“3S”技术在森林资源调查规划中的应用分析

赵兴强 梁丽华

（广西壮族自治区国有东门林场，广西 扶绥 532199）

森林资源调查规划设计从本质上讲属于林业基础性工作，主要利用技术手段对森林资源生长情况、病虫害发生情况等进行统计，对各类信息进行采集，最终整合成原始数据资料。但目前部分地区林业部门资源调查规划设计不够充分，尤其是“3S”技术的使用率不足，调查工作滞后、拖拉，科技水平低，数据信息可分享性和及时性不足，数据统计不够严谨，地面调查数据更新速度慢，工作效率不高。从这一层面来讲，“3S”技术的普及和广泛应用对推动森林资源调查规划工作具有重要作用。

1 广西壮族自治区国有东门林场基本介绍

广西国有东门林场始建于1965年，属于直属大型国有林场，位于广西壮族自治区西南部，是目前亚洲最大的桉树基因库，经营总面积4.37 万hm2，资产总额超14 亿元。广西壮族自治区国有东门林场经营以土地开发、良种苗木、林下经济、速丰林种植为主，截至2020年森林蓄积总量已超过260万m3，被评为全国林业先进集体，并获得生态建设突出贡献奖。但在当前也出现了一些森林资源发展问题，如林地被侵占严重，林地生产力难以充分发挥，树种结构不够合理，森林保护管理工作难以深入落实，林木盗伐问题严重，大径材资源逐年降低等。如何从宏观层面，全面掌控广西壮族自治区国有东门林场的植被覆盖情况、树种情况、森林资源多样性情况和盗伐情况显得尤为重要［1］。因此，笔者认为，相关部门和技术人员应重视森林资源调查规划工作，从预设、预想、预警3 个方向，利用信息化电子设备，加强林地资源保护力度，调整林业结构，提升“3S”技术的使用覆盖率，做好林业资源信息采集工作，为后续森林资源调查规划提供实时、准确的数据。

2 “3S”技术的基本介绍

“3S”技术即全球定位系统、遥感技术、地理信息系统［2］。“3S”技术中全球定位系统（GPS）诞生于20 世纪70年代，总的来讲可以分为3 个方面［3-4］，即空间星座+用户设备+地面控制，因此可以实现海、陆、空全方位监测和观察，满足现代化军事、工业、建筑、农业的实际发展需要，突出导航和定位功能的实用性和实效性。GPS在森林资源调查工作中具有明显的技术优势，能够从点、线、面等多种维度，全方位观察被监测者。遥感技术（RS）主要是通过电磁波信息从高空接收来自地表的信息，并对该种电磁波信息进行扫描或摄影处理。因此该技术应用十分广泛，在森林资源调查过程中可以应用到病虫害预测、植被资源和种类调查、气候气象预测、气象灾害预警等方面。地理信息系统（GIS）在我国兴起时间较晚，但应用性极强，融合了计算机科学、电子信息技术、几何学、传媒学等多种学科，能够有机融合图文信息，并将结果实时传递给监测人员和技术人员，应用效果明显。可以有效降低林业资源经费支出水平，节省调查经费，利用GIS技术整理业内工作，开展图表交互式统计，制出林业专题图（林相图），提升工作效率，更新资源数据，为后续的分析工作打下基础，便于科学决策。

3 森林资源调查规划的基本作用

“3S”技术集成计算机技术、卫星定位技术、空间技术、导航技术、通信技术、传感器技术等，对数据信息进行采集。利用“3S”技术，可以让技术人员和信息采集人员利用信息化手段，降低工作难度并提升数据获得、数据整理、资源规划的全面性和科学性，有效保护森林资源，夯实林业生产建设，平衡生态效益和经济效益之间的关系，在保护农户权益的同时，避免广西壮族自治区国有东门林场（森林）资源受到不法侵害。具体体现在以下几方面。

第一，凸显工作任务和内容，有效收集树木的种类，有利于进行科学指导，明确森林资源区域，提升保护方案的针对性。第二，提升信息化技术应用效率，关注林业生产建设的重点和关键点，实时监测林业资源的变化量，对生产建设和规划的科学性、效率性进行评估和分析，提升实质性成效。第三，有效提高调查规划设计部门的工作能力和技术运用能力，做好规划设计，在实践活动中提高应用水平，提升基层人员和部门的综合素养。第四，降低经费支出水平，过去森林资源图形绘制周期较长，一般以人力资源绘制为主要工作方式，绘制流程繁杂，基本绘制时间在7 d 左右，内业整理工作需经过“草图勾绘—描色—整理—统计—分析”等程序，即使运用到计算机，也只是在数据加和计算方面、数据统计方面、表格制作方面发挥其“用武之地”。如果将“3S”技术应用其中，利用“GIS+计算机软件程序”，可绘制出各种林业专题图，在降低图像制作费用的同时，得出更加优质和准确的造林规划图、资源分布图等，借助科学技术，实现林业资源规划的信息化和智能化［3］。

4 “3S”技术手段在森林资源调查规划中的具体应用

4.1 GPS技术的应用

在森林资源规划调查工作中，调查重点是个别树种和成片林［5］。利用GPS 技术，第一，可以监测动态测绘点，围绕调查对象作出实时测绘，及时掌握其变动情况，随时随地进行工作。第二，利用卫星信号进行监测，受到气候变化和天气影响的概率较小，不容易被外界干扰。第三，可将动态监测和静态监测相结合［6］。例如，在调研成片林时，由于林区的覆盖面积较广，采集数据轨迹范围难度大，不适宜小班作业。利用GPS系统，在调研检测前标记网格点，确定监测点（调查点）在地形图中的具体位置，并且将该位置上传至系统中，以监测点（调查点）为圆心画圆，确定圆形调查范围。这一操作环节，可大大降低人工排查和监测的时间，避免受到天气影响，提高了工作效率和数据的准确度。

