森林资源监测中林业3S技术的应用现状与展望

摘 要：科学技术的发展带动了各行各业的发展，并为各行业的进步优化提供了有力的技术支撑。在森林资源的监测发展中，最具应用优势的技术就是3S技术。为使人们对3S技术在林业资源中的应用有全面地了解，本文从3S技术的应用现状出发，分析其在林业资源监测方面的具体应用，并对其未来发展趋势做出相关预测展望。

关键词：森林资源监测;林业3S技术;应用现状;展望

中图分类号：S758

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200915026

收稿日期：2020-07-20

作者简介：李淳（1983-），男，本科，工程师。研究方向：生态林业。

森林资源、湿地资源和海洋资源并称为地球3大生态系统，国家对森林资源的重视自改革开放以来不断加强。3S技术的出现为森林资源动态监测带来了技术手段。利用3S技术开发和监测林业是林业发展的趋势。目前，3S技术在林业中的应用前景已得到世界各国的认可。

在传统的森林资源监测中，主要的监测方法是人工监测。这类方法要求工作人员到监测区域亲力亲为地对该地区进行全面调查，既费时又麻烦，有必要进行全面地改进。为此，相关部门引进了3S技术，该技术的应用，大大提高了监测效率，节约了监测成本，同时也使监测工作更加容易。在森林和山区等不易监测资源的地区，3S技术更能发挥其监测优势，为相关工作人员减轻很大负担。

1 国外森林资源监测中林业3S的应用现状

地理信息系统（GIS）起源于北美。20世纪60年代，为了对大量的土地调查数据进行处理，加拿大国家土地调查局开始建立起地理信息系统。经过10a余的研究，在20世纪70年代，GIS被正式投入生产。在这一时期，GIS主要用于规划管理自然资源。20世纪80年代，加拿大将GIS技术投入到森林资源管理当中，以此为森林资源的管理规划、空间分析、决策评价等提供了重要的数据，成为资源监测的重要平台。

20世纪80年代初，加拿大将地理信息系统引入森林资源的管理和监测中，为森林资源的空间分析、决策评价和规划设计提供了重要的基础数据，成为资源监测的重要平台。近年来，地理信息系统（GIS）的强大功能在国外被广泛应用于分析林业和各种林业活动的可行性。其应用范围是森林资源调查、系统中简单的检索和复杂的数据转换、森林经营的资源分析和决策。其还可作为连续调查、森林管理设计、森林模型制作的工具，其中对这一技术的应用处于领先地位的有奥地利、瑞典、芬兰、美国、法国、德国等国家。20世纪80年代中期以后，美国林务局在资源、流域、生物多样性保护等领域广泛推广GIS、GPS等技术，地理信息系统数据库的建设旨在应用远程监测和相关技术。目前，传统森林资源调查与监测的范围不断扩大，美国甚至已经渗透到全球环境监测和森林健康监测中。利用遥感技术，构建大范围的森林生态图和森林健康指数图，对森林生物环境因子和森林健康状况进行连续、动态地研究和监测。

德国在森林资源监测中，利用空中飞行、地面模型和数字地形模型，扩大了森林资源监测区域的信息量，并進行了山林类型、土地利用和多元回归分析。

奥地利利用地理信息系统和遥感技术，每2a拍摄1张航空照片，并利用空中飞行和上述图像信息，建立了完整的森林管理信息系统。通过对森林资源的分析，提供最新的森林资源状况。

法国利用遥感信息监测国家森林资源，特别是通过地层学方法提取标本。飞行不仅要确定区域的位置，而且要采用面积判断、森林多用途评价、土地利用调查、地面试验等多种抽样方法，并将数学模型应用到GIS系统中进行生长预测。

芬兰从1964年第5次国家森林资源调查开始，采取地面调查和空中调查相结合的方式，解决了国家森林资源的长期调查问题。1989年，GIS和RS的引入极大地提高了森林资源的监测功能。

瑞典在第7次国家森林资源调查（1992—2002年）利用地理信息系统和遥感技术向各区域提供最新的森林资源信息，并以此作为区域森林管理的基础数据。高级林业卫星遥感主要是对自然资源进行常规详细地分类，为了获得与地面相同的位置信息，采用GPS数字化组织测量;连接到相册或相应的列表数据库;通过主属性数据的融合，实现遥感影像、被测对象的空间位置信息和资源调查数据的融合。

