第三次石漠化监测主要技术特点与存在问题分析

李梦先， 但新球，吴协保，吴照柏

(1.国家林业和草原局，北京 100714；2.国家林业局中南林业调查规划设计院，长沙 410014；3.国家林业局石漠化监测中心，长沙 410014)

石漠化是我国西南岩溶地区最大的生态问题，自20世纪90年代，广大科研人员与国家行业主管部门结合遥感和计算机技术，针对行业实际积极探索与启动了石漠化监测与防治工作[1]。贵州省水利厅于2000年批复“喀斯特石漠化的遥感―GIS典型研究”，利用遥感解译和地理信息系统数据管理相结合方式对贵州省石漠化进行调查，2001年初步掌握了石漠化的等级类型、面积和分布等基础性质[2]。1999年，国土资源部开展全国第一轮国土资源大调查，针对岩溶地区石漠化特征，采用遥感解译判读与野外验证的方式，重点针对地表基岩裸露及植被盖度状况，开展岩溶地区地下找水与石漠化调查，2002年调查工作全面结束，初步掌握了西南岩溶地区石漠化的现状、分布与特征[3-4]。林业行业做为我国森林、荒漠生态系统保护与建设承担部门，也是我国生态环境脆弱区域生态修复的主力军，国家林业局于2001年提出建立石漠化监测技术指标体系，探索先进的监测方法，2004年国家林业局下发了《岩溶地区石漠化监测技术规定》，于2005―2006年采用地面调查与遥感技术相结合，以地面调查为主的技术路线，利用Landsat TM/ETM 影像资料，再通过人机交互解译，提取石漠化信息和初步区划，然后组织大量的技术人员到实地进行调查核实，调查完成后建立了我国西南岩溶地区石漠化数据库，第一次全面系统查清了西南岩溶地区的石漠化面积、程度与分布现状[5-6]。

2011―2012年国家林业局组织进行了第二次西南岩溶地区石漠化监测，对比第一次，重点在动态监测，期间正值我国大规模的开展石漠化治理，在监测中还增加了治理效果、变化原因等调查，进一步完善了石漠化监测技术标准，建立了石漠化信息系统[7]。

2016―2017年国家林业局组织进行了第三次西南岩溶地区石漠化监测，全面采用国产高分辨率卫星影像数据，首次开发并全面应用了石漠化监测野外数据采集系统等，监测技术与手段全面提高。

1 第三次石漠化监测主要技术特点

在保证监测范围、内容与主要技术标准不变的情况下，第三次监测仍采用遥感与地面调查相结合的监测技术路线，与前两次监测相比，具有如下特点：

1.1 首次全面采用国产高分辨率卫星影像数据，提高了判读精度与监测工作效率

本次监测共获取并处理了分辨率在2.5 m以上的高分一号和资源三号遥感影像数据1318景，其中高分一号卫星影像数据956景、资源三号卫星影像数据275景、高分二号等卫星影像数据87景。对各类遥感卫星数据，根据其不同摄取时间及不同地形地貌区域的石漠化监测效果进行多种算法比对，按其效果由高到低确定覆盖影像顺序，确认每类型影像组合算法，个别极端情况根据实际效果进行单景影像算法调整，最大限度提升第三次岩溶地区石漠化监测室内判读精度，提高工作效率，减轻外业工作量。同时对50个县采用了分辨率更高的航片资料辅助调查，通过在比例尺高于1∶10000的影像图上进行解译和区划，区划的四至界线更为精细、准确，解译结果与实际吻合度更高，提高了区划精度。本期监测平均小班面积由上期的19.6 hm2降低至本期的11.7 hm2，细化小班面积152.8万hm2，占岩溶土地总面积的3.38 %。

1.2 首次开发移动端数据采集系统及应用无人机调查，提升了监测技术手段

本期外业监测全部采用移动端数据采集系统，系统对软硬件环境要求不高，目前具有GPS功能的Android平板、智能手机均可安装；系统接口友好，可以与石漠化监测信息管理系统及其它地理信息软件实现无缝对接，真正实现无纸化办公；系统提供了数据交互、坐标定位、图形和属性编辑、小班拍照、关键因子计算等功能，实现监测数据在外业实时更新，很好地满足了应用需求。外业调查人员应用数据采集系统开展外业工作时仅需携带安装本系统的平板电脑，无须携带手持GPS、照相机、图纸等传统设备和材料，采集的外业数据直接进入桌面系统数据库，大大减轻了外业调查人员的工作量。同时，部分监测县还采用了无人机低空航拍或拍照进行调查与验证，丰富了监测技术手段，提升了监测精度。

