鄧　兆

(貴州省長順縣林業(yè)局，貴州 長順 550700)

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“3S”技術(shù)與平板電腦在森林資源連續(xù)清查中的應(yīng)用

鄧兆

(貴州省長順縣林業(yè)局，貴州 長順 550700)

摘要：森林資源連續(xù)清查是以掌握宏觀森林資源現(xiàn)狀與動態(tài)變化為目的，利用固定樣地為主進行定期復(fù)查的森林資源調(diào)查方法，本文應(yīng)用“3S”技術(shù)與平板電腦結(jié)合，輔助完成貴州省長順縣森林資源連續(xù)清查第七普查工作，建立森林資源連續(xù)清查第七次普查數(shù)據(jù)庫。結(jié)果表明，3S技術(shù)與平板電腦的應(yīng)用提高了森林資源連續(xù)清查的質(zhì)量和效率，實現(xiàn)林業(yè)數(shù)字化、信息化和智能化的發(fā)展，推動貴州省森林資源調(diào)查進入無紙化時代，為貴州省林業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：3S技術(shù)；無紙化；林業(yè)信息化

0引言

“3S”技術(shù)是以RS、GIS、GPS為基礎(chǔ)，將RS、GIS、GPS三種獨立技術(shù)領(lǐng)域中的有關(guān)部分與其它高技術(shù)領(lǐng)域(如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通訊技術(shù)等)有機構(gòu)成一個整體而形成的一項新的綜合技術(shù)[1]。其具有快速、實時、準(zhǔn)確地采集、存儲管理、更新、變化分析、應(yīng)用與地理空間分布有關(guān)數(shù)據(jù)的能力，在森林資源連續(xù)清查中起著重要的作用[2]。通過不同時段遙感影像的景觀分類制圖和比較，反映出森林資源動態(tài)變化的過程，這已成為森林資源調(diào)查工作中比較有效的實用工具[1]。隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，國民收入的增加，人類對資源與環(huán)境的需求越來越高，對生態(tài)環(huán)境的保護提出更高的要求，在貴州提出“既要金山銀山、又要綠水青山，綠水青山就是金山銀山” 的號角，采用先進的技術(shù)加強對森林資源和生態(tài)環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測已成為當(dāng)今時代的新常態(tài)。3S技術(shù)的發(fā)展與平板電腦的推廣應(yīng)用，將森林資源調(diào)查開發(fā)與利用、森林火災(zāi)動態(tài)監(jiān)測與病蟲害防治、森林資源調(diào)查與開發(fā)等一系列社會可持續(xù)發(fā)展問題的研究中發(fā)揮極其重要的作用。

目前這方面的工作在我國已作了許多卓成有效的研究，在圖像識別方面，已發(fā)展了基于紋理和結(jié)構(gòu)的影像識別技術(shù)[3]，地理信息系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于資源調(diào)查、區(qū)域和城鄉(xiāng)規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測、環(huán)境管理、宏觀決策等領(lǐng)域[4]。按照國家林業(yè)局、貴州省林業(yè)廳統(tǒng)一安排部署，貴州省長順縣5 a一次森林資源連續(xù)清查于2015年開展調(diào)查，全面清查長順縣森林資源的數(shù)據(jù)、質(zhì)量及森林生態(tài)現(xiàn)狀，有效提供2010～2015年全縣森林資源的消長動態(tài)變化趨勢，對森林資源生長狀況進行綜合評價，為長順縣制定、調(diào)整林業(yè)產(chǎn)業(yè)政策、編制森林經(jīng)營管理規(guī)劃提供重要依據(jù)。通過對全縣范圍內(nèi)地面固定樣地和專項生態(tài)狀況調(diào)查樣地的調(diào)查，完成石漠化、濕地資源監(jiān)測，調(diào)查長順縣森林資源的空間布局，建立和更新森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)庫，進行森林資源數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析長順縣森林資源5 a內(nèi)消長提供依據(jù)。

