测绘新技术在智慧林业中的应用

赵栋

（沈阳市勘察测绘研究院有限公司，辽宁沈阳 110004）

2013年8月，原国家林业局印发《中国智慧林业发展指导意见》，标志着我国林业信息化由“数字林业”步入“智慧林业”发展新阶段[1]。相较于之前的数字林业，智慧林业全面应用云计算，物联网、移动互联、大数据等新一代信息技术，将使林业实现智慧感知、智慧管理和智慧服务，这是林业从传统迈向现代的必选路径。

2017年6月，《辽宁省林业发展“十三五”规划》出台，规划要求搭建 “智慧林业”基础框架，建成覆盖林业主体业务的、贯穿上下的信息化政务体系和规范、科学的网络化林业资源管理流程，提高管理水平，提升工作效率。

一、测绘新技术在智慧林业建设中的应用

1.林业管理

（1）森林资源调查

森林资源调查是针对森林资源相关的数量、质量、树种、生态等情况进行相关调查，能掌握森林资源保护和发展情况，为制定林业可持续发展策略提供参考。目前，森林资源核查领域已发展出两种相对成熟的核查体系：被称为森林资源一类清查的全国森林资源连续调查和被称为森林资源二类调查的森林资源规划设计调查[2]，前者是为了解整体情况，精度要求不高，这里主要讨论后者。森林资源的调查方式很多，目前比较快速有效的是借助遥感影像和机载激光雷达。

很多遥感卫星的影像可以用作森林资源调查，影像经过处理得到正射影像，再结合现有林业小班数据，将二者叠加，影像为0.5米分辨率的数字正射影像叠加林业小班数据，可针对变化区域重新采集，采集精度完全满足林业调查精度，可快速实现更新。

机载激光扫描系统通常由POS系统，激光扫描仪，高分辨率数码相机，中心控制单元组成，通常以固定翼飞机、直升飞机或无人机为搭载平台进行森林资源调查。激光具有植被穿透能力，能够多次回波，获取较完整的地形、植被信息，进行树高树冠的提取，得到数字表面模型和数字高程模型，两者做差就能得到冠层高度模型，截取垂直剖面图可得到林隙、树高以及树冠大小，还可进行蓄积量估测。机载激光雷达可以实现无地面控制测量，大大减少外业工作量，特别适合难以量测地区作业，对天气要求相对宽松，具备全天时作业能力。

（2）林业不动产登记

我国不动产登记主要贯彻实行以人为本，权利主体的思想，这对我国更好地推进社会主义市场经济体制，保护人民的基本财产权益有巨大意义。在推进现代林业建设过程中，不动产等级通过实施确权公布的方式来完善人们对于自己产业的保护[3]。但林业确权在实施过程中出现了很多困难与挫折，应引起充分重视。

林业的特殊性导致其确权困难，其中采集难度大是主要的问题之一，可以利用遥感影像、地理国情普查数据、“三调”数据共同进行小斑面范围的边线确认，针对变化较大或无法内业判读区域，进行外业的实地调查核实。

（3）林业违法监测

林业用地类违法案件最有效的监测方法就是应用卫星遥感影像，或无人机航拍影像，在影像上可识别出疑似违法图斑，通过卫星导航系统GPS进行精确定位，再把核查任务派发到各市县林业部门，护林员可通过导航快速准确找到问题图斑，核实变化情况。

2.森林病虫害监测

森林病虫害一旦发生难以控制，会给森林带来毁灭性的灾害。在我国，森林病虫害有8000多种，危害极其严重的有 200 多种，近20 年来，几乎每年都有 3~5 种过去多为零星发生的病虫害转为大面积暴发成灾，危害极其严重[4]。因此需要用多种技术手段对其进行监测，弥补传统监测的不足。

目前，利用遥感影像和GIS技术，结合当地森林资源、病虫害信息、环境信息建立的病虫害监测预测系统，能提高病虫害监测预报的及时性、科学性和准确性，最大限度地降低灾害发生[5]。利用高光谱影像可以发现病虫害的地块，并且可建立监测系统，实现病虫害的有效控制。

