■馮仲科

森林資源作為生物圈必備的資源和人類賴以生存的物質基礎，如何快速、準確、高效地對森林資源信息進行獲取，實現(xiàn)森林資源的科學經(jīng)營管理與永續(xù)利用是林業(yè)工作者的工作重點。在我國，森林資源調查亦稱作“森林資源監(jiān)測”，主要包括：一類清查、二類調查、三類調查以及專業(yè)調查。其中，一類清查是為了了解宏觀森林資源現(xiàn)狀和動態(tài)，最后得到的清查結果反映了全國和各?。▍^(qū)、市）的森林資源和生態(tài)狀況，是林業(yè)方針政策、規(guī)劃、計劃的制定和調整的基礎，同時也為監(jiān)督檢查各地森林資源消長任期目標責任制奠定了基礎；二類調查是為了滿足森林經(jīng)營方案、林業(yè)區(qū)劃、規(guī)劃設計與總體設計的需求而進行的森林資源調查，其結果為建立或更新森林資源檔案、進行林業(yè)工程規(guī)劃設計、森林資源管理、制訂采伐限額、制訂林業(yè)發(fā)展規(guī)劃和國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃、實現(xiàn)森林資源資產化管理和森林生態(tài)效益補償提供了堅實的基礎；三類調查是對作業(yè)地段的森林資源、立地條件及更新情況展開的詳細調查，調查結果為造林更新、森林采伐、森林撫育等具體林業(yè)生產活動提供了重要依據(jù)；專業(yè)調查是為了滿足各項專業(yè)需求而制訂特定的調查方案，達到專項調查目的，從而為專業(yè)需求提供數(shù)據(jù)支持。

五溪山省級森林公園

森林資源調查技術體系尤其是觀測裝備和調查技術方法的發(fā)展與科學技術的進步密不可分，針對森林資源調查的各種不同需求，林業(yè)工作者所采用的調查方案體系、觀測裝備與技術方法是保證調查能夠得以順利進行的前提和關鍵，是調查數(shù)據(jù)準確可靠的重要保證。雖然三類調查方法都有其弊端和應用局限性，但是就其解決森林調查需求來講，對我國森林資源調查系統(tǒng)的建立和完善有著積極的影響。

一、我國現(xiàn)有森林資源調查技術體系評述

我國森林資源調查最早始于甘肅省洮河林區(qū)的森林資源清查，是1950年林墾部組織的。從20 世紀60年代開始，抽樣調查理論及技術、遙感技術、地理信息系統(tǒng)技術、定位導航系統(tǒng)技術等新型技術應用到林業(yè)調查中，促進了森林資源調查技術的發(fā)展，形成了我國森林資源調查技術體系的雛形。到20 世紀80年代，我國的森林資源調查基本框架才初步形成，正式提出國家森林資源調查分為三類：國家森林資源連續(xù)清查（一類調查）、森林資源規(guī)劃設計調查（二類調查）和作業(yè)設計調查（三類調查）。進入21 世紀以來，森林資源調查側重點已經(jīng)不再局限于單一測樹因子的獲取，多資源森林調查、測樹因子高效觀測以及森林觀測年度數(shù)據(jù)的獲取，逐漸成為現(xiàn)代化森林資源調查監(jiān)測的重點。

至此，我國已經(jīng)基本建成了全世界最為優(yōu)秀的森林資源調查體系，但近年來，這個體系在應對全球氣候變化，森林生態(tài)環(huán)境建設，林權改革、交易，提供年度森林資源消長狀態(tài)等方面已凸顯出諸多問題。其中，一類調查野外工作量特大，周期長（5年）；二類調查周期長（一般10年）小班面積靠以往地形圖勾繪經(jīng)驗數(shù)據(jù)，蓄積量目估或角規(guī)測定蓄積量及密度精度低，生長量無法測定；三類調查每木檢尺工作量很大；專業(yè)調查大量伐倒解析木，一些單位已不做此項基礎工作；調查裝備還在沿用光學羅盤、機械測高器、角規(guī)、測桿、皮尺等，進口裝備及GPS、GIS、RS 軟件功能單一，價格昂貴，不適合中國國情、林情；高分辨率遙感影像價格昂貴，中低分辨率遙感影像解決林業(yè)調查問題局限性很大。因此，我國森林資源調查迫切需要新理論、新裝備、新技術方案和新方法等，從而整體上破解我國已經(jīng)實際存在近30年的森林調查體系弊端，以及年度精確森林“三量”（面積量、蓄積量及生長量）數(shù)據(jù)難以獲取的瓶頸技術難題。應不斷提升森林調查科技水平，并持續(xù)吸取國內外行業(yè)先進的技術、裝備、方案、方法，完善并發(fā)明新一代的森林調查體系。目前，對于森林調查技術體系與其它自然資源調查體系的統(tǒng)一與融合問題，有許多不同的看法和說法，這需要科學的論證，而不是簡單權威否定。