貴州省2015年以前共開展了6次森林資源連續(xù)清查工作，采用的是常規(guī)的調(diào)查方法。調(diào)查設(shè)備落后，一直停留在采收手持GPS及前期老隊員做向?qū)ふ覙拥兀@樣的調(diào)查方式有幾點弊端：第一是在貴州省山區(qū)，以及林分茂密的地段，手持GPS信號極差，有地方甚至沒有信號；第二是有的前期老隊員因工作需要及組織安排，調(diào)整到別的部門工作；第三是手持GPS精度較低，尋找樣地方向不具體?；谝陨先齻€方面使森林資源連續(xù)清查工作在效率上低下、經(jīng)濟上增加成本、精度上不高，影響了森林資源連續(xù)清查成果的準(zhǔn)確性、高效性。

此次森林資源連續(xù)清查采用“3S”技術(shù)與平板電腦進行無紙化調(diào)查。在提高野外調(diào)查工作質(zhì)量和效率的同時，建立了長順縣森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)森林資源連續(xù)清查進入無紙化調(diào)查時代，加快長順縣乃至全國林業(yè)信息化建設(shè)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[4-6]。

1“3S”技術(shù)在森林資源調(diào)查中的運用概況

森林資源是生態(tài)環(huán)境中的重要組成部分，具有涵養(yǎng)水分、保持水土、防風(fēng)固沙、調(diào)節(jié)氣候、保存生物物種和維護生態(tài)平衡等作用。森林資源的調(diào)查分為森林資源連續(xù)清查、森林資源二類調(diào)查、作業(yè)設(shè)計的三類調(diào)查。其中森林資源連續(xù)清查是了解森林資源的動態(tài)變化，評價人為活動對森林資源的影響，為制定林業(yè)發(fā)展規(guī)劃和方針、政策和預(yù)測森林資源的發(fā)展趨勢提供科學(xué)依據(jù)。

近年來，林業(yè)信息化、數(shù)字化發(fā)展進入一個嶄新的階段。地理信息系統(tǒng)(GIS)將計算機科學(xué)、幾何學(xué)、地理學(xué)以及各種應(yīng)用對象融為一體，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)和計算機圖形進行數(shù)據(jù)采集、存儲、編輯、顯示、轉(zhuǎn)換、分析、輸出圖形數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)。遙感(RS)將現(xiàn)地特征通過不同的色差體現(xiàn)在影像圖上，有效識別野外現(xiàn)地地物的特征。(GPS)追蹤定位，進一步提高精準(zhǔn)度。森林資源調(diào)查及管理已經(jīng)進入3S技術(shù)一體化時代，實現(xiàn)圖形、數(shù)據(jù)等信息的快速、準(zhǔn)確、高效的更新、分析和處理[5]。

3S技術(shù)為森林資源的管理提供數(shù)據(jù)的采集、存儲、資源數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，進而掌握森林資源的分布狀況，森林資源的質(zhì)量、數(shù)量等相關(guān)信息，為森林資源管理者提供多種優(yōu)化方案，明確目的，建立模型，提高決策效益和決策能力，為實現(xiàn)集約經(jīng)營、科學(xué)管理、林業(yè)可持續(xù)發(fā)展和森林管理水平[7]。促使3S技術(shù)在林業(yè)領(lǐng)域上的推廣應(yīng)用。

2數(shù)據(jù)的收集與處理

2.1森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)庫的建立

森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)庫以2010年布設(shè)的樣地為基礎(chǔ)，貴州省按照4 km×8 km間距布設(shè)面積為0.0667 hm2的方形固定樣地，長順縣共有48個樣地點。按照20 km×20 km間隔在全省固定樣地中抽取專項生態(tài)狀況調(diào)查樣地，長順縣共計4個樣地。采用ARCGIS9.3軟件將2010年布設(shè)的樣地點的GPS坐標(biāo)矢量化成樣地點圖層，將前期(2010年)樣地屬性因子鏈接到矢量化點圖層的屬性因子表中，建前期數(shù)據(jù)庫，再根據(jù)對應(yīng)的屬性因子建立本期(2015年)屬性因子表，本期增設(shè)GPS航跡調(diào)查、樣地前景、中景、近景照片調(diào)查，詳見表1。

