音振興

（東華（安徽）生態(tài)規(guī)劃院有限公司，安徽 合肥 230088）

森林生態(tài)系統(tǒng)是地球生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，而地球又是人類社會賴以生存的家園；加強森林經(jīng)營，提升森林質(zhì)量不僅是踐行“綠水青山就是金山銀山”理念的具體行動，也是推動林業(yè)生態(tài)建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展的重要舉措。我國森林面積較大且分布不均，要強化管理就必須采取恰當?shù)拇胧?。?yīng)用科技手段對森林資源進行動態(tài)監(jiān)測，可以大大提高林業(yè)生產(chǎn)效率，降低林業(yè)災(zāi)害損失，為管理和監(jiān)控森林提供巨大的幫助，對自然資源保護具有重要意義[1]。

1 3S技術(shù)概述

3S 技術(shù)主要指 RS 技術(shù)、GIS 技術(shù)、GPS 技術(shù)。

RS 遙感技術(shù)是上世紀60 年代興起的一種探測技術(shù)，也是綜合性較強的技術(shù)[2]。主要是根據(jù)電磁波的理論，應(yīng)用各種傳感儀器對遠距離目標所輻射和反射的電磁波信息進行收集、處理，并最后成像，從而對地面各種景物進行探測和識別的一種綜合技術(shù)。RS 遙感技術(shù)在目前針對地球環(huán)境及地球資源的管理和監(jiān)督當中的應(yīng)用已經(jīng)極為普遍。熟練運用該項技術(shù)有助于對森林資源及時監(jiān)測，對森林發(fā)生的變化進行及時排查。目前，我國已發(fā)射了多顆遙感衛(wèi)星，包括最新發(fā)射的高分十三號衛(wèi)星。高分衛(wèi)星的實時動態(tài)遙感觀測成果已投入使用，不斷為國土普查、環(huán)境治理、資源監(jiān)測和綜合防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域提供信息服務(wù)。

GPS 定位技術(shù)是一種利用物理上的有關(guān)精確原理進行測量的全球性質(zhì)的定位系統(tǒng)和追蹤系統(tǒng)。GPS 定位技術(shù)起源于美國，自發(fā)明以后，被世界各國陸續(xù)投入使用。2020 年6 月我國北斗衛(wèi)星已完成全球組網(wǎng)并投入使用，在我國林業(yè)保護中更是起到了不可替代的作用[3]。

GIS 地理信息系統(tǒng)技術(shù)，也是林業(yè)信息化建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)[4]。主要是對地球表面空間信息進行采集、處理、存儲、查詢、分析和顯示的計算機系統(tǒng)，是以計算機圖形圖像處理、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、測繪遙感技術(shù)及現(xiàn)代數(shù)學(xué)研究方法為基礎(chǔ)，集空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)于一體的綜合空間信息系統(tǒng)。主要軟件ArcGIS在林業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[5]。

2 3S技術(shù)在森林火災(zāi)普查中應(yīng)用

2.1 森林火災(zāi)風險普查的意義

森林火災(zāi)風險普查是全國自然災(zāi)害綜合風險普查的重要內(nèi)容之一。主要目的是摸清全國森林火災(zāi)風險隱患底數(shù)，查明重點區(qū)域的防災(zāi)抗災(zāi)能力，建立分類型、分區(qū)域、分層級的森林火災(zāi)風險普查數(shù)據(jù)庫，進一步夯實精準防控森林火災(zāi)的基礎(chǔ)，掌握區(qū)域范圍內(nèi)林地可燃物載量，摸清火災(zāi)風險底數(shù)，科學(xué)制定森林防火區(qū)劃，模擬推演森林火災(zāi)發(fā)生規(guī)律，為有效預(yù)防和減少森林火災(zāi)發(fā)生率提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與依據(jù)。

2.2 3S 技術(shù)在森林火災(zāi)普查中應(yīng)用

在森林火災(zāi)風險普查的具體應(yīng)用中，3S 技術(shù)的使用一般可以分為3 個步驟。首先，及時對相關(guān)信息進行全面采集整理，對調(diào)查數(shù)據(jù)進行投影變換、格式轉(zhuǎn)換等處理，并疊加RS 影像、各種矢量圖進行邊界修正形成調(diào)查底圖，供外業(yè)調(diào)查與驗證；其次，將上述收集到的信息導(dǎo)入GPS 且利用其導(dǎo)航實地進行可燃物調(diào)查與野外火源點采集，在GIS 系統(tǒng)中形成數(shù)據(jù)庫；最后，利用GIS 系統(tǒng)對前兩個步驟所做的工作進行歸納整理，結(jié)合各地林業(yè)的實際情況，做出火災(zāi)危險等級、減災(zāi)能力等分析評價，提出森林火災(zāi)防治區(qū)劃方案。

