遥感技术在林业中的应用现状与展望

王晓然

（ 黑龙江省自然资源权益调查监测院，黑龙江 哈尔滨150000）

林业是我们国家可持续发展的重要基础， 它为我们提供了许多服务和社会效益，包括碳储存，动植物栖息地，休闲活动以及提供木材或非木材产品。 如今， 在对林业需求越发复杂和迫切的情况下，我们需要对林业进行更好地计划和管理，而重点是需要具有足够效率和准确的工具。 遥感是进行分析， 综合和报告的强大工具，可提供很多关于林业的详细信息并有助于我们提前做出决策。 而且我们国家林业用地面积庞大， 要对如此大面积的林业进行及时有效地管理，是一项艰巨的任务[1]。 因此，将先进科学的遥感技术应用于林业管理中的需求非常迫切。

1 遥感技术概述

遥感是指在不与物体接触的情况下获取有关物体信息的科学。 它主要通过感测和记录发射的能量，分析，处理和应用该信息来完成[2]。 在遥感过程中，不同的材料会产生不同水平的辐射能，这是由于诸如表面粗糙度，强度，入射角和辐射能的波长等因素。 林业中常用于遥感的工具是飞机和卫星，此外，还包括传感器包括雷达，激光高度计，辐射计和光谱仪等。 我们所谓的遥感技术就是使用飞机和卫星来收集地球表面及其现象的照片。它还在林业中用于预测天气和研究森林生态系统。

在过去的十年中，遥感技术的科学进步产生了许多技术，这些技术可以检索从战略林业到运营林业的各种管理领域的信息。 诸如雷达， 激光雷达或其他光学传感器之类的新型系统补充了航空摄影的传统用法。这些方法的优点是快速的数据采集，易于集成到GIS 数据集，自动数据处理和大面积采样。

但是，遥感技术并不能替代现场调查。 实际上，两种方法都应该以互补的方式起作用。 始终需要现场数据来校准和验证遥感分析。 同样，遥感可以帮助增加实地调查的价值。 两种方法的协同作用将导致一个更有效的数据捕获系统， 以呈现丰富而可靠的信息。

2 林业中常用的遥感技术

当前在林业中使用不同的传感器类型。 每个对象的精确适用性取决于研究规模以及所观察对象或过程的性质。对这些数据的熟悉程度和专业知识的可用性， 航空勘测的成本， 图像的高分辨率以及使用许多GIS 软件包中包含的现成工具来处理数字航空摄影的可能性， 使得这些与其他技术相比，数据是一种竞争选择。 野外调查支持的航空摄影的人工解释经常构成更大规模森林清单的基础。 但是，也可以对数码照片进行分析，以产生有关林分特征的信息，例如林木密度，林分体积或死亡率。

2.1 光学技术

光学技术是林业中最成熟的遥感方法。 航空摄影也包括在这个组中。 但是，航空摄影和数字多光谱数据的处理方式不同。航空摄影的主要目的是生产可用于人工解释的矫正产品。 此外，摄影测量可以对图像进行定量测量。 另一方面，多光谱数据主要依赖于辐射信息，其中从地面反射或发射的光的强度是在多个离散波段（ 通常是光谱的可见和红外部分）中测量的。 通过比较地面在不同波长下的反射率，可以将这些数据与地面和植被冠层的特性相关联。 最有潜力的地区是种群数量的评估，植被类型的分类以及估计的森林参数，例如高度，基础面积和体积。 具有高光谱分辨率的传感器可以以养分和水分缺乏以及病虫害造成的损害的形式用于绘制森林健康图。

2.2 雷达传感器

雷达传感器（ 无线电检测和测距）是有源系统，它们将自身的能量源作为无线电信号发射并确定回波的特征[3]。 它们在电磁波谱的微波区域（ 主要是X，C，L 和P 波段）工作。每个波长与林冠相互作用的方式不同， 从而可以更好地定义其组成部分。较长的波长（ P 或VHF）可以在一定程度上穿透森林冠层并检索有关潜在土壤特性的信息。 由于微波对森林结构和冠层的水分含量敏感，因此它们可以生成有关森林冠层的完整三维信息。