2 3S技术在国内资源监测领域的应用综述

从当前的应用状态来看，3S技术主要包括遥感技术（RS）、全球定位技术（GPS）、地理信息系统（GIS）。该技术在检测中的应用非常有效，是当前监测技术的主要表现形式。3S测量技术的共同核心部件是空间卫星、地面观测站和用户设备。

3S测量技术的空间卫星配置主要由24颗卫星组成，其中3颗是替代卫星，21颗是正常服务卫星。这24颗卫星平均分为6个空间轨道，在其平面上运行，平均高度为20180km。正常情况下，每颗卫星的正常运行周期为11h 58min，每个轨道平面上的倾角为55°。L波段是卫星和无线电正常情况下空间传播模式的主波段，多数用户已经按照规则使用了L波段，继续发送与导航定位有关的信号，不同卫星的位置信息也包含在导航信号信息中，使卫星形成独特的已知动态特性[1]。

一个联络点可以分布在世界各地。5个不同的监测站和3个注入站组成了所谓的3S地面站监测系统。3S测量技术中的地面监测站主要依据3S监测站的相关汇总数据;通过测量技术卫星的监测，对每个卫星轨道的参数进行标定，计算和统计相关参数差，最终以特定的方式安排在可用的导航信息中，并传送到每个注入站，进而将注入站的准确信息发送到各卫星的数据库中进行备份保存。

3S测量技术由3S仪器技术、相关数据处理器、处理软件及其它几种数据设备构成。3S测量技术的精密接收机能准确掌握每颗先进卫星的卫星信号和被测对象的卫星信号，准确跟踪每颗卫星的实际运行轨迹，对相应的卫星信号进行处理、交换和扩展，并利用相关技术软件对相关数据进行分析处理。这使得测量效果和定位效果更加完美[2]。

3 3S技术在林业资源监测领域的应用背景

3S技术是最现代的勘探技术，其中最重要的内容就是对地形进行良好勘探。在林业资源领域的应用也源于其自身的特点。其可监测面积比其它监测技术大，可以探测到所有的森林资源，防止遗漏。在这样的形势下，3S技术在林业资源开发中发挥着越来越重要的作用。同时，与其它技术相比，3S技术工具更多。3S技术的诞生使保障人类生命信息安全成为可能。如，森林野火是困扰人们的一大火灾问题，由于野火初发很难被感知，只有当火势以肉眼可见的形式表现出来时才被发现，这给野火的防控带来极大困难。3S技术的诞生可以在互联网上记录森林数据异常，对提前预防山火发生具有积极影响。

4 3S技术的发展特点及存在问题

4.1 应用特点

信息技术的飞速发展推动了森林资源监测技术的发展和创新。集成技术与现代森林资源监测技术不是单一的技术，而是多种技术或多部门的综合积累;是采样技术与数学建模、航空与卫星遥感解译、GIS与空间分析、地图与GPS的有机结合。计算机网络技术是森林资源监测的综合技术。

数据的多样性，21世纪，森林研究和监测的目的是可持续发展。监测内容包括森林资源和生态环境。进一步的调查和监测需要多种数据。

森林资源的空间分布具有广泛的信息可用性，因此森林监测必须强调其有效性。利用整颗卫星采集的遥感数据，大大提高了森林资源监测信息的有效性。特别是卫星遥感进一步提高了森林资源监测的时空分辨率。通过传播的发展，监测的有效性更高。

随着计算机技术和网络通信技术的发展，GPS采集的信息和遥感图像可以通过GIS软件进行处理，提供给网络上的不同用户，从而提高森林资源调查监测信息的共享程度。

4.2 存在问题

现代先进技术，包括3S集成技术，使森林资源环境综合监测逐渐现代化、数字化，但在应用中还存在一些亟待解决的问题。

考虑到精度、性能和价格等因素，TM图像通常被用作空间分辨率为30m/30m、空间分辨率为15m/15m的信息源，这使得线性目标和小目标的结合变得困难。

探测因子难以准确解释，空间分辨率为1m的卫星图像无法准确确定树木组成、森林等级、水管直径、树木高度、子树网格、树木等参数，必须与野外作业相结合。

由于图像色调的变化和辐射光谱的差异，森林资源监测区域的准确区域划分存在一定的困难。受森林植被分布、地形因素、摄影季节和气候条件等因素的影响，TM图像颜色不一，植物存在动物异质性现象，时间因子和地面因子难以判断，影响了分割精度。

