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林业3S技术应用综述
来源: 作者: 发布时间:2007-04-15  
摘 要:信息技术的迅猛发展和广泛应用,从根本上改变了现代社会的生存和发展环境。本文简述了地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、全球定位系统(GPS)的概念和特点,介绍3S技术在林业系统的发展过程和应用现状,提出了加速林业建设中3S技术应用的若干建议。作为一种崭新的现代技术管理手段,3S技术将在森林资源监测、营林规划设计、森林灾害预警、科学宏观决策等方面带来巨大的变革和深远的影响。
关键词: 3S;GIS;RS;GPS。

一3S系统的概念和特点:
  3S系统是地理信息系统GIS、遥感RS、全球定位系统GPS3大技术系统的总称。GIS是在计算机硬件与软件支持下,科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据,为规划、管理、决策和研究提供信息的空间信息系统,GIS的特点是能够管理空间位置数据,反映地理分布特征及其之间拓扑关系;RS是利用遥感器从空中来探测地面物体性质,最早为航空遥感,随着陆地卫星的发展,航天 (卫星) 遥感迅速崛起进入各个应用领域,航天遥感是根据不同物体对波谱产生不同响应的原理来识别地物,它具有宏观、动态性、信息丰富等特点;GPS是由美国历经20年的开发于1994年部署完毕的空间导航系统,GPS通过同时对多颗卫星进行伪距离测量来计算接收机的位置,实现全球、全天候、高清晰度的定位,作为一种现代化的技术手段,现已成为全球公用信息资源,得到广泛研究和应用[]。
2 3S系统的地位与作用
  资源和环境是人类赖以生存发展的物质基础,随着国民经济的迅速发展,对资源和环境的需求越来越高,用高新技术加强森林资源管理已经成为迫切的需要。在协调经济发展和环境保护上,在保持区域可持续发展等重要问题上,3S系统已成为不可缺少的支撑技术,应用前景极其广阔,有着深远的社会效益和巨大的经济效益。在林业上的应用主要体现在以下几个方面:
2.1 资源监测
  包括各类资源专项调查和监测。如森林资源调查和监测,野生动植物资源普查等[4-5]。
2.2 灾害预警
  用于森林灾害的预测和分析。如森林火灾分析、森林病虫害的监测等.

2.3 规划设计
  造林、速生丰产林培育及低产林改造规划、抚育采伐更新及封山育林设计等.

2.4 辅助决策
  利用3S系统,通过系列决策模型构建和比较,为林业宏观决策提供科学依据

3 3S技术在林业上的应用概况以安徽省为例

3.1 初级阶段 (1994年以前)
  追溯到20世纪60年代,国内就开始了RS(航空遥感)技术的应用,林业调查队在国有林场总体设计中大规模使用航测照片,改变调查测绘工作的方法和程序,提高了调查速度和精度;
  90年代初,林业部华东林业调查规划院在安徽省休宁县开展了"TM图像在森林资源清查中的应用研究"项目,通过一类资源清查固定样地与卫星影像图的结合,进行点对应统计分析,分别树种建立了TM图像影像特征与其单位蓄积量之间的关系,在此基础上来估测森林蓄积,取得较好的效果;
1991-1994年,林业系统各部门先后购置了以计算机为主的软硬件基础设备,采取了参观访问、专题调研、培训进修等多种方式,来加强对3S技术的认识了解,这一时期有些单位(如林业规划院、森防总站) 已经开始了GIS技术试验性研究,为新技术的应用创造条件。
  在初级阶段,安徽林业系统在RS (航空和航天遥感)、GIS等信息技术应用方面做了一些工作,基本上可以说是处于生产需要、科研需要,通过试验和应用,取得了一定成绩,积累了丰富的经验,加强了人才队伍建设,为将来掌握和应用3S技术打下了良好的基础.