二、創(chuàng)建天地空立體化國家森林觀測工程技術體系

隨著科學技術的不斷發(fā)展，在“互聯(lián)網(wǎng)+”大背景下，基于“互聯(lián)網(wǎng)+3S”思維，以森林資源的數(shù)量、質量、空間分布、動態(tài)變化為研究對象，以森林調查與監(jiān)測技術體系構建、森林觀測裝備研制、森林觀測技術方法創(chuàng)新、信息化服務平臺建設為研究內容，以大大減少森林調查野外工作量、內業(yè)建模統(tǒng)計制圖批量自動高效處理、產出國家和區(qū)域年度“三量”數(shù)據(jù)、實現(xiàn)蓄積量M/生物量B/碳儲量C 精準轉換為研究目標，創(chuàng)建新一代森林資源調查技術體系。

基于互聯(lián)網(wǎng)+遙感覆蓋+基礎地理信息+土壤+氣候氣象+微樣地信息+固定樣地信息+水文地質信息等數(shù)據(jù)，將森林生態(tài)系統(tǒng)在全球陸表依國界線按行政管理區(qū)域為省（直轄市、區(qū)）——地（市、國有大林業(yè)局）——縣（區(qū)、國有大林場），以縣（區(qū)、國有大林場）為森林資源管理的基本單元，自動區(qū)劃為營林區(qū)——林班——小班，根據(jù)已有森林起源、樹（喬、灌）種、年齡、郁閉度或株數(shù)密度、坡度、坡向級、土壤厚度7 類小班要素41 個因子，將一般縣域平均區(qū)劃小班1.68 萬個左右?；贕IS 將縣域全部小班根據(jù)調查因子聚類分析為300 個左右獨立異質化小班類小班，以縣域級為基本調查單位逐級區(qū)劃到小班及面積平差，結合已有小班區(qū)劃及卡片自動提取判讀糾正小班主要測樹因子，通過GPS 定位、定標、定時觀測獨立異質化小班，利用微樣地（5—9 棵樣木）或3D 電子角規(guī)樣點（7—10 棵樣木）精準測定統(tǒng)計林分株樹密度N、平均胸徑d、平均高H、蓄積量M、林分年齡A 等32 個小班因子。通過連年觀測微樣地，應用GIS 對應分析功能，建立互聯(lián)網(wǎng)+GIS+RS+UAV+反演模型+年度造林計劃/采伐計劃+微樣地/3D 角規(guī)樣點，依照相似性原則實現(xiàn)未實測小班反演分類計算d、H、M 等因子，預留20%—30%微樣地不參加反演模型研建，用于評定反演精度評定，平均誤差不超過5%、10%、15%時，分別評定為優(yōu)、良、合格，超過15%為不合格，進而統(tǒng)計出縣域森林調查“三量”數(shù)據(jù)。

概括來講，新一代森林資源調查技術體系較傳統(tǒng)體系有了較大的創(chuàng)新和改進，特征對比明顯，體系更具系統(tǒng)性、科學性和合理性。新一代體系從整個流程上可分為：基于“互聯(lián)網(wǎng)+”，研建國家森林調查小班數(shù)據(jù)庫；以縣域級為基本調查單位，聚類分析獨立異質化小班類小班；森林小班精準測樹技術，GPS 精準定位、定標、定時精測300 個微樣地，獲取連年小班測樹因子；研建樹種反演模型并反演統(tǒng)計未實測小班測樹因子，評定精度，進而可產出年度森林資源動態(tài)“三量”精準數(shù)據(jù)。

三、新一代資源調查技術體系關鍵技術

（一）主要理論。基于多期國家一類連清數(shù)據(jù)，應用人工智能原理和算法，擬合推估了我國喬木樹種胸徑、樹高、蓄積量、生物量、碳匯量、生長量、生產力與全國格局（經(jīng)緯度、海拔、降雨量、氣溫）、地塊結構（坡向、坡度、坡位、土壤厚度）之間的時—空質量關系模型，通過空間分析，首創(chuàng)生成了我國樹種生長速度加速度表。全國任一地塊喬木生長結構、格局指數(shù)分布圖表、全國3S 技術森林蓄積量圖、全國林地蓄積量分布圖、全國林地生產力圖、基于EC 值得全國樹種密度分布圖、全國林火火險等級模型及靜態(tài)分布圖等創(chuàng)新成果，為林業(yè)布局管理、森林資源管理、經(jīng)營方案編制、造林規(guī)劃設計提供全國尺度的基礎知識。

