林业调查规划设计中3S技术的应用分析

杨艳凤

摘    要：3S技术是遥感技术（RS）、全球定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS）3种技术的统称。3S技术在林业调查规划设计中的应用效果较好，降低了工作量，提高了森林资源的测量精度。主要分析了林业调查规划设计中3S技术的应用，以期为相关工作者提供理论支持。

关键词：林业调查规划设计;3S技术;应用

文章编号： 1005-2690（2021）05-0121-02       中国图书分类号： S757.4       文献标志码： A

在林业调查规划中，由于部分区域较闭塞，并且人力资源不足、资金投入不够充分，导致林业管理的力度较薄弱，林业调查规划设计方案不够具体。不仅如此，很多单位制订的林业调查规划方案大多数采用巡逻的方式，需要耗费大量的时间、精力和体力，也不能保证林业调查规划的全面性，难以建立有效的森林自然灾害数据库。针对这些情况，应在林业调查设计中应用3S技术，实现林业的全面定位、调查和规划，确保林业调查规划设计的实时性和动态性。

1   3S技术相关阐述

3S技术实现了RS、GPS、GIS的优势互补。RS是指通过遥感器在空中对地面的物体性质进行探测，随着陆地卫星的应用及发展，航天遥感迅速应用。航天遥感主要通过不同物体产生的波谱进行识别，信息采集和获取能力十分强大，具有丰富性、动态性、宏观性等特点[1]。目前，航天遥感已经成为了GIS的重要数据获取源。

GIS技术是指利用计算机的硬件和软件对地理数据进行综合分析与科学管理，是3S技术集成的基础平台，可以实现地理空间数据的存储和分析等功能。此外，通过GIS还可以实现不同来源时空数据的处理、模拟等，从而得到最优决策。

GPS是由美国开发的，在1994年部署完成的空间导航系统，GPS可以实现全球性和高精度的实时定位导航，为RS、GIS提供十分精確的空间定位信息。当前，GPS技术的应用十分广泛。

3S技术及其集成在地球空间研究中应用十分广泛，是空间信息科学的核心关键技术，通过3S技术可以实现信息获取、信息处理及信息应用的一体化，并且确保了信息应用的精度。RS、GIS、GPS的综合应用成为各种空间信息获取和决策辅助的最有力手段。3S技术在应用中首先通过RS技术获得影像信息源，利用GPS技术获取影像信息中的位置信息，再通过GIS技术平台实现图像处理和分析应用。

2   林业调查规划设计中3S技术的应用概述

传统林业调查方法的周期长、实时性差，已经不能满足现代林业可持续发展的相关技术要求，而3S技术可以解决上述问题。

3S技术在林业调查中的应用概述如下：①应用3S技术对森林资源进行动态监测，根据各自不同区域森林的光谱观测波段和分辨率获得RS影像数据，以RS影像数据作为基础数据源，可以实时获取不同区域的森林资源区域特征，通过GPS空间定位、GIS的数据分析和汇总，可以实现森林资源的动态、高精度监测。②GPS技术可以提高森林样地野外定位、面积测量和距离测量的精度。利用3S技术进行森林资源清查，可以提高森林调查的精确度和效率。例如，在林业调查规划设计中，某地区准备进行次生林建设，可借助 3S 技术了解目标区域的空间态势，并生成详细的资料图，作为后续林业调查规划设计的依托和辅助。③利用3S技术进行伐区定位、合理规划伐区，确定合理的采伐面积、采伐顺序及最优集材方式等。④利用3S技术评价采伐地的水土流失程度、土壤及植被，从而确定最佳的采伐后造林计划，实现适地适树。⑤3S技术在绘制林业专题图方面的应用。利用传统的方法制作林业专题图，作图的周期长，并且需要投入大量的成本，手工绘制的工作量巨大，而采用3S技术可以利用计算机取代手工绘图，各种调查数据通过软件平台可以实现快速分析和成图[2]。