由于地形因素的影响，GPS的精确定位很难跟踪。GPS具有卫星多、信号好、位置跟踪快、精度高等特点。但在山谷或狭窄地形地区，GPS观测卫星数量少、信号不稳定，卫星虽能定位，但定位速度慢、精度低，GPS的使用受到限制。

很难将航空航天远程探测与现行法规相协调。在实践中，我国的空间遥感探测方法在探测方面是一种有效的方法，但其使用与现行法规不符。在法规方面，空间遥感没有相应的标准，法律地位简单提及，没有主要情报人员的职务。

5 3S技术在林业资源监测中的具体应用

3S技术在实际林业过程和方向上有着不同的运作模式。因此，本文重点考察了3S技术在林业中的后续工作内容。

5.1 森林资源监测

由于森林资源是可变动资源，因此林业部门会对森林资源密切监测，审查不同的森林情况，以便找到适当的解决办法。3S技术的出现使森林资源的识别更加高效[3]。在实际记录过程中，3S技术可充分捕捉树木生长状况并帮助森林管理人员分析问题对策。

5.2 整理林业资源数据

在3S技术诞生之前，对森林资源数据进行整理时，往往都是人工进行的。人为组织工作，需要员工有较强的工作能力和责任心，然而在实际工作过程中，许多员工的工作责任感不高，进而增加了人工工作条件的错误率。3S技术的诞生和应用，对改变人工监测方式具有极大帮助，能够使森林资源的收集和整理变得简单而精确。

5.3 灾害防治

由于森林是自然灾害频发的地区，森林自然灾害的监测与预防成为当前工作的重点。3S技术的应用显著提高了森林防火监测质量。在实践中，3S技术提供了快速森林扫描、快速变化检测和报警功能。此外，3S技术还可利用辐射检测森林病虫害;红外3S技术还被应用于火灾监测，通过探测火灾和温度来探测森林火灾。

5.4 能够为林业管理人员提供帮助

在正式应用3S技術之前，林业管理人员使用的是传统的林业管理系统。在实际管理过程中，传统的工作方式效率低下，各种管理失误问题不断发生，极大地影响了林业经营质量。3S技术的研究开发，改善了林业管理人员的工作方式，在管理过程中具有更高的工作效率和工作质量，对保证林业的深入管理贯彻落实具有积极影响。

6 3S技术应用展望

对森林的管理经营是促进林业发展的关键所在，虽然森林建设项目可以在一段时间内完成，但在短时间内树木的生长不可能完成。基于这种情况，将3S技术应用于林业，可以对其进行有效保护，保证林业的健康发展。在未来的发展应用方面，3S技术应该在森林资源监测领域得到实际应用。对林业病虫害的监测。一般来说，森林面积很大，工作人员想要对林木疾病展开全面监测具有较大困难，但应用3S技术，在监测测量中可以便捷地监测到每棵树的情况，并能检测出病害的状况;对林业生态的监测。森林发展依赖于自身的生态系统和其它生物，利用3S技术对物种的生长发育进行观测尤为重要。

7 总结

目前，3S技术在监测领域的应用非常广泛，并且非常适用于林业的发展。3S技术可以确保对森林资源的全面监控，在森林火灾等其它领域的应用也非常有效。由此可见，3S技术是当今社会发展的必备技术。

参考文献

[1] 刘宁，郭成，刘晨.森林资源监测中林业3S技术的应用现状与展望[J].南方农业，2019，13（23）：44-45.

[2]黄福论.森林资源监测中林业3S技术的应用现状与展望[J].科学技术创新，2018（14）：138-139.

[3]李万洋.森林资源监测中林业3S技术的应用现状与展望[J].农村经济与科技，2019，30（02）：48.

（责任编辑 李媛媛）