表1　樣地因子調(diào)查

2.2地形圖及遙感影像的處理

森林資源連續(xù)清查工作采用北京地林偉業(yè)科技股份有限公司開發(fā)的貴州省森林資源連續(xù)清查系統(tǒng)進行野外調(diào)查及內(nèi)業(yè)資料處理，其系統(tǒng)是以“3S”技術(shù)為基礎(chǔ)，建立在Android4.0軟件平臺上開發(fā)的無紙化調(diào)查，平板電腦識別柵格投影格式的地形圖及遙感影像圖，通過ARCGIS9.3將單幅地形圖、影像圖裁剪到掉白邊，進行無縫拼接，再將原本為80投影坐標(biāo)系的圖幅柵格投影54地理坐標(biāo)系下，及實現(xiàn)基于對象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的海量影像空間數(shù)據(jù)存儲[6-7]，見表2、表3。

表2　拼接數(shù)據(jù)表

表3　遙感影像拼接效果圖

3數(shù)據(jù)采集與更新

3.1貴州省森林資源連續(xù)清查系統(tǒng)軟件的安裝及數(shù)據(jù)拷貝

貴州省森林資源連續(xù)清查系統(tǒng)是為快速實現(xiàn)貴州省森林資源數(shù)據(jù)的收集及成果統(tǒng)計等主要業(yè)務(wù)需求而開發(fā)的一套系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括桌面端和移動端外業(yè)系統(tǒng)，桌面端系統(tǒng)為前期數(shù)據(jù)導(dǎo)入、樣地分配、數(shù)據(jù)下發(fā)、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)批量修改、后期數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)邏輯檢查、生成樣地調(diào)查卡片等工作。移動端用于外業(yè)無紙化調(diào)查，主要對樣地進行實地調(diào)查、樣地因子錄入，拍攝實地照片等。

將貴州省森林資源連續(xù)清查系統(tǒng)分別安裝在電腦桌面端和平板移動端，并把調(diào)查樣地點數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入桌面端，將數(shù)據(jù)下發(fā)成南、北兩部分，北部由第一工組調(diào)查，南部由第二工組調(diào)查。然后將下發(fā)數(shù)據(jù)及處理好的地形圖及遙感影像圖拷貝到移動端安裝調(diào)查軟件的相應(yīng)目錄下，實踐中可利用遙感數(shù)據(jù)快速取得地面資料的特征并解釋它的內(nèi)容[8-10]。

3.2樣地點的調(diào)查3.2.1樣地復(fù)位與定位調(diào)查

依據(jù)地形圖、遙感影像和前期調(diào)查記錄的描述，利用森林資源連續(xù)清查系統(tǒng)的GPS導(dǎo)航，以顯示啟動點到樣地的距離和方位為向?qū)?，向樣地實際坐標(biāo)位置移動，找到樣地點所在位置，找到樣地點的西南角標(biāo)樁，待GPS信號穩(wěn)定達(dá)到三維狀態(tài)后定位，采集樣地西南角坐標(biāo)及尋找樣地西南角的航跡。通過對前期調(diào)查人員制定的樣地的定位物、西北角、東北角、東南角及中心“十字”用羅盤儀進行周界測量，現(xiàn)地計算出樣地周界測量誤差，直至達(dá)到誤差允許范圍內(nèi)，樣地復(fù)位。并在調(diào)查樣地的各個角埋設(shè)相應(yīng)的調(diào)查標(biāo)志及制定固定標(biāo)志，在樣地位置圖欄現(xiàn)場勾繪樣地位置圖，描述樣地特征說明，對樣地進行樣地因子、植被調(diào)查、天然更新調(diào)查、及未成林造林地調(diào)查、拍攝樣地全景、中景、近景、工作合影照。

3.2.2樣木復(fù)位調(diào)查

樣地周界復(fù)位完成后，對樣地內(nèi)的前期活立木和本次進界樣木進行對照復(fù)位和調(diào)查，前期活立木主要根據(jù)鋁牌樹號，樣木定位方位角和水平距、樣木位置圖和相對位置、樹種、前期胸徑等綜合確定，經(jīng)對胸徑復(fù)測、前期樹種、胸徑均無誤測者為復(fù)位樣木。對已采伐、枯死枯倒的樣木，采集現(xiàn)場照片；本期進界胸徑5cm以上的樣木對其進行方位角、水平距、胸徑測量，樣木號以樣地內(nèi)樣木最大號續(xù)編，樣地內(nèi)的樣木依次在距地面10cm處上坡位的樹干基部釘上對應(yīng)編號的鋁牌。