3.2 发展阶段 (1994年至今)
3.2.1 组织机构建设和总体规划制订
  进入90年代以来,以计算机和通信技术为标志的信息化浪潮席卷全球,以GIS、RS、GPS为代表的空间技术进入了一个崭新的发展时期,广泛应用于国民经济的许多领域,引起林业系统各部门的高度重视,引进和发展高新技术已提到工作日程上来。
  1995年林业厅在省GIS工作委员会和省GIS中心的指导下,成立了GIS林业分中心,机构设立在省林业调查规划院,由一名业务副院长兼任中心主任,院副总工兼任中心副主任,中心与规划院为两块牌子、一套机构,有相对固定的工作人员和办公室,GIS林业分中心的成立,拉开了安徽林业系统3S技术综合利用的序幕。1998年,安徽农业大学林学院成立了GIS实验室,引进相关的软硬件设备,开设GIS专业技术课程。2001年开始,根据全国林业系统信息化工作的发展战略、总体规划以及分阶段实施方案和年度计划,以林业GIS分中心为主,结合安徽林业"十五"计划和2010年林业信息建设的远景目标,针对当前新技术利用现况,开展了"建立安徽省森林资源监测体系"可行性分析研究,确立了以GIS技术为核心,以3S系统为基础的新技术应用体系,主要包括:体系系列标准和规范;基于不同应用层次的工程管理、监督监测信息系统平台;省级基础林业空间与属性数据库、综合专业数据库、遥感数据库及工程专题数据库;全省森林资源现状及动态变化趋势;重大林业工程进展统计年报和图件等。研究报告经省林业厅审核后,已完成修改上报国家林业局。近几年来,省林业厅、安徽农业大学林学院、林业GIS中心、森防站先后外派累计30人次参加专业培训,这批同志逐步成为安徽林业系统应用先进技术的中坚力量。
3.2.2 开展3S技术应用
  近几年,结合一些大型林业外资项目及国家林业局的技术推广项目,开展了3S技术在安徽林业上的应用。现介绍如下:
  (1)1995-1996年,随着安徽省德援长防林项目的实施,项目监测中心(设在省林业规划院) 利用GIS开展监测工作,进行GIS的开发应用,编写了营林软件数据库与GIS系统的接口程序。在1997年全国德援项目座谈会上进行了演示讲解,在全国十几个同类项目省份中,安徽第一个成功引入GIS技术,获得同行的好评和国际专家组的肯定。
  (2)1997年,作为国家CPR-91-151联合国援助项目的推广省份,省厅林政资源处、林业规划院与华东林业调查规划院合作,开展了芜湖市"建立安徽省林业地理信息系统"、"利用3S技术进行二类森林资源调查"两个项目。将GIS、RS、GPS3项技术相互结合,研究3S技术在资源清查、林政管理中的应用,填补了安徽3S技术在林业上综合应用的空白。
  (3)1997-1998年度,为配合全国野生动植物普查,省林业厅成立领导组,安徽大学、安徽农业大学、安徽师范大学组建专家指导组,开展了"安徽省陆生野生动物资源调查与监测"工作。在野外调查工作中,利用GPS进行定位和导航,布设样点时将样带起点与国家森林资源清查固定样地标记重合作为起始点,并通过GPS采集点位信息,为野外调查中确定地理位置和调查线路提供了精确的数据依据。
  (4)从1998年,安徽农业大学林学院建立GIS实验室,开始筹备3S系统的教学科研活动,把3S技术的应用纳入课题范围。1999年开始,选取东至县梅村林场等地作为学院的实习点,利用TM图像开展RS实验教学。这对安徽3S系统的教学研究和后续人才培养有着极其深远的意义。
  (5)1999年度重点生态工程区资源调查中开展了大区域的RS应用,对安徽在建的四大重点生态工程区的森林资源现状进行调查,利用TM影像图对70多个县重点生态工程区森林资源现状进行判读区划,综合评价重点生态工程建设范围内各地类、森林类型面积现状,为生态工程建设体系提出合理、科学的建议。
  (6)1999年,利用RS技术开展全省部分县区森林资源二类调查,在满足成果需求、精度要求的基础上,大大缩短调查时间,减少了野外工作量,节约了经费开支。
  (7)1999年,为完善一类森林资源清查数据库,增加一类样点遥感地类数据,根据不同区域建立了对应的目视解译标志表,对全省7万个左右样地进行遥感地类判读和录入建库。
  (8)2000年,安徽省分类经营改革启动,完成全省的分类区划工作[12]。2001年,安徽纳入国家森林生态补助资金试点省份,试点面积1200万亩,第一年补助资金6000万元。按国家林业局要求,安徽以林业调查规划院为主,开展"国家重点防护林和特种用途林地理信息系统"的总体规划设计,目标是通过近几年的建设,建成一个以GIS为核心、3S技术集成的综合信息监测系统,把森林资源调查与监测及其分析研究推向现代高科技的前沿,从而使森林资源调查与监测范围扩大,周期缩短,精度提高,工作量减少,实现对森林资源数据采集、交换、管理、分析、决策的一体化、数字化和动态化。
  (9)2002年,安徽省德援二期项目(安徽省皖南生态造林扶贫项目) 正式启动实施,项目区包括青阳县、石台县、歙县和铜陵县,与一期项目比较,德方专家提出了更高的要求。省监测中心(设在林业规划院)和项目县工作人员均配备手持GPS,进行小班定点和勘界工作,所有小班进入计算机,建立包括地况因子、林况因子、经营措施、施工活动等内容的数据库,利用GIS开展项目的全程监测[13]。
  (10)利用GIS技术进行专题地图制作。例如:德援长防林项目系列图、"板桥自然保护区总体规划设计图"、"江淮分水岭脊岭地区40个较贫困乡镇分布图"、安徽省万里绿色长廊工程建设系列图等。
通过开展项目进行3S的研究和应用是行之有效的。一方面3S技术的应用提高了项目的科技含量,改变了传统的作业方式,引入了先进的技术手段,为未来的现代化林业奠定了基础;另一方面项目的开展促进了3S技术的推广应用,加强了技术人才队伍建设,增加了现代化设备投入,极大地推动了我省3S技术的发展。
4 探险家210

