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3S技术在广东省森林资源监测中的应用
刘飞鹏魏安世
（1．广东省林业调查规划院，广东 广州，510500）
摘 要：介绍了3S技术在广东省多项森林资源监测工作（森林资源连续清查、森林资源二类调查、森林资源档案更新、采伐限额检查、林地征占用检查等）中的应用情况。
关键词：遥感 地理信息系统 全球定位系统 森林资源监测
11Application of RS,GIS and GPS Technology on Forest Inventory
in GuangDong Province
Liu Fei-Peng
1Wei An-Shi1
(1．Forestry Surveying and Designing Institute of GuangDong Provice,GuangZhou
510500,GuangDong)Abstract: This Paper introduced Application of RS,GIS and GPS Technology on Several Aspects of Forest Inventory which including Continued Forest Inventory、Forest Management Inventory、Renewal of Forest Files、Inspection of Cutting Quota and taking Forest Land in GuangDong Province.Key words：Remote Sensing, Geographic Information System, Globle Position System, Forestry Inventory
1． 3S技术概述
一般来说，3S技术分为狭义的3S技术和广义的3S技术，狭义的3S技术主要是指遥感（Remote Sensing，RS）技术，地理信息系统（Geographical Information System，GIS）和全球定位系统（Global Positioning System，GPS）三种现代高新技术。而广义的3S技术除包括遥感技术、地理信息系统、全球定位系统外还包括数据库技术、通信技术、网络技术等。随着军事和环境资源研究等方面的需要，3S技术由单一技术发展走向多技术、多学科集成发展、综合应用的趋势。
1.1遥感
从广义上说，遥感泛指从远处探测、感知物体或事物的技术。即不直接接触物体本身，从远处通过仪器（传感器）探测和接收来自目标物体的信息（如电场、磁场、电磁波、地震波等信息），经过信息的传输及其处理分析，识别物体的属性及其分布等特征的技术。通常遥感是指空对地的遥感，即从远离地面的不同工作平台上（如高塔、气球、飞机、火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等）通过传感器，对地球表面的电磁波（辐射）信息进行探测，并经信息的传输、处理和判读分析，对地球的资源与环境进行探测和监测的综合性技术。当前遥感形成了一个从地面到空中，乃至太空，从信息数据收集、处理到判读分析和应用，对全球进行探测和监测的多层次、多视角、多领域的观测体系，成为获取地球资源与环境信息的重要手段。遥感技术应用具有以下特点：①监测范围大，具有综合、宏观的特点；②信息量大，具有手段多，技术先进的特点；③获取信息快，更新周期短，具有动态监测特点。
1.2地理信息系统
地理信息系统简称为GIS，关于它确切的全称，多数人认为是Geographical Information System，也有人认为是Global Information Science（地球信息科学），因此，对于地理信息系统，不同的部门和不同的应用者基于其目的不同，其定义也不尽相同，有点侧重于地理信息系统的技术内涵，有的则是强调地理信息系统的应用功能，综合两者，多数人认为地理信息系统是“由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂和规划的管理问题”。1.3全球定位系统
全球定位系统是指利用人造地球卫星进行点位测量、导航的一种新兴高新技术。现在的全球定位系统主要有美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的全球定位系统（GLONASS）、欧洲空间局的欧洲导航卫星系统（ENSS，即伽利略计划，我国也有参与）。中国的北斗卫星定位导航系统，到2008年将建成在中国及周边国家运行的区域定位导航系统，到2020年左右将建成覆盖全球的定位导航系统。
