“3S”技术在广西国有东门林场森林资源规划设计调查中的应用初探

文泽茂 张朋贵 唐华

摘要：森林资源规划设计调查是以国有林场为单位，以清查区域内森林资源动态变化，确定经营成果为目的的活动，能够为基层单位编制森林经营方案、编制采伐限额提供依据。但是，传统调查方法效率低、耗时长，不适宜精准林业建设需求，利用新技术开展调查势在必行。基于此，本文简要探讨森林资源规划设计调查“3S”技术，对总体蓄积量调查、小班区划调查、制作专题图予以分析，并探究“3S”技术应用效果，以期为相关工作者提供参考。

关键词：广西国有东门林场；“3S”技术；森林资源规划；设计调查

广西国有东门林场处于广西南部，是亚洲最大桉树基因库，素有“中国桉树看广西，广西桉树出东门”之美誉。林场总经营面积4.37万hm2，森林蓄积量260万m?，每年可采伐木材30万m?。为优化林场经营管理，需立足于森林资源规划调查更新资源档案，实施森林资源资产化管理与生态效益补偿，制定科学林业发展规划。而在森林资源调查中，考虑其多分布于山区，存在交通不便、地形复杂的问题，传统调查方法效果低、花费时间长，可采取“3S”技术，提高调查工作效率及质量。

1 森林资源规划设计调查“3S”技术

1.1 遥感技术（RS）

RS技术是从外层空间或高空接收地球表层地物电磁波信息，通过摄影、扫描、传输、处理等方法，对地表现象及地物开展远距离测控识别的技术。该技术能够观测预报气象气候、监测环境质量、调查森林资源、预测病虫害、估测作物产量等，反映水体灰阶、色调、纹理、形态等特征，结合影像特征识别浓度、面积等[1]。RS技术能够用于环境监测、国防军事、测绘地图、农业生产等行业，具有动态反映地物变化、探测范围广、综合性数据获取等特点。

1.2 地理信息系统（GIS）

GIS是管理地理信息的专业软件系统，不仅能分级分层、分门别类管理地理信息，将其重组分析、组合分析等，还能更新、输出、查询与检索。该技术具备“可视化”功能，利用屏幕将信息展现于遥感影像上，作为信息可视化工具，直观展现信息规律，也能动态监测“信息”变化[2]。可见，GIS拥有数据输入、编辑、预处理、检索、查询、存储、更新等功能，是信息“大管家”，由分析应用模型界面、空间数据库、系统软件构成，多用于生态规划、精确农业、数据库建立、区域规划等方面。

1.3 全球定位系统（GPS）

GPS的核心是位于两万里高空的卫星，可在地球任何地方、任何时间精准检测用户所需的时间、速度、位置等信息，多用于森林资源测量、农业测量、渔业资源测量等，保证空间定位精准度。该技术具有不受天气影响、全球覆盖、定时定速精准度高、可移动定位、多功能、高效率特点。

2 森林资源规划设计调查中“3S”技术的应用

2.1 调查要求

东门林场森林资源调查中，要求在原有林地系统上，核对境界线，对原区划不合理或是产生变化的地方重新调整，对于场外造林以分场为单位开展调查；调查林地不同类型的面积；调查有关森林资源的生态环境及自然地理因素；调查各类林木、森林蓄积；调查森林经营条件、措施及成效；调查森林消耗量与生长量。根据《森林资源规划设计调查主要技术规定》，确定商品林小班调查允许误差是A等级，总体蓄积量抽样精度90%，生态公益林小班允许误差B等级[3]。

2.2 总体蓄积量调查

2.2.1 总体样本单元

东门林场在总体蓄積量调查中，抽样总体为总面积，采取系统抽样方法控制调查精度，样本单元数量公式如下：

其中，t是可靠性指标，95%可靠性时取值1.96；n是样本单元数；E是蓄积量允许相对误差；C是蓄积量每公顷变动系数。N值通常增加安全系数10%～20%，结合以往东门林场调查数据，确定蓄积量每公顷标准差110.1，变动系数0.82，相对误差在10%以下，增加安全系数10%，则样本数量是283。

2.2.2 布设样点

基于GPS与GIS的样点布设，需确定样点距离，公式如下：

其中，A是总体面积；L是样点间距；n是样本数。通过计算确定距离，取整数200 m。在布点过程中，采取公里网加密阀，按照200 m×200 m间距，布设287个样地，将其编号，采取arcgis软件布点，借助arcmap添加东门林场地质地形图进行配准，进而添加林班边界矢量图、林场边界及287电子样点坐标，利用XY数据将其转化为图层点对象，导出地图，部分点位布置见图1。

