張磊

森林資源的管理對踐行生態(tài)文明建設(shè)具有重大意義，高分辨率遙感的應(yīng)用，極大提升管理的效率

在林業(yè)領(lǐng)域中，高分辨率影像的運用主要集中在森林動態(tài)監(jiān)測、森林樹種識別、森林植被物理參數(shù)反演、森林災(zāi)害監(jiān)測以及森林質(zhì)量評估。

森林動態(tài)監(jiān)測

森林動態(tài)監(jiān)測就是利用遙感數(shù)據(jù)范圍大、多尺度的特點，運用一定的數(shù)學(xué)方法、變換分析來檢測遙感影像是否發(fā)生變化以及變化的程度大小。動態(tài)監(jiān)測的結(jié)果可以用來揭示森林群落的演替機制與規(guī)律，預(yù)測森林資源的變化，培育森林資源，對實現(xiàn)森林資源的可持續(xù)利用具有重大作用。而且，高分辨率遙感在數(shù)據(jù)的精度上已經(jīng)達(dá)到了亞米級，在森林資源動態(tài)監(jiān)測中，能夠更好地捕捉到森林資源的細(xì)微變化，對智慧林業(yè)的精細(xì)化管理具有重大意義。

森林樹種識別

森林樹種識別是指利用不同地物種具有不同光譜信息的特點，對森林內(nèi)的不同樹種進(jìn)行光譜識別，為林業(yè)資源的調(diào)查和管理提供可靠的依據(jù)。由于森林樹種之間存在著一定的相似性，往往會出現(xiàn)“同物異譜，異物同譜”的現(xiàn)象，因此在實際的應(yīng)用中，利用高分辨率遙感影像具有的豐富紋理特征，將光譜信息、紋理信息、地形特征以及環(huán)境等結(jié)合在起來，極大提升了樹種識別的準(zhǔn)確度。

森林物理參數(shù)反演

森林植被的物理參數(shù)主要有植被的樹高、胸徑、冠幅、郁閉度、葉面積指數(shù)等，這些是森林資源調(diào)查的基礎(chǔ)。

樹高是林層劃分的重要依據(jù)之一，不僅反映著森林的生產(chǎn)力，還可用于確定立木材積和材積生長率。國內(nèi)外運用高分辨率遙感技術(shù)對樹高的反演主要是通過激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的判別和提取、植被指數(shù)等波段比值或單波段反射率統(tǒng)計模型、立體像對及數(shù)字表面模型（DSM）與數(shù)字高程模型（DEM）的空間相差模型以及點云和波形特征值的統(tǒng)計模型。

胸徑是直接反映材積的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的胸徑的測量主要是通過輪尺、直徑卷尺和檢徑尺直接進(jìn)行測量，效益低下。使用高分辨率遙感影像不僅可以快速獲取大范圍的樹木胸徑，極大地提升了工作效率，還可以保證提取的精度。提取的主要手段是通過激光雷達(dá)掃描獲取三維點云來估算。

樹冠是樹木光合作用最主要的場所，對冠幅進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷和研究，可以更好地用來監(jiān)測樹木的長勢，預(yù)測樹木的生物量和蓄積量。冠幅的提取主要通過高分辨率影像的多尺度冠幅分割與面向?qū)ο笮畔⑻崛　?/p>

郁閉度是反映林分光能的利用程度，確定撫育間伐、主伐更新和控制采伐強度的重要參考，也是判定森林狀況和進(jìn)行森林碳儲量、蓄積量和生物量估測的重要指標(biāo)。過去人們基于遙感技術(shù)來獲取森林郁閉度的研究，主要通過影像灰度值的變化以及灰度比值來進(jìn)行估測，但是灰度值的變化極易受到緯度和太陽高度角的影響。高空間分辨率遙感技術(shù)的引入，產(chǎn)生了運用圖像紋理特征信息對森林郁閉度進(jìn)行提取的方法，解決了原有的缺陷問題。

