虚拟森林在林业调查和林权勘界中的应用探讨——以浙江省金华市为例

杨中兴，宋 璐，钱海燕 ，吴秋良，杨福清

(1. 浙江省金华市八婺林业规划设计有限公司，浙江 金华 321000；2. 浙江省金华市婺城区野生动植物保护站，浙江 金华 321000)

1 引言

随着计算机技术的快速发展，虚拟现实技术在众多领域发挥了其独特的优势和应用前景。林业行业也不例外，近年来已经有了初步的应用，并取得了一定的效果。本文就林业调查和林权勘界中应用虚拟森林技术的实践作一简述，以期抛砖引玉，为今后的应用研究提供一些思路与借鉴。

2 虚拟森林的实现

虚拟现实技术(VR)，是利用计算机及其相关软件生成的一个三维空间的虚拟世界，提供使用者在视觉、听觉、触觉等感官的模拟，使其犹如身临其境一般。就目前的虚拟现实应用技术，由于林业资源调查、规划、管理的特殊性，林业行业应用尚未能达到如此阶段，还只能在虚拟视觉的初级阶段——虚拟森林的实现应用。

地理信息系统与遥感技术的发展，使虚拟森林成为可能，其中最主要的是获取视觉的模拟对象——大区域、高精度的遥感彩色图像获取已经成为现实，卫星遥感影像已达到亚米级分辨率，只要气候条件适合，遥感飞机、无人机也已能够快速获取整个县(市)或项目作业区域高分辨彩色航片。虚拟森林不但可以极大的减低森林资源调查人员的工作强度，提高调查的工作效率；而且可以解决调查人员难以看全山林全貌的问题，提高调查成果的质量。

2.1 建立数字地形模型

实现虚拟森林，首先需建立数字地形模型(DEM)。如按县级行政区域建立DEM，目前常用地形图比例尺为1∶10000。利用地理信息系统软件，在数字地形图上提取等高线层，按适当大小分辨率生成DEM数据。建模区域内含有部分平原区，应在平坦区域适当选择一些高程点，与等高线层一起生成DEM数据，使得地形更为逼真。

2.2 获取或处理遥感影像DOM

从省测绘管理部门获取的航空遥感影像，一般都已经处理成DOM，如购买卫星遥感影像，则还需处理为卫片DOM。对于某些特定项目，如采用无人机飞行获取的航片，除必须经过正射投影处理外，还需要进行一些影像拉伸、补偿等简单图像处理操作。正射投影处理时需要用到上述生成的DEM数据，同时注意遥感影像分辨率的大小也要与DEM相匹配，不能过大或过小。

2.3 按作业区生成虚拟森林

在地理信息系统三维环境下使用DEM及相应区域的遥感图像DOM，实现三维虚拟森林，可以进行漫游、旋转、放大、缩小等多种操作，全方位显示真实山林场景。考虑到三维定位问题，按区块在地理信息系统内生成的虚拟森林，再按需要叠加各类图层，如行政区、道路以及其他地名(乡镇、村名)等相关信息。

3 应用实践

建立虚拟森林，一次建成，多次受益。近3年实践中，应用建成的虚拟森林完成了林权勘界和多项林业调查建设项目。

3.1 林权勘界及信息化应用

林权勘界及信息化难点在于林地所有权的空间位置外业定位、权利人边界相互确认、四至勾绘落图、成果签字盖章。虚拟森林技术在金华市婺城区进行了林权勘界及信息化的应用实践，由于金华市婺城区1982年林权初始登记、2006年林权换证，均没有林权证宗地地形图、位置图；30多年岁月变迁，当年熟悉林权界址的村民大多已年高体弱，上山行动已十分困难；山地植被茂密、地形复杂、透视度低、先进测绘仪器使用受到信号限制，测绘定位难度大；旧时界石被茅草树丛掩盖；山林现状变化较大；加上金华市婺城区山区有5个中型水库，移民多、插花山多。按林权证宗地土名、四至重新确认空间位置并予以落图，靠传统人工方法勘界难以生效，虚拟森林技术为林权勘界提供了一条切实可行的技术路线。

针对林权勘界的技术要求和林权管理现状，2015年金华市婺城区采用了虚拟森林在室内组织林地权利人进行指界确权落图。全区共建立了378个村级、18个乡级、1个县级虚拟森林模型，完成了金华市婺城区18567份林权证权属核查与落界，共落界集体林地和国有林地18748宗，面积83280.1 hm2，核实灭失林地314宗，面积1185.9 hm2。制作林权外业勘界书共20591份，并经权利人确认后完成林权落界勾绘底图共383张。实现了全区勘界书、勾绘图经权利人互认签章全覆盖。