3.2.3平均木的計算及測定

樣木調(diào)查完成后，貴州省森林資源連續(xù)清查系統(tǒng)移動端軟件附有自動計算功能，點擊計算工具，軟件將其樣地的平均木推薦依次羅列出來，根據(jù)推薦的樣木對其進行樹高測定。

4數(shù)據(jù)的檢查及分析

4.1成果數(shù)據(jù)的檢查

樣地調(diào)查完后，森林資源連續(xù)清查系統(tǒng)移動端與桌面端均有各項屬性因子邏輯填計范圍，對其填計的屬性因子進行邏輯檢查，移動端的邏輯檢查系統(tǒng)提示了外業(yè)調(diào)查因子的填計的正確與否，充分考慮了外業(yè)調(diào)查的數(shù)據(jù)的正確性，確保調(diào)查工作的準(zhǔn)確性、完整性、有效性。提高了外業(yè)調(diào)查的工作效率。

4.2調(diào)查結(jié)果分析

本次森林資源連續(xù)清查初次采用了3S技術(shù)與平板電胸結(jié)合，開啟了森林資源調(diào)查進入無紙化時代，通過地形圖、影像圖、GPS導(dǎo)航，方便快捷的找到樣地所處的地理位置，在最短的時間內(nèi)到達(dá)樣地，解決了以往找樣地困難的問題，同時調(diào)查系統(tǒng)移動端開發(fā)出周界測量時傾斜角、斜距與水平距；樣木胸徑與平均胸徑之間的計算關(guān)系；桌面端開發(fā)出自動生成卡片功能，通過表3可知：樣地調(diào)查用時在2010年用時基礎(chǔ)上縮短了一半，手持GPS找到樣地點用時是平板電腦用時的2倍。外業(yè)調(diào)查采用3S技術(shù)與平板電腦相結(jié)合，大大提高了外業(yè)調(diào)查的工作效率，GPS采集精度，確保森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。全縣共計用時由2010年的75 d減少至2015年的35 d，整整縮短了40 d。內(nèi)業(yè)采用森林資源連續(xù)清查桌面端進行邏輯檢查，自動生成卡片，由2010年手工填計卡片用時48h縮短至2015年用時的1h，而且自動生成的卡片效果清潔、工整、規(guī)范、美觀。同時通過3S技術(shù)與平板電腦的平臺，建立起了森林資源連續(xù)清查矢量數(shù)據(jù)庫，進而推進森林資源數(shù)據(jù)進入數(shù)字化管理，使用方便、快捷、高效，有效推動林業(yè)事業(yè)進入無紙化、信息化、精準(zhǔn)化的發(fā)展。

表4　調(diào)查樣地用時統(tǒng)計表

5應(yīng)用效果分析

貴州省森林資源連續(xù)清查第七次復(fù)查很好的將森林資源調(diào)查推上了無紙化調(diào)查時代，將“3S”技術(shù)搭建在平板電腦基礎(chǔ)上，應(yīng)用了GPS導(dǎo)航快速找到樣地點，應(yīng)用GIS技術(shù)建立起森林資源連續(xù)清查圖形數(shù)據(jù)庫及屬性數(shù)據(jù)庫?！?S”技術(shù)與平板電腦的結(jié)合應(yīng)用，完成了貴州省森林資源連續(xù)清查工作，有效提高了工作效率，一定程度上推動貴州省林業(yè)的數(shù)字化、智能化和無紙化調(diào)查，為貴州省乃至全國林業(yè)信息化建設(shè)發(fā)展提供了強有力的資源保障與技術(shù)保障，促進森林資源經(jīng)營管理更好更快發(fā)展[8-9]。

5.1“GPS”技術(shù)的應(yīng)用

貴州省森林資源連續(xù)清查第七次復(fù)查采用的是北京54坐標(biāo)系，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，將WGS84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成北京54坐標(biāo)系，結(jié)合平板電腦安裝的貴州省森林資源連續(xù)清查移動端軟件的GPS定位導(dǎo)航功能，確定轉(zhuǎn)換參數(shù)，精準(zhǔn)的使用北京54坐標(biāo)的5參數(shù)，解決了手持GPS信號差、精度不高的難題，大幅提升了森林資源連續(xù)清查的工作效率，為森林資源動態(tài)監(jiān)測提供了有力保障。

