3S技术在森林资源规划设计调查中的应用

       1 “3S”技术简介
　　“3S”技术是全球卫星定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和遥感信息技术（RS）的简称。“3S”技术是近年来迅速发展起来的一种空间信息获取和分析处理的综合技术，它与空间、电子、光学、地理学、地图学以及信息与计算机科学等一切处理和分析空间数据有关的科学有着密切的联系。目前在林业工作中应用越来越广泛，成为动态掌握森林资源状况、进行林业勘察设计的关键技术。
　　2 森林资源二类调查概况
　　森林资源规划设计调查（简称二类调查）是各级政府的法定职责。以国有林业局、林场、自然保护区、森林公园或县级行政区域为调查单位，为满足编制森林经营方案、总体设计、林业区划与规划设计和森林资源档案管理的需要所开展的森林资源调查。其成果是制定区域国民经济发展规划和林业发展规划，实行森林生态效益补偿和森林资源资产化管理，指导和规范森林经营单位科学经营森林的重要依据。
　　二类调查的任务是查清森林、林地和林木资源的种类、数量、质量和分布，结合调查区域自然、社会经济条件，综合分析和评价森林资源及其经营管理现状，提出对森林资源培育、保护和利用意见；根据需要对湿地、森林更新、森林健康、土地退化等资源内容进行调查；为搭建数字林业平台、促进林业可持续发展提供支撑。
　　3 “3S”技术在森林资源二类调查中的应用
　　3.1 主要技术方法
　　用ERDAS IMAGINE软件对SOPT5遥感数据进行处理，用ER MAPPER软件纠正扫描图面资料，并叠加基础地理信息作为主要信息源；用Ar-cView GIS软件建立小班空间图形数据库和小班调查因子属性数据库；通过分层抽样调查，建立多元蓄积回归模型定量估测小班蓄积；利用Visual B计算机语言、Visual Foxpro数据库软件和GIS软件建立森林资源管理信息系统，实现空间数据和属性数据编辑、查询、显示、演示、更新、统计分析、图表输出等智能化管理[1]。
　　3.2 工作流程
　　3.2.1 SOPT5遥感数据处理
　　遥感数据处理的目的是通过各种计算分析，把影像上的数据信息转化为森林资源林分特征的光谱反映，从而输出高质量的影像，提供准确信息，为人机交互判读解译提供可靠依据。处理过程为选择信息源、波段选择、正射纠正、波段组合、图像增强拉伸变换、彩色合成。
　　3.2.2 信息提取
　　以ArcView GIS软件为平台，在处理好的遥感影像上，采用人机交互式目视判读解译方式，在1∶5 000比例尺下，按照小班区划原则进行小班区划，建立小班空间图形数据库，并从影像上提取小班属性因子。
　　3.2.3 现地调查
　　主要包括现地核实、现地验证、总体蓄积控制样地调查。现地核实是有针对性地对判读解译有疑问的小班用GPS定位进行现地核实；现地验证是采用典型抽样方法选择部分小班进行现地验证，验证小班数依据地类和树种（组）判读面积按比例进行分配，每个类型不少于10个小班，总数不少于全县总小班数的5%[2]；总体蓄积控制样地调查：以调查县为总体进行总体蓄积控制抽样，抽样采用系统抽样进行，总体抽样控制精度根据调查等级“C”级80%确定[3]，样地调查采用GPS定位每木检尺调查方法进行。
　　3.2.4 蓄积回归模型建立
　　按照树种组（针叶、栎类、软阔、硬阔）、龄组（幼、中、近成过）和郁闭度（疏、中、密）三个主要因子，用分层抽样的方法抽取蓄积回归调查样地，用GPS进行样地定位调查，建立单位面积蓄积与遥感因子、地理环境因子、林分判读因子之间的多元回归模型，定量估测小班蓄积量。并实地调查一定数量的有蓄积小班蓄积量进行回归模型验证。
　　3.2.5 数据处理
　　空间图形数据处理利用Arc/info图形编辑功能进行图形编辑，修正错误接线，建立拓扑关系，形成面域，求算面积；属性数据处理在Visual Foxpro数据库软件的支持下，（www.nczfj.com）借助Visual B计算机语言对小班属性数据进行逻辑检查、修改，生成小班属性数据库。
　　3.2.6 蓄积估测
　　按照建立的蓄积多元回归模型，对有蓄积小班进行蓄积量估测，并通过总体蓄积控制样地进行总蓄积量控制。估测出的小班蓄积量，自动输入小班属性数据库。
　　3.2.7 系统建立
　　利用Visual B计算机语言和GIS软件建立森林资源信息管理系统，系统化和模块化管理小班空间图形数据库和小班属性数据库，实现数据组织处理、信息管理查询、结果汇总统计、成果演示输出打印等。
　　4 “3S”技术的优势
　　“3S”技术的二类调查与传统二类调查相比，用时短、效率高、节省经费，并提高了调查精度和成果质量，实现了调查成果的数字化和可视化管理。具体表现为：
　　（1）简化了操作程序，外业调绘阶段只需勾绘一次即可，不用重复转绘。利用 GIS 量算面积，可一次性获得图斑的最终面积和调查区域的总面积。克服了常规方法繁杂的手工操作，极大地节省了人力物力，提高了工作效率。蓄积量调查时，只需根据小班属性表的内容筛选出有蓄积的地块，根据坐标用 GPS 就可以直接到现地调查，建立调查蓄积量与遥感因子、地理环境因子、林分因子之间的多元回归模型，估测小班蓄积量。出成果图和统计表可以利用 GIS 软件很轻易地完成，极大提高工作效率，减少工作时间，节省调查费用。
　　（2）提高了调查精度，减少了引入误差的机会。外业调绘只需勾绘一次即可，避免了多次转绘中误差的引入。用 GPS 对内业区划结果进行验证，直接获得的是地物的绝对坐标，点与点之间各自独立测定，互不影响，而且误差不会积累，使地物界线的位置十分准确，提高了区划精度。采用全数字作业，提高了运算精度。用“3S”技术调查时，构成每个图斑的“角点”都是以坐标值的形式存储其位置，图斑的面积是直接根据各角点的坐标值计算获得的，因而不含任何量算误差。
　　（3）利用软件可方便、快速、精确、自动地完成成果图件制作，免除了常规方法的繁杂手工劳动，而且便于成果修改与更新，可以在电脑上很方便地进行可视化管理，并以各种需要的形式形成统计表并且打印输出，提高了成果的质量。
　　5 “3S”技术在林业生产中的前景展望
　　“3S”技术的发展，为林业现代化和科技化描绘出一幅宏伟的蓝图，采用当今最先进的技术手段，进行全新概念的数据采集和数据更新方法，从 RS 技术中获取多时相的遥感信息，由 GPS 定位和导航，进入GIS 进行数据综合分析处理，提供动态的资源数据和丰富的图文数表，最终提出决策实施方案。在技术上可以说是跨时段的、从天空到地表的多维“立体林业”，逐步替代传统的调查、规划、监测和管理手段，使林业行业由单一粗放的经营管理模式迈上多元化、现代化、国际化的建设发展道路。
　　参考文献：
　　[1]姜英，李潭宝.重点地区沙化土地地理信息系统（GIS）的建立[J].水土保持学报，2002，16（4）：141-143.
　　[2]国家林业局.森林资源规划设计调查主要技术规定[Z].2003.
　　[3]周维禄，苏百牛.“3S”技术在森林资源规划设计调查中的应用[J].甘肃林业，2013（2）.
　　作者简介：
　　潘雨，男，玉林市林业勘测设计院助理工程师。