4.1 探险家210

   的发展,为林业现代化和科技化描绘出一幅宏伟的蓝图,采用当今最先进的技术手段,进行全新概念的数据采集和数据更新方法,从RS技术中获取多时相的遥感信息,由GPS定位和导航,进入GIS进行数据综合分析处理,提供动态的资源数据和丰富的图文数表,最终提出决策实施方案[14]。在技术上可以说是跨时段的、从天空到地表的多维"立体林业",逐步替代传统的调查、规划、监测和管理手段,使林业行业由单一粗放的经营管理模式迈上多元化、现代化、国际化的建设发展道路。在未来的10-15年中,3S技术将在以下5个方面得到更深层次的发展。
4.1.1 以GIS为基础,建立林业集成信息管理系统
  "林业地理信息系统"将逐步建立完善,开发林业的专题信息管理系统,如森林资源分布、珍稀动植物分布、自然保护区、防火、森防、灾害分布、人事档案等等,形成一个信息丰富、动态的林业集成信息管理系统[15]。
4.1.2 以环境与资源数据为基础,建立环境与资源综合监测体系
  随着环境与资源数据库的不断开发,各专题监测系统框架将初步建立,如森林资源监测、森林灾害监测、陆生野生动植物监测、湿地资源及沙化监测等,并在此基础上,形成综合监测体系[16]。
4.1.3 3S系统的科研和教学得到进一步发展
  3S系统的科研教育和人才培养机制将更加完善成熟,大专院校、科研院所及基层局站场圃进一步合作,实现前沿性开发研究和全民化普及教育的齐头并进,同时加强跨地域、跨行业的人才培训和交流,启动林业系统建设科技人才库的"摇篮工程"。
4.1.4 林业信息网络工程建设完成,3S技术的应用范围进一步拓宽
  随着林业GIS中心的进一步建设发展,逐渐建设成为林业信息的数据中心、网络中心和技术服务中心[17],通过林业信息网,定时向省政府、林业厅、省GIS中心提供最新林情,实现系统内各部门的跨地域互联以及兄弟系统间的资源数据共享[18]。
4.1.5 逐步实现预测和决策的科学化
  随着以上系统、体系、工程、网络的建立,引入决策科学及专家系统,并进行林业专题模型、预测模拟研究开发,综合形成辅助决策系统,以提供科学宏观决策。3S系统将成为"运筹帷握、决胜千里"的预测和决策手段,为领导层制定战略、全局性规划提供依据。

 


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