2.2.3 样点定位

样点定位中，采取GPS导航法，确定样点地面，借助地形图坐标计算高斯平面直角纵坐标与横坐标，考虑公里网横线有Y坐标、纵线有X坐标，可直接根据已知坐标查定、计算位置点距离[4]。例如，公里网线交叉点在地形图上坐标（2707000，36640000），结合样点间距，沿交叉点水平方向，右侧200 m将有样点，其坐标是（2707000，36640200）。考虑GPS坐标格式为经纬度，样点坐标计算为高斯平面直角坐标，需对其进行转换，使其根据高斯平面直角坐标构建航点。在输入参数时，输入南北偏移量0 m，东西偏移量

500 000 m，投影比例1，中央经线108°。

坐标系统转换方面，将WGS84转换成东门林场坐标，采取平移三参数方法，步骤如下：

（1）arcmap地形图上，4个公里网线交叉点作为控制点，配准东门林场坐标系，构建土层计算特征点经纬度、海拔等。

（2）按照海拔、经纬度坐标，以下列公式确定东门林场空间直角坐标，公式如下：

其中，a是东门林场地球椭球长半径；H0是坐标系海拔；L0是坐标系经度；B0是坐标系纬度；e2是地球椭球扁率。

（3）实地寻找东门林场特征点，利用GPS接收机确定经纬度坐标、海拔，将其在地形图上矢量标注出来，进而计算WGS84直角坐标。

（4）根据WGS84直角坐标，减去东门林场三维直角坐标，获得三组平移参数，△X、△Z、△Y。

在GPS导航上存点，将样地高斯投影坐标录入其中，使用地图导航，确定实地样地位置。

2.2.4 调查样点

在调查样点中，以样点为核心，对树种开展角规控制检尺寸，角规系数取1，周围树种选择3～5个平均木，利用激光测高器确定树高，以标准表确定形高，以角规控制检尺确定每公顷断面积，与形高相乘确定蓄积量[5]。

2.3 小班区划调查

东门林场采取小班、林班、林场规划系统，基于“3S”技术获取卫星图像，判读区划小班，结合小班划分依据重新勾绘。

2.3.1 卫星图像获取

东门林场使用卫图助手，根据标准图1∶1比例获取高斯投影卫星图像，分辨率1 m以内。在卫星影像图内输入平移三参数，获得林场坐标高斯投影。

2.3.2 目视解译标志

目的是为小班区划目视解译提供标准、统一的判读依据，结合东门林场卫星图森林分布、地种类特点，选择代表性地段，结合GPS导航与微信图像实地对照考察。以此构建不同年龄组、树种组、郁闭度、土地种类的解译标志，填写解译标志表，描述地块形状、纹理、颜色、图形等特征。之后，利用arcmap添加东门林场卫星影像图与高斯投影配准，做好林班矢量图与格栅地形图层，通过“数据—导出”方式，命名成“小班面图层”添加至地图窗口，编辑小班面图层。此过程中，安排专人结合卫星图纹理、颜色、图案、形状等特征，结合目视解译标志，明确小班划分方案。

2.3.3 计算小班面积

在arcmap布局中，做好版面及页面设置，导出地形图后，手持外业工作图，借助GPS定位进入现场开展实地验证，确定小班区划判读正确性，进而重绘小班。而计算小班面积中，以往采取求积仪法或透明方格点数法。东门林场可使用arcmap系统软件计算，步骤如下。

（1）在arcmap内添加小班图层、栅格地形图，编辑小班图层，利用编辑工具的裁剪面工具、整形要素、编辑折点切割小班或改变其形状，进而合并操作，保证小班边界符合外业验证结果。

（2）检查重叠缝隙，由于相邻小班可能有缝隙或重叠区域。如果有缝隙将漏算面积，减少森林资源量；如果有重叠将会重复计算，导致面积结果较大。所以，拓扑检查小班图层，检查是否有缝隙或重叠做好处理工作。