2． 3S技术在广东省森林资源监测中的应用
2.1森林资源连续清查
为提高各类土地利用类型、沙化土地、石漠化土地和湿地资源面积的监测精度，满足森林资源连续清查制图需要，为逐步建立森林资源综合监测体系做准备。根据国家林业局要求，从森林资源连续清查第五次复查，应用双重分层抽样方法进行调查，即在进行地面样地调查的同时，在卫星影像图上布设遥感判读样地进行调查。3S技术的应用大力推进了森林资源连续清查的技术进步，将3S技术（遥感、地理信息系统、全球定位系统）、数据库技术、计算机网络技术作为国家森林资源连续清查体系的重要内容同步安排，同步实施，提高了连清样地复查工作效率及调查精度。
2002年，广东省森林资源连续清查第五次复查增加了遥感调查，采用人工目视判读的方法，以样地为单位进行判读。遥感判读样地数量为地面固定样地的8-16倍，2002年利用GIS在全省布设了44 562个遥感判读样地，在TM影像图上进行了地类、优势树种、郁闭度、沙化土地类型、湿地类型等因子的判读。样地判读范围是以公里网交叉点为中心3×3像素(地面90×90 m)，即0.81 hm2。
2.2森林资源二类调查
全省第三次森林资源二类调查在调查手段上全面应用了“3S”（RS、GIS、GPS）技术。RS技术，即使用卫星遥感图像进行林地地籍小班勾绘及部分小班因子判读。本期二类调查采用法国SPOT5、空间分辨率达2.5米的高分辨率多光谱卫星遥感数据，经计算机图像增强处理，提高了小班界线勾绘的准确度；GIS技术，即把勾绘的小班界线清绘后，进行扫描数字化，利用GIS自动求算小班面积，使面积的求算工作更快捷、更准确。利用GIS布设各县蓄积量总体抽样调查控制点。利用GIS制作各种专题图件（如各市县遥感影像图、森林分布图、生态功能等级分布图等）；GPS技术，即利用全球卫星定位系统对各县蓄积量总体抽样调查控制点进行定位，以便下期复位。
通过“3S”技术的集成应用，实现了对面积的计算机自动求算、统计分析、成图一体化。大大提高了工作效率和成果精度，并建立了全省的遥感影像、地理信息、林业专题空间信息及属性信息数据库，为后续各项林业工作打下坚实的基础。
2.3森林资源档案更新
上个森林经理期，广东省森林资源公告数据是基于森林资源档案更新工作的，由于各基层林业部门的档案更新数据的不准确，导致由基层档案汇总而来的全省森林资源数据同实际偏差较大的结果在所难免。
在2005年全省第三次森林资源二类调查本底调查结束之后，如何有效地进行每年度的森林资源监测及档案更新是迫在眉睫的问题。2006年，全省第一次应用3S技术进行了森林资源档案更新，为保障全省每年接收一次遥感影像，所以，遥感信息源采用中分辨率遥感影像（如Landsat TM5、CBERS、IRS-P6、SPOT2/
4、ASTER等）。通过两年度遥感图像的纠正、增强、植被变化信息分析、提取，结合上年度的森林资源地籍小班信息，可将发生突变的小（细）班提取出来，各县、区林业局（场）利用通过遥感信息检测出来的突变小（细）班，输入台帐，即生成新一年度的森林资源档案数据库。通过2006年实践检验，利用3S技术进行每年度的落实到小（细）班的森林资源监测与档案更新是可行的，不仅消除了传统更新方法的人为主观性，而且提高了更新的准确性及精度，还可以提供每年度的森林资源地籍小班空间及属性数据库。
2.4采伐限额检查与林地征占用检查
近几年，全省森林采伐限额检查与林地征占用检查均采用遥感资料结合GPS的方法，提高了检查效率和精度。在室内先利用遥感卫片有针对性地所有采伐迹地或被占用的林地进行分析，然后抽取受检单位，对照林木采伐许可证或年度森林资源地籍小班资料，很容易发现无证伐区或被非法占用的林地，这是野外踏查所无法比拟的。
但是，利用遥感数据辅助进行采伐限额检查也有其局限性，一是对采伐强度较低的伐区可能不敏感，对于主伐采伐强度一般大于40%的伐区，识别效果很好，但对抚育伐或渐伐的伐区效果不太理想；二是由于受卫片时相的局限，卫片反映的采伐迹地或被占用的林地与调查年度的起止时间不完全一致，这样就造成部分无证伐区或非法占用林地无法在卫片上识别出来，但这只是一小部分。由于目前的遥感技术迅猛发展，各种各样的遥感数据源不断涌现，遥感图像处理技术不断发展，我们有理由相信，今后遥感信息的快速获取、处理、分析将会达到准实时或实时。
2.5其它专项调查