首創(chuàng)了森林小班精準經(jīng)營作業(yè)法，推證人工用材林最佳輪伐期；實現(xiàn)年度收益最大。在造林模式設計中，首創(chuàng)了仿天然（近自然）——異齡級——最優(yōu)密度——逐年擇伐的造林模式，應用3S 技術、拓普關系、樹冠徑幾何相切及水熱平衡方程創(chuàng)建全國任一地塊樹種最大密度模型，把現(xiàn)有人工同齡純林函數(shù)改造為異齡混交林；在已有天然林經(jīng)營中創(chuàng)建了基于無人機服務的精準經(jīng)營系統(tǒng)，研建攝影觀測構建冠型冠徑樹種胸徑模型，按樹種混交比例優(yōu)化樹種面積分布，創(chuàng)立單木樹冠競爭生長量指標（FSCG），以FSCG 最為樹木成熟年齡，優(yōu)化樹種年度面積、密度算法，實現(xiàn)天然林結構優(yōu)化，每年收獲不超過生長量的木材。

（二）主要裝備平臺。對于精準林業(yè)，北京市重點實驗室自主研發(fā)了森林樣地觀測無人機、手持式測樹超站儀、CCD 超站儀等系列森林觀測裝備及對應的后期處理軟件，發(fā)明了立木精測技術、5—9 棵樹微樣地法、3D 電子角規(guī)林分觀測法以及3D 景觀三維建模技術，研建了內外業(yè)一體化森林經(jīng)理應用與多終端服務平臺，實現(xiàn)了森林資源一、二、三類調查的信息化、智能化和自動化。開發(fā)出依托互聯(lián)網(wǎng)的縣域級林地區(qū)劃、地面小樣本抽樣高效精測系統(tǒng)，用于統(tǒng)計縣域級年度面積量、蓄積量、生長量。研建無人機造林技術平臺、無人機滅火灑藥技術體系、無人機擇伐技術體系。近期，遼陽市選用北京林業(yè)大學精準林業(yè)北京市重點實驗室研發(fā)團隊自主研制的手持式測樹超站儀等新一代森林觀測裝備，利用5—9 棵樹微樣地法/3D 電子角規(guī)林分觀測技術，對遼陽市13 個樹種、1 個灌木組 2010 個林木進行了精測：對300 余個森林微樣地進行了立木精測和小班觀測實驗，并用森林經(jīng)理應用服務平臺對森林樣地進行規(guī)劃、管理和服務。

（三）基本實踐。在北京市、甘肅省、寧夏回族自治區(qū)、福建金森、新疆自治區(qū)林業(yè)重大項目辦、旺業(yè)甸林場、平朔露天礦區(qū)、廣東云浮等全國各地的精準林業(yè)實驗項目正在穩(wěn)步推進中。精準林業(yè)為我們的經(jīng)典林業(yè)現(xiàn)代化插上了騰飛的翅膀，無人機、機器人、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算為人們高效測樹、灑藥、滅火、造林、擇伐，代替了野外繁重的體力勞動；互聯(lián)網(wǎng)+3S，使我們在辦公室就能利用生長模型和環(huán)境要素觀測出陸表任意一棵樹的實時生長狀態(tài)和精準數(shù)據(jù)，全球、國家、區(qū)域年度碳匯量可以精確預測統(tǒng)計：森林給人類帶來的環(huán)境效應、經(jīng)濟價值、社會效果可以被更精確地評估。

對我國的國民經(jīng)濟整體發(fā)展情況來說，農業(yè)一直是我國經(jīng)濟發(fā)展的基礎，而林業(yè)作為農業(yè)的重要組成部分，對我國現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展起到了重要的作用。精準林業(yè)通過大量實踐雖然已累積了很多經(jīng)驗，取得一些科研成果，但還屬于起步階段，在探索發(fā)展中仍存在一些問題。因此，我們應優(yōu)化改善精準林業(yè)技術，保證林業(yè)的整體生產質量以及生產效益都能夠得到全面提升，這也是促進國家實現(xiàn)現(xiàn)代化農業(yè)建設的關鍵。

農田林網(wǎng)