“3S”技术在横峰县森林资源管理中的实践应用

李桂林

摘 要 在当前智慧林业发展背景下，“3S”技术的应用在森林资源调查和数据统计中发挥重要作用，有助于林业工作者动态性获取并监测林业资源。阐述森林资源管理和“3S”技术的基本概念与内容，以江西省上饶市横峰县为例，分析“3S”技术在森林资源管理中的应用优势，发现森林资源管理是一种具有组织性、决策性和目的性的活动，应用“3S”技术可实现属性因子与地图调查的互动，自动求算小班面积，实时监测森林状态，便于应急预警，推动森林资源调查项目走深走实。

关键词 森林资源管理;“3S”技术;实践应用;江西省上饶市横峰县

中图分类号：S712;S757 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.16.074

《中国智慧林业发展指导意见》的出台，标志着我国林业已经逐渐步入了“数字林业”和“智慧林业”发展阶段，为新时期林业现代化的实现奠定基础。基于此，文章以“3S”技术为例，分析“3S”技术在森林资源管理中的作用与优势，以此推动林业生产的转型与升级，重塑林业系统管理机制，提高林业协同管理水平。

1 概念解读

1.1 森林资源管理

森林资源管理是一种具有组织性、决策性和目的性的活动[1]。具体是指营林技术人员、外业调查人员按照上级部门的指示要求，对管辖区域内森林资源进行更新、培育、调查、保护、管理、规划和设计，其是衡量林业工作成效最重要的标志，也是林业生产的前提。横峰县森林资源管理的对象主要是县域内的森林环境、林地面积、森林资源质量、森林内野生动物;管理手段为现代化信息系统和信息平台;管理内容主要为横峰县林地林权、采伐消耗、采伐限额、造林更新检查与验收、队伍建设、造林成效评估、森林生长因子、作业设计、林业生产条件、优势树种调查、森林环境评价等。

1.2 “3S”技术

“3S”技术即“地理信息系统+遥感技术+全球定位系统”的总称，将计算机技术、通讯技术相结合对空间信息进行采集、处理，三者在动态分析、信息收集整理更新、信息使用与管理等方面各具优势与特色，是环境科学研究的一个重要发展方向，为森林管理提供科学依据。

2 “3S”技术在森林资源管理中的应用优势

“3S”技术经常与PDA动态导航结合使用，在森林資源管理中发挥出以下优势与作用。

2.1 自动求算小班面积

横峰县森林资源小班调查主要涉及点状小班、线状小班和面状小班这3个方面[2]。在小班区划线闭合后，面状小班自动产生“投影理论面积”，通过PDA编辑工具自动求出该图形所围面积，利用前期应用“3S”技术获得的资料将面积数据代入“属性库”中，如果需要平差，在给出宽度后，系统会自动得出线状面积。而在传统方式中，需求积仪、求算表，携带图板等用具，操作烦琐，平均一个林班用时约30 min，而利用“3S”技术与PDA动态导航相结合用时不到1 min，极大地提升了森林资源调查与管理的工作效率。

2.2 实现属性因子与地图调查的互动

在“3S”技术的应用下，PDA中可直接记载横峰县森林资源林分和散生木的面积及平均直径，采取电子地图与属性因子模版互动模式，双轨制输入调查属性信息，避免传统用小班卡片手工填写，可防止漏项和出错，由地图界面直接进入属性因子界面，之后自动获取小班信息，输入“样地号”登录，可获取GPS实际坐标值。

2.3 实时监测森林状态，便于应急预警

“3S”技术的应用不仅可实现森林资源数据库的一体化查询，保证数据实时更新，还可对森林资源进行动态监测[3]。例如，通过技术分析进行造林规划，优化森林资源整合，提高速生丰产林培育效率，提高造林设计科学性，增强林业设计水平，使封育设计更合理且更易实施。利用“3S”技术可对森林防火观望塔通视性进行分析，技术人员输入实时数据运行模型，实现对森林火险的及时预报，上级指挥部门按火灾状况及时就近调集人员装备，在森林防火扑救指挥系统的调动下进行扑火应急部署。

