基于3S技术的森林资源监测与保护研究

曹利斌

摘要：指出了森林资源监测与保护对于社会、经济都具有重要意义。为了实现森林资源监测的动态实时性、功能集成化、高效智能，提出了森林资源监测的任务和技术要求，研究了基于3S（即GPS全球地位系统、RS遥感测量、GIS地理信息系统）的森林资源监测与保护技术，以提高森林资源监测的准确性与实时化，为森林保护提供可靠依据。

关键词：3S；森林资源；监测；森林保护

中图分类号：S719 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）08-0182-02

1.引言

森林资源是林业生产的物质基础，人们通过生产劳动，将这一自然资源变为人们所需要的各种林产品。与此同时，森林又是人们游憩、旅游观光的场所，森林能保持水土、保护环境、涵养水源、防风固沙，是陆地生态系统的重要组成部分。然而，受到火灾、泥石流等自然灾害，滥砍滥伐等人为灾害的影响，森林资源面临着遭到破坏。在此背景下，对森林资源进行动态、实时监测，能够有效保护森林资源的发展，因此具有重要的意义。

2.森林资源监测任务

森林资源管理工作最主要的任务；一是控制森林资源的消耗，二是掌握森林资源消长动态。森林资源监测是对森林资源消长变化进行监督和预测。其目的是为加强森林资源管理和监督工作，及时掌握森林资源现状和消长变化情况，预测森林资源的发展趋势，可以满足制定林业方针、政策、长远规划和计划需要，也能够满足考核领导干部任期内森林资源消长目标责任制的要求。森林资源与森林生态环境具有功能上的多样性、形成周期的长期性、资源与环境的动态性、森林成熟的不确定性、林区分布的广域性和空间结构性，人们对其作用和功能的认识和研究必须借助于一系列的数学模型、物理模型和模拟模型。地图就是人类最早用于认识森林的重要模拟工具，而以GIS为支持的现代电子地图则是人们研究森林的理想的数学模型、物理模型和模拟模型。GPS、GIS、RS及其“3s”集成技术则能够实现现代对地观测系统，从而使人类对森林资源、环境功能的认识建立在地球之外，实现森林资源监测的数字化、自动化、实时化、动态化、集成化和智能化。

3.森林资源监测技术要求

3.1集成化

随着森林资源监测功能要求愈加丰富、多样，因此检测技术的集成化成为新的要求。传统监测特点是离散式或分离式的测、算、绘和用图的过程，每个环节彼此独立、失联。譬如野外监测，就可以分为测角、量距、水准三大要素的监测。现代监测则是集成森林资源监测技术，表现为外业、内业、用图一体化、集成化，在森林资源监测工作中发挥重要作用的现代电子森林资源监测仪器，如全站仪、GPS接收机就是能够直接监测空间三维坐标的集成化仪器。由于GPS、全站仪在监测中各有局限性，为了解决任何环境、任何条件下的空间监测问题，21世纪将出现超站仪，它是全站仪、GPS、陀螺惯性监测系统的结合体，可以集成化地解决从地面到地下、全天候、高精度的空间森林资源监测问题。

3.2动态化

受到灾害多发影响，森林资源的变化出现了动态趋势。经典的森林资源监测建立在观测目标“不动”或固定的基础上，因此，技术要求和数据处理相对简单，而现代森林资源监测，尤其是现代工業监测学，早已超出了土木的范围，其服务对象和“目标物”完全进入了“土木”与“非土木”监测的大系统，可以对一切运动物及数学、物理、化学、生物学特性指标进行监测。

3.3数字化

经典森林资源监测把终点建立在模拟地形图的基础上。在森林资源监测过程中将产生大量数据，这些数据有助于分析资源的变化趋势，为管理者开展与执行有效的保护措施提供科学、正确的依据。当监测内容无法在森林保护中实现时往往归咎于监测人员的野外观测精度。采用数字化森林资源监测技术能够大大提高数据测量、采集、传送的效率，保证森林资源动态变化监测的实时性与准确度。

3.4自动化

传统的森林资源监测往往需要大量的人力开展野外探测、考察、记录，不仅费时费力，而且愈发无法适应复杂多变的森林状况，因此需要具有不依靠人力的、具有自动监测与控制功能的技术应用，这样不仅能够大大提高森林资源监测的效率，而且能够节约大量人力物力与成本支出。

3.5智能化

随着森林资源监测技术与系统的快速发展，如何帮助使用者轻松、便利的使用这些技术成为了监测系统功能发展的新要求。智能化技术满足了这一要求，其通过在森林资源监测系统中植入人工智能技术，提高监测工具操作、使用、监测过程中的便利性与人机交互的协作性，以实现森林资源监测的便利化，为监测系统的推广打下基础。同时外业森林资源监测，如GPS、全站仪已向开放式、智能化方面发展，为外业森林资源监测智能化提供了平台。

4.基于3S的森林监测技术

4.1遥感技术

利用遥感技术进行森林资源调查和森林资源动态变化监测，形成森林资源信息综合化，是现代森林资源管理中的重要方面。遥感技术具有观测范围广、多波段成像和周期性等特点，作为一种新技术手段已被越来越多地应用到森林资源动态监测。航天遥感图像数据主要是陆地卫星TM数据，结合地面涮查数据辅助图像处理，建立遥感分析的数学模型，利用计算机完成遥感应用模型分析，进行森林资源动态监测。

4.2地理信息系统

地理信息系统是一种集成了计算机技术、通信技术和遥感技术，以地理要素为主要数据源的图形、属性和空间调查的软件系统。目前已广泛应用于林场系统中，概括来说，地理信息系统是一个计算机支持的技术系统，它是计算机、外部设备、地理数据、应用软件和系统管理人员的集合。其中，具有空间分析功能的软件具有重要作用。从它的作用与实现的目的来看，地理信息系统是地理数据库和地学知识（模型）库的集合体，它的数据建立在统一地理坐标基础上，能够对地理环境与自然资源的信息进行管理，利用地学模型来分析空间数据，并对其动态变化进行预测和预报，从而实现为工农业生产管理和规划服务，为国防军事服务的目的。从计算机实现的技术角度看，地理信息系统是一个具有空间数据的采集、存储、管理、分析、可视输出的应用软件系统。

4.3全球定位系统

以美国GPS以及我国北斗系统为代表的全球定位系统为森林资源的动态监测与保护提供了新的手段与技术平台。采用高精度卫星导航应用已经从传统的测绘领域逐渐渗透到森林保护监测、精细管理、动态控制等诸多领域。采用高精度GNSS参考站接收机和多种移动应用终端，构建了森林监测体系的高精度位置服务系统与大容量数据存储与处理系统，用于建立全方位、大尺度、多层次的森林资源监控体系。通过整合基础地理信息数据和各类林业资源专题空间数据，提高空间数据资源的共享能力，以SOA面向服务的体系架构实现林业调查信息化的业务敏捷，并在此基础上为各类业务应用系统的建设提供技术支撑，实现林业行业业务的共享，全面提高林业信息化服务水平。

5.结语

对基于3S的森林资源监测与保护进行了研究，分析了森林资源监测的任务以及对监测技术的新要求，在此基础上研究了基于3S的森林资源监测与保护技术，所提出的方法对相关工作的开展具有一定的参考与借鉴意义。