃過程中，還可以采用GIS技術、GPS技術等進行輔助調查。

4.4 外業調查

外業調查主要是指3S技術人員對調查區域進行踏勘，對區域內森林資源進行全面了解，明確其分布范圍和面積，結合外業調查結果，制定科學合理的森林資源規劃方案，保證后續工作的順利開展。在實際工作中，要對森林資源分布區域進行實地踏勘，重點關注森林資源分布情況，結合林業工作人員提供的相關信息資料開展工作，收集各類基礎數據信息，確保制定出的森林資源規劃方案更加科學合理。

4.5 空間圖形庫建立

空間圖形庫是3S技術的重要組成部分之一，其可以將遙感影像、GIS技術以及GPS技術等進行有機結合，并對數據進行有效整合和管理。對于森林資源規劃設計調查來說，空間圖形庫的建立十分重要，直接影響到數據采集和處理的質量和效率。因此，在3S技術應用過程中，要對空間圖形庫給予充分重視，對數據進行整合，確保其具有較高的實用性和科學性。在空間圖形庫建立完成后，可以獲取森林資源相關信息，根據這些信息對空間圖形庫進行及時更新。在進行空間圖形庫建立時，需要將數據和信息進行有效整合和處理。在完成數據采集和處理后，要對其進行充分分析和應用，確保其具有較高的準確性和可靠性。

5 應用前景展望

第一，森林資源監測和評估。通過RS技術獲取森林覆蓋、植被類型和植被健康狀況等信息，結合GIS技術進行空間分析和建模，實現對森林資源的動態監測和評估，有助于及時發現森林變化和病蟲害等問題，并采取相應的管理措施。

第二，森林火災監測和預警。利用RS技術獲取火點信息和煙霧擴散情況等，結合GIS技術進行空間分析和模擬，實現對森林火災的監測和預警，有助于及時發現火災風險區域，提前采取防火措施，減輕火災對森林資源的損害。

第三，森林資源規劃和管理。郭意明[12]研究認為，通過RS技術獲取森林資源的空間分布、類型和面積等信息，結合GIS技術進行空間分析和決策支持，實現對森林資源的合理規劃和管理，有助于確定最佳的林地利用方式和保護區劃設定等，實現可持續的森林資源管理。

第四，森林生態系統服務評估。通過RS技術獲取森林生態系統的各項指標，如碳儲量、水資源保護和生物多樣性等，結合GIS技術進行空間分析和模擬，實現對森林生態系統服務的評估。這有助于量化森林生態系統的貢獻，為相關決策提供科學依據。

第五，森林資源監測和執法。通過RS技術獲取森林違規采伐等違法行為的證據，結合GIS技術進行空間分析，實現對森林資源的監測和執法。

總之，3S技術在森林資源規劃設計調查中的應用范圍非常廣泛，可以提供全面、準確的空間信息和決策支持，有助于合理利用和保護森林資源，實現可持續發展。

6 結語

隨著信息技術的不斷發展，3S技術在林業發展中的應用越來越廣泛，不僅能夠為林業生產提供數據支撐，還可以對森林資源進行全面監測和評估。因此，本文結合3S技術的原理和特點，分析了3S技術在森林資源規劃設計調查中的應用優勢、主要工作內容，探討了3S技術在森林資源規劃設計調查中的具體應用策略，包括圖形數據采集、解譯標志建立、小班判讀區劃、外業調查和空間圖形庫建立等方面，對3S技術在森林資源規劃設計調查中的應用前景進行展望。通過加強3S技術與現代林業技術的融合，可以提高森林資源規劃設計調查的質量和效率，提高林業生產的經濟效益，有助于合理利用和保護森林資源，實現可持續發展，這對于推動森林資源的保護、管理和開發等具有重要意義。

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（責任編輯：張 蓓）

作者簡介 胡顯勇（1989—），男，貴州獨山人，助理工程師，從事森林資源規劃設計調查工作。

收稿日期 2024-04-09