3 “3S”技术在森林资源管理中的实践应用

横峰县位于上饶市西部，属中亚热带季风湿润气候，整个横峰县境内以低山丘陵为主，土层深厚、肥沃。该县共有山地面积4万余 hm2，且该地区气候温和、四季分明，大于等于10 ℃积温为5 750 ℃，无霜期长，年日照时间1 789.9 h，因此较适合森林资源生长，林业用地约为413万hm2。横峰县林业局根据机构编制设定和实际工作需要，贯彻落实国家、省、市和县有关森林生态环境建设有关政策，在营林生产计划、组织营造林、森林抚育等方面取得突出成就。同时，上饶市横峰县在“十四五”开年，不断响应和贯彻落实“数字林业”政策，通过数字技术促进林长制工作走深做实，致力于实现全县范围网络全覆盖和全县森林资源网格化管理，在现有林地“一张图”基础上，利用“3S”技术使得森林督查更加精准高效，方便快捷地掌控护林员巡山护林信息，实时监测林地生长因子，最终实现“天上看、图上比、地上巡”的工作目标。基于此，文章以森林资源二类调查为例，总结“3S”技术在横峰县林业局森林资源二类调查工作中的应用方法，以此助推各项林业建设。

3.1 调查样点布设

在森林资源二类调查中，外业人员在原有林地区划系统的基础上，对己发生变化或原区划不合理之处进行划分，同时核对森林经营单位境界线，调查各类林地面积，调查与森林资源有关的生态环境因素，计算现实林分森林生长量与消耗量，如果是场外造林，应以分场为单位进行区划调查，调查各类森林、林木蓄积情况。同时，在调查过程中应将总体蓄积量抽样控制精度维持在90%。生态公益林小班允许误差采用等级B，主要调查因子允许误差采用等级A[4]。

在本次横峰县林业局森林资源二类调查工作中，以总面积为抽样总体，对样本单元数进行计算，通过小班平均每公顷蓄积量标准差得到变动系数，之后计算样点距，在万分之一的地形图上按公里网加密法，利用ArcGIS软件完成，添加林场边界，添加4张栅格地形图并完成配准，做好林班边界矢量图层，将电子表（含有287个样点坐标的电子表）中的数据转换为图层中点对象，利用数据显示得到系统抽样样点分布图。在GPS样点定位时，利用地形图上标注的坐标计算样地，利用手持GPS导航方法，测定平面直角横坐标和纵坐标及海拔，采用公里网格加密的方法布设样点，按照布点时计算出的样点间距，按高斯平面直角坐标建立航点，实现GPS接收机坐标系统转换。用GPS接收机进行存点操作，将海拔数据存入GPS接收机内建立航点，之后以样点为中心，用激光测高器测定其树高、每公顷蓄积量。

3.2 二类调查小班区划

在本次调查中采用林场、林班、小班三级区划系统，按原有公益林区划界定界线保持不变，建立目视解译标志，采用全查法现地核实全部小班，对室内目视解译区划与现地不符的小班进行现场重新区划。1）根据横峰县林场卫星影像图上各森林分布特点，进入实地对照考察，填写详细的解译标志表，根据不同树种组、不同年龄组描述各种不同类型地块颜色;根据不同郁闭度等级、不同土地种类描述不同纹理与形状，并附上各地块的卫星影像典型样片。2）安排2～3名有丰富调查经验的技术人员，对照目视解译标志确定小班划分方案，开始编辑小班面图层，当判读区划结果一致率超过95%时，视为达到合格标准;无法达成统一意见的，应该对5%不一致的小班进入现地对照核实[5]。3）进行小班面积计算，在未使用“3S”技术之前，一般采用透明方格点数法或求积仪法，而在“3S”技术的应用下，可利用ArcGIS软件计算小班面积，按实地验证最终区划结果，添加配准好的栅格地形图，通过编辑工具条中的整形要素、裁剪面工具和编辑折点，判断实地验证最终区划结果与外业工作手图是否吻合。