3   林业调查规划设计中3S技术应用的技术路线

应用3S技术进行林业资源调查规划设计，具有较强的可操作性和实用性，可以形成完整、科学的森林资源获取体系，具体技术路线如下。

3.1   数据获取及管理

GIS为森林资源图像、数据及图形的综合信息管理平台，RS为森林资源的动态数据源，GPS为重要的森林资源信息矢量数据源。林业调查规划设计中获得的空间数据包括基础数据和专题数据，其中基础数据包括森林资源的数字栅格地图、森林资源的数字正射影像、森林资源的数据高程模型。森林资源GIS专题数据包括栅格数据和矢量数据两种。栅格数据包括森林利用土地形状图、森林资源分布图、行政区域图等，可以确定林业区域的经营范围，实现土地利用类型分类。矢量数据包括地理对象的面数据（居民区、面状河流等）、线数据（小班区划界、现状河流等）、点数据（小班注记、山脉注记等）。属性数据是与空间位置信息无关的数据，形成小班调查因子数据库（包括小班树种、树木的郁闭度、林种、龄组、地貌、坡度、经济林产期、作业年度等信息）、图片信息（遥感影像与实地真实情况相对应的直观体现）及文档数据（工程管理文件、资源调查报告等信息）等。小班调查因子数据库是林业资源规划设计的基础。数据获取之后在GIS平台进行分析管理，统一将空间数据库中的矢量数据转换成Shape格式，在Arc GIS软件支持下判读解释SPOT5卫星遥感数据，数据格式为Shape格式。文本数据统一采用Word格式。坐标系可以采用北京54坐标系或西安80坐标系。比例尺应完全一致，根据测量范围选择取1∶1 000、1∶1 500等固定比例。

3.2   建立解译标志表

深入研究森林资源的分布特点及其与地理环境因子之间的关系，采用遥感影像SPOT5信息源，在GIS操作平台中，以GPS为辅助手段获取不同的森林资源信息进行综合分析，同时结合野外调查验证方法，建立解译标志表，具体阐述如下：①首先设定踏查线路，以RS数据的景幅物候期为单元，根据调查区域内地表植被及种植树木的特点，选择3～5条可以全部覆盖调查区域内地类和树种的勘察线路。②通过RS数据的影像识别，利用GPS等定位工具，拍摄地面实况图片，建立地面实况和直观影像特征之间的关系，最终得到遥感影像图的判读样片。③进行室内分析。根据获得的影像和地面物体之间的对应关系，构建RS影像的形态、结构等与判读因子之间的关系。④构建解译标志。在RS数据上对影像特征进行判读，得到解译标志表。通过高分辨率遥感影像像元（包括地理信息数据、遥感数据、地面调查数据等），采用遥感计算技术、统计方法等筛选出与森林蓄积量相关的测树因子、地理环境因子等信息，利用分类器，例如神经网络、最小距离判别、最大似然等，进行小班分类识别，得到解译标志表。解译标志表包括横坐标、纵坐标、地貌、海拔、坡度、坡向、破位、地类、起源、优势树种、龄组、平均树高、平均胸径、郁闭度、色彩、形态、结构、相关分布、地域、照片号等相关信息[3]。

3.3   小班蓄积的计算与输出

利用残差分析方法确定林业调查区域内不同树种的主要相关因子，在遥感数据分析软件中建立优势树种的蓄积回归模型，计算像元蓄积，根据不同像元的蓄积值，利用小班聚类归分析得到小班总蓄积比值，例如林地小班平均面积、林地最小区划面积等。之后还需对小班蓄积数值的精度进行验证与分析，实现森林资源动态三维模拟，增强林业调查规划设计的真实性和科学性。

4   3S技术应用效益

4.1   经济效益

经济效益主要体现在两个方面：①节约经费。3S技术在林业规划调查设计中的应用，可以在一定程度上缩短调查的时间、节约调查费用，并且提高测量精度，与传统调查方法相比，可以节约更多的经费。②市场前景广阔。林业资源调查规划设计对于森林资源的保护具有十分重要的作用，3S技术的应用便利，应用前景广阔。

4.2   社会效益

社会效益主要体现在两个方面：①优化资源配置。在林业规划设计调查中，只有合理利用资源，才能达到节约经费的目的。应用3S技術可以将不同的资源要素快速融入森林资源规划设计调查和森林资源管理的各个工作环节，引导资本要素、劳动力要素的重新配置，提高森林资源调查的科技含量，从而显著提高林业生产经营能力。②提高决策管理能力。应用3S技术可以快速摸清森林资源的质量、森林资源的分布情况、森林资源的数量，利用技术获得相应的基础数据，并且通过相应的信息技术实现快速成图、虚拟现实等目的，为林业政策的制定提供数据支持，促进林业科技进步。3S技术的应用也可以在一定程度上提高林业科技人才的素质，加强林业科技知识的传播。

通过以上分析可知，3S技术在林业调查规划设计中的应用效果较好，并且具有一定的社会效益和经济效益，通过3S技术可以快速实现林业的森林资源定位、面积定位等，提高了测量的精度，今后还需要继续加强3S技术在林业调查规划设计中的应用，实现林业资源的动态监控和全面管理。

参考文献：

[ 1 ] 彭保罗.水土保持与荒漠化防治中3S技术的应用探索[J].赤峰学院学报（自然科学版），2017（14）：18-20.

[ 2 ] 卢斌.林业调查规划设计中3S信息技术应用探讨[J].绿色科技，2019（21）：175-176.

[ 3 ] 吴秀钢.3S技术在基层林业管理中的推广应用探讨[J].种子科技，2019（12）：140.