3.林业应急保障

森林应急响应中最重要的当属森林火灾的应急处理，我国森林资源数量、质量稳步提高，但依然存在受火灾干扰严重的问题[6]，森林火灾具有发生突然，蔓延迅速，难以控制，危害极大，损失严重等特点，是世界各国防范与应对自然灾害的重中之重与难中之难，导致森林火灾的原因多样，既包括雷击等自然原因，也包括人的过失行为等社会原因，各国尚没有应对的百灵百验之策。森林火灾一旦发生，就可能造成重大人员伤亡和财产损失，并使生态遭到严重破坏，危及山水田湖的系统安全[7]。

对于一些有名贵树种的森林保护区，可在林区重点位置布设覆盖范围全面的传感器设备，如烟雾传感器，温度传感器，能迅速感应到火情，将报警信号及时传递给监控中心。

同时要建立应急响应小组，由应急车队和无人机应急小组组成，发生火灾后迅速到达现场，指挥拍摄将第一手视频影像资料实时同步传输至应急指挥大厅，供指挥和决策。

火灾扑救后要进行森林过火面积统计、经济损失评估等。以往的森林火灾的评价及火烧迹地的恢复监测工作，主要是运用实际考察结合目视解译分类或者结合野外飞行数据获取林分结构参数的方法，该方法用于小范围地势平坦的人工林较为可行，但是对于复杂地表上的大面积林分中随机分布的过火区监测较为困难，需投入大量人力物力监测，监测效率低下很难保证时效性和周期性。随着我国航天遥感事业的发展，新兴传感器不断涌现，如高分系列卫星、资源三号01/02 星等，不仅在时间、空间、光谱分辨率上不断提升，同时可以通过立体摄影测量技术获取数字表面模型（DSM）和数字高程模型（DEM）从而获取垂直结构信息。监测能力的提升和不断丰富的国产遥感数据源增强了森林火点识别、火烧迹地面积提取、森林火灾燃烧 AGB 估算的精度，为森林火烧迹地的科学评价提供了有效的支持。此外遥感数据处理技术的不断提升，为准确识别地物信息，定量获取地物参数提供了有利的保障。丰富的数据源和良好的技术保证使得监测和评价火烧迹地恢复生长动态变化进入了一个全新的阶段[8]。

二、搭建智慧林业信息一体化平台

林业信息化平台构建的基本思路是建立起“防火、防虫害、防盗”的监管调度办公一体化平台，实现各部门网络互联互通、信息资源共享等，最终实现远程有效监管护林、及时高效处理林业案件、各部门高效协同的目的。

1.平台框架

平台框架的基本构成为“一网一库三平台”，一网即实时监控的网络设施，一库为林业信息数据库，三平台分别为实时指挥中心平台、林业地理信息平台、位置服务与调度平台。

2.建设内容

（1）视频监控系统

可通过高清晰度摄像机和大倍率镜头实时监控林区图像，热成像设备能够全天候成像，即使雾天、全黑环境也能正常成像，能够定位云台回传角度值，与地理信息系统结合，发现火情，并立即确定火灾点位置。

（2）地理信息系统

能够结合定位云台，实现野外现场采集图像与电子地图联动，对林区管辖范围内的林种、林向、树龄、物种进行管理，为扑救森林火灾提供辅助决策功能。

（3）无线传输系统

采用技术成熟、性能稳定的网桥架设无线链路，数据传输快速、连贯、可靠，适配式模块化设计，最优化空中速率，充分保证视频图像的质量，无线数字传输，可扩展性强。

（4）火情自动识别系统

利用红外热成像感温度成像原理，结合测温检测模块，可对视角内目标进行热成像，同时做火情分析，发现火点自动报警，自动识别率高，并保证较低的误报率、火情虚报率，高效智能。

三、展望

“3S”技术中，遥感能够迅速的获取大范围的空间信息，卫星定位系统能够准确获取具体定位信息，地理信息系统能对前两者的信息迅速作出反应，并进行综合管理。目前，随着空间、信息、计算机技术的迅猛发展，无疑更推进了“3S”一体化、智能化的进程[8]。这种集合了诸多高、精、尖技术的综合系统将在智慧林业中以其独有的实用性、准确性发挥着更大的作用，使用“3S”技术实时动态监测森林资源，为各地方各级政府、林业、以及相关部门及时、准确提供动态监测信息，从技术上保证“智慧林业”建设宏伟目标的实现，总结为一句话就是打造智慧林业，建设生态文明。