同时应该注意到，小班与小班相邻之间可能存在缝隙和重叠区域，造成计算结果偏大或偏小，如果相对误差在1%以内，每个小班面积要乘以平差系数，通过该种方式进行平差，保证各小班平差后面积相加与林班控制面积一致即可。如横峰县林业局在调查某森林地块时，将林地总面积分为10个小班，小班面积分别为6.4 hm2、1.5 hm2、4.5 hm2、14.8 hm2、

4.9 hm2、10.4 hm2、9.4 hm2、9.3 hm2、5.3 hm2、4.9 hm2，合计面积为71.4 hm2，控制面积为70.9 hm2，相对误差为0.82%，之后测定平差系数并分别得出平差面积。

3.3 制作专题图

二类调查外业工作结束后，技术人员应制作专题图，配准好栅格地形图。如在制作林相图时，在ArcMap中单击添加按钮，从上到下按点、线、面、底层顺序添加小班、林班、林场线图层，之后设置点线面样式，将小班图层显示透明度设为35%;在制作布局视图时，选择元素工具点，单击“视图—布局视图”菜单，右键单击新图框任一位置，向内调整图框四边至适当位置，将地图比例尺设置为1∶10 000。在制作森林分布图时，以土地种类或优势树种为依据，建立居民点图层，添加构成森林分布图的所有图层，按点、线、面从上到下对图层进行排序，之后插入图头名称、图衔落款。值得注意的是，在制图过程中应注意林相图、森林分布图和基本图的区别，基本图以图幅为单位出图（叠加地形图底图），林相图以乡镇或分场为单位出图（不绘制小班界），而森林分布图以林场为单位出图（不叠加地形图底图），小班面图层包含有一个属性数据表。之后增加林相图着色字段，解决境界线水平重叠问题，避免造成界线样式冲突[6]。

3.4 应用效果分析

根据外业质量检查统计，蓄积小班有12个，利用系统抽样进行总体蓄积量抽样控制，测定系统抽样估计中间值，抽样估计精度为95%，最终得出各类地类面积。在本次调查过程中，全场区划总面积1 177.2 hm2，非林地面积4.5 hm2;按土地种类分，苗圃地面积23.6 hm2、灌木林地面积7.0 hm2、被占用林地面积10.5 hm2;全场活立木总蓄积量169 374 m3，其中混交林38 833 m3。在对优势树种面积统计过程中，得出杉木类面积为10.2 hm2、速生桉384.9 hm2、马尾松399.0 hm2、其他果木林2.3 hm2，并对优势树种的林龄进行统计，得出幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林、过熟林的占比，最终得出近、成、过熟林的出材率等级分布。

在本次样点布设环节中应用了GIS技术，同时利用ArcGIS软件制作样点分布图，并且在GPS导航定位技术的支持下，缩短布点时间，克服传统地形图目视定位缺点，缩小样地定位误差，定位精度高、观测时间短，满足长时间导航要求。与传统地形图小班区划方法相比较，“3S”技术的应用使小班区划正确率达97.3%，保证面积计算的准确性，而且制作出的专题图清晰、规范、美观，应用效果更好。

4 结语

“3S”技术在动态分析、信息收集整理更新、信息使用与管理等方面各具优势与特色，在营林生产计划、组织营造林、森林抚育等方面应用成效显著。因此，技术人员应从调查样点布设、二类调查小班区划、制作专题图等方面，以林场为单位出图，利用系统抽样进行总体蓄积量抽样控制，克服传统地形图目视定位缺点，缩小样地定位误差，不断提高定位精度。

参考文献：

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[3] 戴娜娜.论林业建设中生态环境的调查、评价与区划：评《森林立地质量定量评价——理论 方法 应用》[J].世界林业研究，2022，35（2）：135.

[4] 邢志斌，王培毅，伍刚.无人机图像采集技术在森林防火中的应用研究[J].消防界（电子版），2022，8（12）：56-58.

[5] 王楚虹，刘浩然，钟浩，等.联合UAV-LiDAR和HMLS技术的森林样地点云数据融合[J].中南林业科技大学学报，2022，42（3）：26-38.

[6] 韩茜，梁涛，张曼玉，等.基于红外相机技术的秋冬季城市森林公园獐的活动节律分析和生境选择[J].生态学杂志，2022，41（5）：963-972.

（責任编辑：刘宁宁）