在具体的应用中，可以详细分为“现地调查”“模型建立”“数据处理”等环节［7］。其中现地调查是指利用GPS定位系统，有针对性地现地核实，根据典型抽样方法，对树种（组）占地面积、种类、生长情况进行现地验证，抽样控制现地精度，确定出调查等级。在蓄积回归模型建立中，将树种、郁闭度、龄组作为基本参数，确定栎类、硬阔、软阔、针叶、幼龄、中龄、密中疏郁闭情况等基本数据因子，用GPS做样地定位调查，将林分判读因子、遥感因子、单位面积蓄积和地理环境因子构建成多元回归模型，做好回归模型验证，从而定量估测小班蓄积量。在数据处理环节中，利用Visual B计算机语言进行逻辑检查，建立拓扑关系，进行图形编辑，修正数据库的同时改正不正确的接线。

4.2 RS技术的应用

RS 技术是森林资源规划调查中必不可少的一个关键性环节，随着信息技术的不断提升和发展，该技术可与无人机技术相结合，实现技术的创新应用［8］。按照不同的遥感任务，综合利用光谱成像仪、数码相机、合成孔径雷达、红外扫描仪等设备，具有质量轻、性能完备、数字化、精确度高、信息存储量大等特点。在广西壮族自治区国有东门林场的资源管理规划中，利用RS技术可以监测森林生物量、林火、病虫害暴发率、虫灾受损面积等。其中，在调查规划环节，森林资源监测可以获取林地蓄积，利用人力资源获取树高、树种、地块等参数，提升工作效率，让林业调查规划工作变得简单易行。例如，在无人机设备中搭载光谱成像仪、高清摄像机或激光雷达，可以直接获取相应的遥感影像，构建数字高程模型。通过激光雷达点，技术人员可以构建出多期数字表面模型，全面分析森林生长高度和生长空间，提升林地资源调查的工作效率。

在病虫害监测中，可以借助相关设备，通过相关波段监测害虫暴发情况，结合植被指数数据，利用高光谱成像仪、多波段成像传感器等设备，对森林病害、虫害的主要受灾区域和面积进行划分，为后续的农药喷施做好准备。也可以利用监测系统，对病虫害进行技术预警，发出预警提示，为林木健康生长提供保障［9］。在森林火灾监测环节，可以借助无人机技术和RS 技术确定起火点，分析并划分出火灾覆盖范围，探测出受灾面积，提取遥感图像，以火灾图像为基础，构建颜色模型，最终完成火灾识别，识别进度和准备度相比于传统识别方法，可以提升至90%以上。

4.3 GIS技术的应用

GIS 技术从本质上讲属于3S 技术的核心组成部分，利用计算机技术，对前期已经探测和提取到的数据进行分析，应用模型图形，建立空间数据库，完成整个数据分析工作。可以应用于森林资源规划，判定森林资源消长的实时状态，为后续技术人员和管理人员的林业规划工作提供数据和科学指导，提供精准的数据，采集测绘图形，获取森林资源最新信息，从而形成林业特有的信息系统，及时掌握森林分布位置。例如，利用地理信息系统对林地信息进行提取，根据森林分布数据，便于后续进行林冠状态变化统计、生产经营活动合法性分析、火烧迹地信息提取，提升森林资源评价精度和准确度，如图1所示。

图1 基于GIS技术得出的监测区森林分布数据

GIS技术一般与RS技术和GPS技术综合使用，通过小班作业，构建信息系统，利用测绘工具监测控制点的空间数据，之后上传至数据库，全方面地了解到林区资源的具体情况［10］。

林区资源森林规划与调查工作中，3S技术可以帮助相关部门和统计人员对林地面积、土地种类、非林地面积、占用面积、林木蓄积、混交林/防护林/生丰产用材林面/短轮伐期工业原料用材林占比、树龄分布结构、各树种出材率等数据进行整理、分析与对比。应用GPS 导航定位技术，避免传统纸质地形手工布点，在抽样控制调查中，其定位精度高，可提升调查质量，充分发挥信息技术的作用，克服传统地形图定位缺陷与不足，降低定位误差。同时也弥补了当前林业资源调查与规划工作中的不足，对各类信息进行采集，最终整合成原始数据资料，提高数据统计的严谨性和数据信息的可分享性，促使信息技术的普及和使用，提升调查工作的实效性和调查数据的更新速度。图件制作达到了效率高、易于修改、精准统一、美观清晰、整洁规范等特定要求。综合运用“3S”技术，可准确掌握森林资源分布状况，社会应用价值较高，实际工作效益明显。

5 结语

“3S”技术在林区资源森林覆盖率统计、森林资源区域面积、病虫害受灾区域、林火监测工作中具有明显的优势。笔者认为，应该调整林业调查规划工作模式，创新工作方法和思路，加大信息技术的应用范围，提升规划设计工作质量。技术人员和部门管理工作者应该充分掌握信息技术理论，加快信息化建设，通过数据库建设，提升调查规划设计的科学性和可行性。