5.2“RS”技術(shù)的應(yīng)用

遙感影像是反映森林植被不同特征的體現(xiàn)，根據(jù)地物波普的特征，遙感影像反映地物的大小、顏色、形狀和紋理等特征，結(jié)合現(xiàn)地核實，有效推斷同一類型、同一特征的表現(xiàn)，判定樣地因子，完成森林資源調(diào)查遙感判讀工作。

5.3“GIS”技術(shù)的應(yīng)用

“GIS”技術(shù)在森林資源連續(xù)清查的應(yīng)用，很好的建立的資源數(shù)據(jù)庫，并借助“RS”技術(shù)，將資源數(shù)據(jù)庫與遙感影像在ArcGIS平臺上進行疊加，推動了森林資源動態(tài)監(jiān)測的管理，森林資源數(shù)據(jù)的更新提供有力條件，實現(xiàn)了物理結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的完整統(tǒng)一與集成[11-13]，為森林資源連續(xù)清查工作奠定了堅實的基礎(chǔ)。

6結(jié) 論

森林資源連續(xù)清查是通過抽樣的調(diào)查方法來獲取資源數(shù)據(jù)，抽樣調(diào)查時以數(shù)理統(tǒng)計理論為基礎(chǔ)建立的森林資源林分調(diào)查方法，精度受到被抽樣的個體影響較大，這要在樣地調(diào)查時要求精度特別高，通過遙感技術(shù)判讀地類、GPS定位樣地點、ARCGIS9.3建立矢量數(shù)據(jù)庫，高效、準(zhǔn)確的將森林資源動態(tài)變化、資源分布體現(xiàn)到空間位置上來，為制定森林經(jīng)營管理方案、森林采伐限額、林地開發(fā)利用等方面提供有效的依據(jù)。

本次貴州省首次采用“3S”技術(shù)與平板電腦結(jié)合進行森林資源連續(xù)清查，通過調(diào)查成果分析表明，該技術(shù)的應(yīng)用，推動了貴州省森林資源連續(xù)清查的工作效率，節(jié)約了野外調(diào)查的經(jīng)濟成本，提高了內(nèi)業(yè)資料的質(zhì)量，建立了一套健全、完整的森林資源連續(xù)清查矢量數(shù)據(jù)庫，使林業(yè)資源數(shù)據(jù)進入了數(shù)字化、信息化的發(fā)展，同時推動林業(yè)調(diào)查進入無紙化時代，響應(yīng)貴州大數(shù)據(jù)的發(fā)展。

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Application of “3S”Technology and TabletComputer in National Forest Inventory

Deng Zhao

(Changshun County Forestry Bureau of Guizhou Province，Changshun 550700，Guizhou Province)

Abstract：Forest resource continuous investigation is to grasp the macro forest resource status and dynamic change，which mainly uses fixed sample plots to regularly review the forest resources.In this paper，“3S” technology was combined with the tablet to aid in the seventh census of forest resource continuous investigation in Changshun county of Guizhou province and the forest resources inventory survey database was established.The application results showed that the application of 3S technology and tablets improved the quality and efficiency of the forest resource continuous investigation，and achieved the development of forestry digitization，informationization，and intelligence，which can promote forest resources investigation into the paperless era in Guizhou，and lay a solid foundation for forestry modernization in Guizhou province.

Keywords：3S technology；paperless；forestry informationization

中圖分類號：S S127;S288;X171.1

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-005X(2016)03-0027-05

作者簡介：第一鄧兆,學(xué)士，助理工程師。研究方向:森林資源保護與建設(shè)、3S技術(shù)在林業(yè)中的應(yīng)用。E-mail：450080753@qq.com

收稿日期：2015-11-23

引文格式：鄧兆.“3S”技術(shù)與平板電腦在森林資源連續(xù)清查中的應(yīng)用[J].森林工程，2016，32(3)：27-31.