2.3 光检测和测距

光检测和测距是一种有源传感器， 它发射激光脉冲并使用超高精度时钟测量每个光束在传感器和目标之间传播的返回时间。 通过使用差分GPS 和由惯性测量单元获得的定向参数的精确运动定位，可以精确定位到已知坐标系的每一次返回。 大多数商业系统每秒可以收集20,000 至75,000 点。该系统能够实现很高的垂直和水平精度，范围从垂直方向15-20cm 均方根误差到水平方向20-30cm。 光检测和测距仪器可用于生成树冠高度模型，随后可提供对重要森林参数（ 如树冠高度，林分体积和森林冠层的垂直结构）的准确估算。

3 遥感在林业中的应用

3.1 预测物种分布

没有遥感就很难预测森林中物种的分布。 卫星图像可提供覆盖广泛区域的照片，从而帮助研究人员追踪不同的物种。 此外，通过GIS 集成，科学家可以获得更准确的结果。 预测物种分布非常重要，尤其是在研究和保护濒危物种时。 例如，可以使用GIS 和遥感技术来定位濒危物种，并将其置于保护之下。

3.2 发现人与自然的影响

人为和自然影响可能会对森林产生巨大影响。 人类对林业的影响的一个很好的例子是森林砍伐和森林大火。 幸运的是，借助遥感技术，很容易找到受影响的区域。 这样可以更快地采取必要的措施。 如果森林在燃烧，则特殊的卫星传感器会收集数据并将其发送到指挥中心。 与使用手动方式相比，接收到的数据始终准确，快速。 某些人类影响是积极的，例如植树和砍伐森林。遥感技术用于帮助所有这些程序。例如，它提供数据，例如完成之前还剩下多少掩护以及需要出勤的区域。

3.3 森林生产力评估

卫星传感器可以准确检测全世界的森林生产力。 与传统的调查方法相比，这些技术准确且具有成本效益。 由于使用了准确的卫星数据进行发展， 农业生态系统正在提高生产力。 没有其他可靠的方法可以用来预测森林生产力， 而不是将GIS 和遥感相结合。

3.4 监测不断变化的生物多样性

生物多样性在不断变化，因此监测非常重要。 此外，来自遥感的数据可用于预测某些物种被清除后的环境。 通常，不使用遥感数据来预测双分集的变化将非常困难。 但是， 现在研究人员可以通过玩遥感信息来填补准确的结果，从而填补空白。 例如，如果您要预测没有树木的情况下某个地方的环境，那么您只需要擦除树木的数据并与其余的一起工作即可。 提供的结果总是准确的或接近的，因此使其成为可靠的来源。

4 遥感技术在林业应用中的展望

自上世纪遥感技术迅速发展以来， 各种相关的硬件软件也一片欣欣向荣，如各种卫星的发射、各国政府放宽的政策以及各国之间遥感技术的交流互通，这也为遥感技术的发展提供了巨大的契机。 在大数据时代，一个鲜明的特征就是各种技术的相融，因此，遥感技术的应用在未来必然是与其他技术相辅相成的，包括各种遥感技术之间的结合、遥感技术与其他技术的结合。 比如机载激光扫描和数字航空摄影测量的结合在未来十年可能对森林清查实践产生最大的影响、 将林业遥感与林业GIS、GPS 有机结合,形成一个综合的体系,实现森林资源调查、规划、经营管理的自动化。

5 结论

在过去的50 年中，林业清查和监测技术变革的步伐令人瞩目，这主要是由于各种形式的遥感数据的可用性增加所致。 同时，林业资源是我国重要的自然资源，对林业生产的检测和管理工作十分重要，因此，我们要进一步的大力发展遥感技术，加强林业中遥感技术的应用， 使其成为解决林业问题的有力工具，以促进我们国家林业更好地发展。