金华市婺城区林权勘界及信息化建设采用了虚拟森林室内指界，提高了各权利人的参与度，获得了一套高可信度的权属指界资料。

3.2 二类调查应用

采用虚拟森林区划小班作业，可以进行多角度观察山林，对一些小班区划因子观察更清楚，如地形地貌、林相等比较直观，一目了然。对于某些山区，在虚拟森林上分辨林相、森林植被或地形地貌，甚至比在实地调查更可靠，因为调查人员到达实地，也会因视线被遮挡等因素而见不到小班全局，从而影响其调查的可靠性。

2016年金华市婺城区开展二类森林资源调查，采用虚拟森林林进行二类调查预区划小班54497个，面积139131.4 hm2。具体做法是将二维影像判读区划的矢量数据，加载到虚拟森林空间，直接对区划的地类、权属、小班界线进行验证和纠错，使二类小班预区划成果更加科学、合理。同时利用虚拟森林，小班内任一点的坡度、坡位和高程等自然因子，就可以很方便的计算和表示。

3.3 重点公益林界定及矢量化完善

二类调查涉及公益林调查界定完善。按照二类调查技术规范要求，公益林管理将与二类调查成果实行“一张图”管理。原有公益林区划界定时的一些非林地、经济林、苗圃地等，都需要调整后重新界定、补充相应面积的公益林。

金华市婺城区在新增的209个小班1500.9 hm2公益林界定和全区51358.2 hm2公益林矢量数据完善界定时均采用了虚拟森林林技术。生态公益林管理部门和乡镇林业干部、村干部、村民共同参与，在室内用虚拟森林界定公益林界线，由于不需上山实地确认，极大的提高了工作效率、缩短了时间。而且可以做到相关的几个村同时开展、一次性完成，避免了以往易出现的权属界反复确认的弊端。

3.4 山林纠纷处理

金华市婺城区采用虚拟森林技术直接或配合有关部门、乡镇调处山林权属纠纷43宗、面积144.2 hm2,界定山林纠纷争议山场区域34个，面积257.2 hm2。最为典型案例为金华某靶场与金华市婺城区琅琊镇盛村、汤溪镇陈村等四个村的林地所有权争议案，这是一个30多年的历史积案，争议区域位于四村交界地带，属于低山丘陵交界区域，当年的文字记载较模糊，并且四村林地交错分布，到实地很难进行边界定位落图。应金华市山林办的邀请，2015年11月2日，采用虚拟森林技术在30多人参加的会议室内，完成了4个村与靶场26个小班、争议区域面积113.0 hm2的界定，争议各方达成共识并签字确认，为金华市政府调处该纠纷提供了技术支持和处理依据。

利用虚拟现实森林技术调处纠纷，不受气候、时间影响，不需实地上山，有更直观的真实山林现状视觉效果，权利各方有更多的人参与到纠纷调处工作中，可以充分沟通、解释，证据可以当场互相映证，从而减少外业工作强度、降低外业确认四至难度，十分有利于林权纠纷山场的四至解读，有利于纠纷四至的准确落图，对促进山林纠纷有效调解具有非常实用的现实意义。

3.5 其他应用

2014年以来虚拟森林技术还在征占用林地核查、林地变更调查、林业案件鉴定工作中进行了一些尝试。针对不同工作任务，事前收集最新的遥感影像，利用虚拟现实森林空间进行定位、地类判读、工作路线设计、工作计划安排等。如235国道金华婺城至武义公路使用林地现状调查中就采用了虚拟现实山林技术。金武路全线长20.5 km，涉及2个县4 个乡镇25个行政村，使用林地面积52.3 hm2，由于事前准备充分，2 d就完成了外业勘测调查工作，效率明显提高。

4 讨论

通过3年多的应用实践表明，虚拟森林技术在林业调查、经营管理中具有广阔的应用前景，大有可为，今后经过不断地探索、完善在林业调查资源管理工作中的应用，如林木采伐审批、森林防火指挥、林地承包经营权勘界确认与流转等。

该技术也有一些不利的因素，一是收集处理基础数据较复杂，需要一定的技术水平；二是1∶10000地形图和高分辨航(卫)片都属于机密资料，要妥善保管,也不能网上传输；三是数据量很大，处理设备配置要求较高，任务作业时只能分区域处理；四是具体应用中还需具备相关的专业知识。