1.3 充分利用近期生态监测成果，保证了监测数据的准确性

本监测期内，各地相继开展了森林资源、地理信息和国土资源调查、规划工作，云南、贵州等省完成了新一轮森林资源二类调查，重庆、湖南等完成了最新地理国情普查，这些省份充分借鉴和利用相关监测成果，大大提高了本次监测区划与监测因子调查的准确性。

1.4 进一步完善石漠化监测信息管理平台，提高了监测数据管理水平

石漠化监测信息管理系统除沿用了“3S”技术、数据库技术和网络技术等核心技术外，本次监测还采用了面向对象及组件式的开发方式、海量数据管理技术等先进技术进行补充开发完善，丰富了系统管理、查询、处理和统计的功能，增加了快速自行定制查询专题、实时统计分析图表结构、即时空间分析报表结构、制作和浏览各类专题图件等特色功能，构建了功能更加强大、操作更加便捷的集石漠化图斑区划、数据管理、数据检查、统计分析、专题查询、动态分析等功能于一体的信息管理系统，实现了石漠化监测管理工作的信息化、标准化、规范化。

1.5 采用移动数据采集系统对GPS特征点进行复位，大大提高了复位准确性

本次监测利用平板电脑的GPS定位、拍照等接口模块开发了移动野外采集系统具有“坐标双定位”和前后期特征点照片对比的小班拍照功能，外业人员利用平板电脑对小班拍照的同时记录相机坐标和所拍景物坐标，并根据坐标生成特征点与照片一一对应，便于复核或后期调查时复位，确保了GPS特征点复位准确性。同时，该系统导入前期照片数据后可在外业调查时直观对比前后期石漠化土地的变化状况，对变化原因分析更直观。

1.6 构建了监测人员之间的良好沟通平台，实现信息共享

依托即时通信技术，建立了工作QQ群和微信群组成的信息平台，及时解决监测过程中遇到的各类技术问题，及时掌握监测工作动态。

1.7 开展专题研究，丰富监测成果内容

委托中国科学院亚热带生态研究所、北京林业大学、国家林业局经研中心等科研院所开展石漠化治理生态效益、社会效益、经济效益、水土流失及典型地区石漠化动态演替等专题研究，丰富了监测成果内容。

总之，通过监测技术方法与监测手段的不断改进和完善，监测指标更加丰富，监测体系日趋完善，监测数据管理更加高效，监测结果更为科学、可靠。

2 存在的主要问题

2.1 监测手段相对落后

总体上来看，目前已完成的三次石漠化监测，技术手段不断得到提升。第一次监测采用空间分辨率为30 m的多光谱遥感数据(Land sat)作为监测信息源，在1∶50000地形图上区划图斑、开展外业调查，设置GPS特征点；第二次监测在首次石漠化监测成果图斑的基础上，叠加空间分辨率5 m的多光谱遥感数据(SPOT5和ALOS数据)，先在室内用ArcGIS系统对发生变化的图斑目视解译区划，再输出1∶25000比例尺工作手图开展外业调查，现地核实图斑边界、调查监测因子及对上期典型小班GPS特征点进行复位拍照；第三次监测在前两期监测成果数据的基础上叠加了空间分辨率2 m的多光谱遥感数据(高分1号和资源3号数据)进行区划，并采用带有全球卫星定位系统的平板数据采集器现地开展小班界线核实修正、因子调查和典型小班GPS特征点照片采集等野外调查工作，利用国家林业局石漠化监测中心开发的“石漠化监测管理信息系统(第三期)”，完成了石漠化监测数据的内业分析工作。

历次监测在调查基础数据源、调查精度、调查手段方面均有所进步，但是外业信息采集与调查方式仍是以传统的人海战术为主，调查手段进步幅度仍落后于现代技术进步幅度。以第三次监测而言，无人机调查这种精确、及时的调查手段应用面仍然较窄，还有大量提升空间。

2.2 监测管理未充分发挥政府的主导作用

石漠化监测主要由林业主管部门为主导开展，但从石漠化监测的内容看又涉及到水利、国土、农业等多部门的工作。目前，政府其它工作部门的参与度还不够高，监测工作开展起来难度比较大，如以当地政府牵头来进行石漠化监测，可以更大效率上推动监测工作。