借助于历史遥感信息及GPS精确定位，可以对森林案件进行面积测定，利用3S技术能克服传统方法的缺陷，提高森林案件面积测定精度及准确性，对毁林者毁林情况鉴定准确，法院可准确量刑。遥感影像分辨率越高，则鉴定精度越高，反之，精度就低。按目前遥感影像分辨率，利用3S技术对森林刑事案例进行面积测定，完全可满足鉴定精度。
目前，湿地属于林业部门主管，湿地资源越来越被社会各界广泛关注。广州市林业局于2006年组织了相关技术人员对全市进行了一次湿地资源本底调查，本次调查以2002年11月SPOT5高空间分辨率遥感影像为基础资料，在对遥感影像进行正射纠正、融合、增强等处理的基础上，以计算机图像目视解译为主，利用GPS进行重点实地调查并收集相关历史资料、图件（植被资料、红树林湿地调查资料、湿地野生动物资料、湿地生态环境资料、湿地社会经济状况资料等）进行分析研究，拟订湿地分类系统。然后进行图像处理和初步解译，建立影像解译标志，进行详细解译和精确勾绘湿地类型图斑，在SPOT5卫星影像上精确勾绘之后，再用2005年11月Landsat TM卫星影像将变化的湿地进行修正，经野外重点调查验证，补充修改后，在GIS软件支持下，建立广州市湿地资源空间数据库及属性数据库，进行图斑面积分类量算及统计，使用计算机编制了广州市湿地分布图。采用Visual C#.Net + ArcGIS Engine +Acce2003为开发工具。开发了简单、易用的广州市湿地资源管理信息系统，便于今后广州市湿地工作的管理。
3．3S技术应用前景
3.1 制定林业信息化标准与规范，建立林业空间数据库 50多年以来，全省各级森林资源管理部门积累了大量的调查数据，包括多时相、多来源、海量的基础地理信息数据（多比例尺栅格和矢量地形图、覆盖全省的多期、多源遥感卫星影像、数字地面模型等）、森林资源与生态状况调查数据（一类、二类、三类调查）、多媒体资料、各种数表模型、计算公式等，形成多种形式、持续动态变化的调查数据集，是一笔宝贵的数据资源。但是，由于没有按统一标准建库，目前的数据管理仍停留在单机文件的管理模式上，相对比较粗放，阻碍了森林资源管理水平和工作效率的提高；因此，如何有效、安全、可靠的存储、管理、应用好这笔数据资源，提高林业资源管理水平，促进林业信息化建设，已经成为一个迫切需要解决的问题。制定全省森林资源与生态状况地理信息数据建库标准，无疑是解决这一问题的必要前提。
3.2 开发省、市、县森林资源与生态状况信息管理系统
组织技术力量研究、开发基于数据库技术、先进组件技术、网络技术、先进系统结构的省、市、县各级森林资源空间数据库管理信息系统，实现森林资源数据快速、动态、科学有效的管理。为各级林业管理和生产部门提供统一操作平台。
3.3 紧密结合实际工作，加强林业遥感定量估测研究
目前，林业遥感定量估测研究还有很多方面值得去做，如落实到小、细班的蓄积量、生物量遥感估测、基于结构信息提高遥感影像分类精度、各种调查因子的遥感反演模型及评价方法等，相关的科研成果也比较多，但和林业实际生产工作还有一定距离，应该注重实用性研究。
3.4 加强移动GIS、GPS与无线网络通迅集成的开发与应用
近几年，移动GIS、实时差分GPS、无线网络通迅技术迅速发展，这些技术的发展大大促进了森林资源监测手段的提高乃至对传统调查手段的革新，因此，应加强移动GIS、GPS与无线网络通迅集成的开发与应用研究，实现森林资源监测的数字化、无纸化。
3.5 开发基于“3S”的森林资源与生态状况动态监测系统
本底调查只能提供一次成果，但森林资源是动态变化的，需要开发基于“3S”的森林资源与生态状况动态监测系统，以向政府和社会提供每年度的森林资源与生态状况动态情况。
参考文献: 〔1〕 林寿明，魏安世.广东森林资源空间数据库管理信息系统设计与建设思路[J] 广东林业科技,2006，(3).〔2〕 余松柏,魏安世,张少根.3S技术在森林案例鉴定中的应用[J] 中南林业调查规划,2003,(4).〔3〕 叶荣华,孙向然,魏建祥等.应用遥感、GPS技术进行采伐限额执行情况检查[J] 林业资源管理，2002，（1）.〔4〕 魏安世,李伟，陈鑫等.基于ArcGIS Engine的森林资源管理信息系统设计与开发 [J] 广东林业科技.2006，（2）.〔5〕 王琪，张雄，魏安世.粤东森林防火地理信息系统设计与开发 [J] 中南林业调查规划.2006，（2）.〔6〕 广东省森林资源与生态状况调查操作细则。广东省林业调查规划院内部资料.作者:刘飞鹏（1976-），男，广东台山人，从事森林资源监测工作。电话:020-87713521 *** 联系地址:广州市广园东路2001号 广东省林业调查规划院 邮编:510500