（3）小班面积计算时，打开图层属性表，将面积字段添加其中，设置字段数据类型开展几何计算，以公顷为单位，获得小班面积。

（4）控制面积平差，比较相同林班内控制面积与统计面积，如果两者相同，则认可小班面积，相对误差＜1%需面积控制平差，将每个小班面积与平差系数相乘，获得平差面积。

2.4 制作专题图

在专题图制作中，利用arcgis软件，绘制林相图、林班图、基本图、森林分布图等，为森林资源规划设计提供依据。以基本图为例，包括林场、林班、小班线图层，步骤如下。

（1）构建栅格地形图与林班、小班、林场线图层。

（2）在地图内点击添加按钮，将所有基本图层添加其中，按照点、线、面、底进行排序。

（3）设置小版面土层、填充颜色、轮廓线颜色等，做好标注工作，包括林班面积、林班号、林场名称、树种、小班号、造林年度、面积等。对于农地、无立木林地、宜林荒地及其他土地，仅标记土地种类、小班号、小班面积即可。

（4）剪裁区域制作，描绘地形图内轮廓，填充颜色和轮廓线设置为无色，选择空白内轮廓，点击数据框，启用剪裁选定内轮廓裁切。

（5）布局视图制作，点击数据框菜单，用左键向下拉至新建数据框，取消图层地图可视性，选择新框图，设置1∶10000比例尺，检查林场、林班、小班境界线吻合性，不吻合需要重新调整比例尺。

（6）插入图衔落款、图头名称、指北针及比例尺，另存地图文件。

3 森林资源规划设计调查中“3S”技术的应用效果

3.1 提高工作效率

在东门林场抽样调查中，采取GIS技术布设样点，利用arcgis软件制作，与传统手工布点相比，样点分布更整洁、美观、规范、准确，缩短布点时间，有效提高工作效率。并且，在样点定位时使用GPS技术，相比传统目视定位，考察调查人员判图、视图能力，容易出现周围地貌地物不显著，导致定位样地误差较大情况。GPS导航定位有效弥补目视定位不足，观测时间短、精确度高、操作便利。特别是GPS导航接收机，良好环境下单点单机定位精度优于10 m，且可以免费使用卫星信号，准确性、先进性较强。但是，GPS导航定位时，普通GPS电池续航不足，且受茂密森林影响，接收信号较弱，不如无立木和空旷宜林地。为此，GPS接收机需配置大容量锂电池，选用测地形接收系统，与移动站、基准站构成PTK模式，以载波相位差分技术定位，控制误差＜1 m。

3.2 增强数据精准度

在东门林场中，调查小班298个，综合应用“3S”技术，以卫星影像图与1∶10000地形图叠合完成小区规划，实地验证区划准确无误，正确率97.5%，符合林业生产需求。传统小班区划中，采取地形图勾绘小班或边界，受限于森林资源以山区为主，地形复杂、交通不便、气候恶劣，调查难度高，为保证小班区划准确，要求人员体力充沛、经验丰富、技术过硬。但是，部分人员缺乏工作经验，面对复杂地形可能看错位置，无法寻找开阔视野观察点，降低勾绘小班效率与质量。在“3S”技术应用下，采取卫星影像图与地形图叠加，目视解译小班区划，有效缩短工作时间。

而相比无人机摄像方面，其具有以下优点。一是成本低，“3S”技术可直接利用软件获取卫星影像图。而固定翼无人机影像处理软件、相机、硬件、人员培训费用高达10 000～2 000 000元。二是使用便利，部分地区未开放低空管制，操作无人机需要报备手续，遇到大风与阴雨天气无法飞行，而利用“3S”技术则无此顾虑。三是技术操作门槛低，卫星影像图与地形图叠加操作便利，人员可独立完成。操作无人机对人员要求高，需要2～3个人员经过专门培训。

4 结语

森林资源规划设计调查目的是清查林木、林地、森林资源数量、种类及质量分布，对林业发展规划制定、森林资源管理具有重要意义。但是，以往森林资源调查效率低、周期长，卡、表、图分离，无法及时更新数据。因此，广西国有东门林场森林资源规划设计调查中，应按照调查需求，合理应用RS、GPS、GIS技术，准确掌握森林总蓄积量、小班区划等情况，有效提高管理水平。

参考文献

[1] 赖宇燕.3S技术在森林资源规划设计调查中的应用[J].林业科技情报，2022，54（2）：81-83.

[2] 李博，周先进.3S技术在重庆市荣昌区森林资源管理“一张图”年度更新中的应用[J].南方农业，2022，16（8）：107-110.

[3] 廖运武.林业调查规劃设计中“3S”技术的实际应用[J].中国林副特产，2021（3）：102-104.

[4] 施光正，蒋建辉，杨峰.奥维互动地图在森林资源三类调查项目中的运用[J].内蒙古林业调查设计，2020，43（5）：77-79.

[5] 朱慧英.“3S”技术下的祁连山自然保护区森林资源调查探究[J].绿色科技，2020（9）：134-135.