葉面積指數(shù)是估計植物冠層功能的重要參數(shù)，也是陸地生態(tài)、水文模型中不可或缺的植被參數(shù)。葉面積指數(shù)的遙感反演的算法主要分為經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀⑽锢砟Ｐ秃蜋C器學(xué)習(xí)三種方法。高分辨的遙感可以在機器學(xué)習(xí)算法中提供更多精確的樣本，對反演精度的提升，具有重要的作用。

森林災(zāi)害監(jiān)測

通過遙感手段監(jiān)測的主要有火災(zāi)與病蟲害監(jiān)測。

森林火災(zāi)是影響森林生態(tài)系統(tǒng)最為嚴(yán)重的災(zāi)害類型之一，不僅造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，還會改變整個生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)過程和碳分布格局，破壞全球生態(tài)系統(tǒng)平衡。當(dāng)前應(yīng)用于森林火災(zāi)監(jiān)測的高空間分辨率光學(xué)衛(wèi)星，主要有中國環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星、高分系列衛(wèi)星、美國Landsat系列、歐洲Spot系列衛(wèi)星等。2018年6月2日，大興安嶺汗馬國家級自然保護(hù)區(qū)和內(nèi)蒙古阿巴河林場相繼發(fā)生森林火災(zāi)?；馂?zāi)發(fā)生后，及時啟動衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)獲取機制，利用氣象衛(wèi)星、高分四號衛(wèi)星及多個極軌光學(xué)、SAR衛(wèi)星數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮各類衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)優(yōu)勢，開展森林火災(zāi)火點實施監(jiān)測及火燒跡地監(jiān)測，為火災(zāi)應(yīng)急撲救提供數(shù)據(jù)支撐。

森林病蟲害是森林健康的大敵，影響著森林的可持續(xù)發(fā)展，每年直接或間接地造成經(jīng)濟(jì)損失，被稱為“無煙火的森林火災(zāi)”。傳統(tǒng)的病蟲害的監(jiān)測只能通過觀察來判斷，不僅浪費人力、財力、物力，有時還出現(xiàn)誤判，導(dǎo)致錯過了最優(yōu)的防治和治療時期。通過高分辨遙感技術(shù)可以快速、大范圍地監(jiān)測，極大地提升了監(jiān)測的效率，同時能夠及時準(zhǔn)確地反饋病蟲害信息。我國早在1978年就利用航天遙感技術(shù)對云南騰沖地區(qū)的松葉蜂災(zāi)害開始了監(jiān)測，并測定了健康木與蟲害木的光譜特征。

森林質(zhì)量評估

森林質(zhì)量的評估主要分為森林蓄積量和森林生物量兩個方面。

森林蓄積量是反映森林資源的豐富程度、衡量森林生態(tài)環(huán)境優(yōu)劣的重要依據(jù)，也是一個國家或地區(qū)森林資源總規(guī)模和水平的基本指標(biāo)之一。森林蓄積量的估算主要基于森林調(diào)查實測胸高斷面、樹高、樹種等信息得到實測蓄積量值，利用光學(xué)高分辨率遙感與微波遙感或多源數(shù)據(jù)相結(jié)合，依據(jù)光譜信息、紋理信息和環(huán)境地形因子，建立描述非線性關(guān)系的模型算法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等機器學(xué)習(xí)模型。

森林生物量是衡量生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的重要指標(biāo)，也是研究森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要基礎(chǔ)。森林生物量估測大多基于實測胸徑、胸高等調(diào)查數(shù)據(jù)，根據(jù)不同樹種的異速生長方程計算得到。

存在的不足

雖然高分辨率遙感數(shù)據(jù)相比于低分辨率的遙感數(shù)據(jù)而言，具有豐富的空間信息，但是也存在一定的不足之處。第一，高分辨率影像由于數(shù)據(jù)量大，對處理高分辨率影像數(shù)據(jù)的機器性能要求高得多。第二，高分辨率影像價格昂貴。第三，分辨率提升的同時，光譜波段有所減小。當(dāng)然，上述問題將會隨著遙感技術(shù)的進(jìn)步而逐步解決，高分辨率遙感技術(shù)在各林業(yè)的應(yīng)用將會繼續(xù)深入。

（作者單位：山東省青島市森林病蟲害防治工作站）