2.3 监测成果未得到充分利用

通过前几次石漠化监测结果可以看出，目前石漠化监测成果还仅仅是以监测报告为主，缺少深入的分析研究。利用监测数据，加强分析和总结，可产出一大批质量较高的专著和学术论文，以提高石漠化监测在全社会的影响。

2.4 监测人员不稳定，待遇低

石漠化监测是一个连续性的工作，但因监测人员待遇低，导致监测队伍不稳定，造成多次培训，专业人才流失等问题。提高监测人员的相关待遇，使得监测队伍能够固定下来，方能确保监测事业的发展。

2.5 缺少系统的专题调查研究

石漠化监测是一个系统的工作，而当前石漠化监测涉及专题研究不够全面，仅仅是针对社会普遍关注度较高的地区和方面进行专题研究，应该加大专题分析的广度和深度，有针对性的从石漠化形成机理到石漠化防治对策形成一系列专题研究项目。同时，应提前布局，加强专题研究与跟踪监测，为下一轮监测打好基础。

3 石漠化监测工作建议

3.1 充分利用新技术、新工具、新方法，作为下一轮监测工作改进的重点

岩溶地区石漠化是区域水土流失和植被破坏，加上人为干扰，经过长的时间尺度逐渐形成，所以石漠化治理也不是一蹴而就的事情，需要长期连续投入治理才能保持现有治理效果。在当今社会高速发展的时代，各种监测方法和技术手段日新月异，石漠化治理过程中，虽然传统林业在监测时可靠度较高，但是石漠化面积依然庞大，尤其是程度较重石漠化治理难度会越来越大，单位面积治理投资标准应逐步提高。根据本次监测情况，在下一期监测时采用更先进监测方法和技术手段，使监测结果进一步接近真实值，使得监测结果客观反映岩溶地区现状，为后期精准治理打下基础。

3.2 建立石漠化大数据系统，逐步实现石漠化变化年度监测

近几年，随着大数据迅速发展，基于森林资源云计算的数据处理与应用模式，通过数据的整合共享，交叉复用，进行林业生态工程成效监测、森林培育方法优选、森林经营方式优化等方面的应用即将实现。2016年，国家林业局先后编制完成《中国林业大数据发展战略研究》、《国家林业局落实<促进大数据发展行动纲要>的三年工作方案》，随后，中国林业数据开放共享平台正式上线，标志着中国林业政府数据开放取得突破性进展。石漠化监测作为林业重要生态监测之一，可以搭上林业大数据系统建设这班快速车，逐步建设石漠化大数据系统，实现石漠化动态变化年度监测。

3.3 加大科学研究，建立石漠化监测预警预测系统

石漠化由于其形成机理的复杂性和治理难度的逐渐加大，开展国内外多学科联合科学研究，结合利用科研院校的科研成果综合开展石漠化监测和治理势在必行。本期监测数据显示，石漠化逆向演替中因灾害性气候影响所占的比例为15.73 %，石漠化生态系统的脆弱性导致逆向演替一旦发生就很难治理恢复，很有必要在今后石漠化监测工作中加入石漠化灾害等预警预测系统的建设与研究，提升石漠化监测的效率。

3.4 加大生态工程效益监测，完善监测体系

近年来，实施石漠化治理的各项生态工程的投入逐年加大，生态工程治理成效显著。加强石漠化综合治理工程和其他林业生态工程的成效监测，全面掌握岩溶地区石漠化土地状况和变化动态，科学评价石漠化土地生产能力和区域生态环境质量，优化石漠化治理相关工程搭配结构和实施范围，科学评价各生态工程对石漠化治理的贡献，进一步完善监测体系。

3.5 建立石漠化监测定位系统，奠定石漠化监测在我国生态监测中应有的地位

石漠化与沙化、黄土高原水土流失作为我国的三大生态危害之一，沙化和黄土高原水土流失都有定位监测站点。但是，到目前为止，虽然已开展了三期石漠化监测，全国仍然没有一个石漠化定位监测站点。加快建立我国石漠化定位监测体系，并拉入我国林业生态监测系统，奠定石漠化监测在我国生态监测中应有的地位。

3.6 加强监测成果的应用，充分发挥其综合效益

石漠化监测作为我国林业监测的重要组成部分，监测结果是对石漠化工程治理成效判定的唯一依据。加强对监测结果的分析深度，通过监测结果客观反映石漠化区域的生态现状和石漠化治理工程的成效，全面剖析石漠化发生机理和防治对策，加大石漠化监测成果的宣传力度，让全社会关注并参与石漠化防治工作，充分发挥监测成果的综合效益。