3 調(diào)查區(qū)域概況

歙縣地處皖南山區(qū)，新安江上游，地跨 119°14′48″～118°53′50″E，29°30′25″～30°7′30″N，屬安徽省重點林區(qū)縣、森林防火Ⅰ類縣[6]。全縣位于中亞熱帶北緣，中低山丘陵區(qū)；西北部為黃山山脈，東北部為天目山脈，東南部白際山脈連成一片，中間為新安江、練江等河谷盆地?？h域內(nèi)植被資源較為豐富，具有南北交匯過渡帶特色，植物種類繁多。由于歷史原因和長期人為活動，原始森林植被基本被天然次生林、人工林所替代?，F(xiàn)有主要森林類型為常綠闊葉林、常綠和落葉闊葉混交林、落葉闊葉林等。主要組成樹種有：青岡櫟（Cyclobalanopsis glauca）、苦櫧（Castanopsis sclerophylla）、甜櫧（Castanopsis eyrei）、杉木 （Cunninghamia lanceolata）、馬尾松（Pinus massoniana）、毛竹（Phyllostachys pubescens）等。全縣林地面積184 134.4 hm2，森林覆蓋率82.96%，林木綠化率86.84%。非林地主要分布在歙績休盆地和新安江及主要支流谷地。

4 普查方法及步驟

4.1 普查方法

充分利用森林資源管理“一張圖”、一類清查、二類調(diào)查、國土“三調(diào)”等專項調(diào)查形成的相關(guān)數(shù)據(jù)、資料和圖件成果，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基本調(diào)查單位，遵循“內(nèi)外業(yè)相結(jié)合”的原則，采取全面調(diào)查與抽樣調(diào)查相結(jié)合的方法，利用數(shù)據(jù)匯集整理、檔案查閱、遙感解譯等多種調(diào)查技術(shù)手段開展。

4.2 資料收集與加工

4.2.1 基礎(chǔ)資料

范圍所涉及1∶10 000 的地形圖、《歙縣林地保護利用規(guī)劃（2010—2020 年）規(guī)劃》、森林資源管理“一張圖”、衛(wèi)星遙感影像、全縣以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位的行政區(qū)劃界線。

4.2.2 硬件配置

RTK（載波相位差分儀）、無人機、胸徑卷尺、羅盤儀、標桿、皮尺、測高器、記錄板、臺式電子秤、懸式電子秤、取樣設(shè)備、平板電腦、PC 機、掃描儀、打印機、計算器等。

4.2.3 軟件平臺

圖像處理軟件采用ArcGIS10.2、掌上GIS、HandGIS 等。

4.2.4 資料加工

采集遙感影像數(shù)據(jù)，以最近的空間分辨率在2 m左右的多光譜影像數(shù)據(jù)和優(yōu)于1 m 高分辨率數(shù)據(jù)為主，時相以4～9 月生長季為主。經(jīng)輻射校正、幾何校正、圖像增強等處理，提取植被指數(shù)、紋理信息等因子，疊加森林火災(zāi)調(diào)查的覆蓋范圍邊界數(shù)據(jù)，制作工作影像底圖。利用無人機拍攝的正射影像疊加大樣地邊界，進行斑塊區(qū)劃。

4.3 樣地區(qū)劃與布設(shè)

結(jié)合森林資源“一張圖”數(shù)據(jù)和遙感影像，依據(jù)植被分區(qū)、森林起源、齡組、郁閉度、優(yōu)勢樹種5 項指標進行分層抽樣布設(shè)森林可燃物標準地（面積25.82 m×25.82 m），并在標準地中選取10%的具有代表性的喬木林樣地，以共用西南角點的方式，布設(shè)森林可燃物大樣地（面積500 m×500 m）。對大樣地采用無人機航拍正射影像，結(jié)合歙縣森林資源管理“一張圖”、地形圖等資料，按照地類、起源、優(yōu)勢樹種、齡級、郁閉度、林型6 項因子在大樣地內(nèi)區(qū)劃林分型圖斑，并在圖斑內(nèi)按照規(guī)程要求選取有代表性的點布設(shè)不同數(shù)量的角規(guī)點。按照全省統(tǒng)一抽樣部署，歙縣全縣共布設(shè)77 個標準地和8 個大樣地。

4.4 樣地驗證

如圖1 所示，根據(jù)標準地布點圖GPS 坐標，采用RTK 或平板電腦等工具導(dǎo)航到布點樣地，到達樣地位置后，按照森林分層抽樣因子對林地現(xiàn)狀進行核實，對符合抽樣因子的樣地，使用標寫樣地編號的PVC 管固定西南角位置，并用GPS 儀器采集到達樣地的最便捷航跡，以便于后期調(diào)查人員迅速定位。對不符合抽樣因子的樣地，在相同分層中重新尋找合適的小班，采集坐標后上報省森林資源監(jiān)測中心審核。本次標準地現(xiàn)地驗證總數(shù)量為77 個，其中現(xiàn)狀符合抽樣調(diào)查類型層屬性的15 個，占歙縣標準地總個數(shù)的19.5%；現(xiàn)狀不符合抽樣調(diào)查類型層屬性的62 個，占歙縣標準地總個數(shù)的80.5%。

圖1 歙縣樣地分布

4.5 樣地調(diào)查

圖2 技術(shù)路線

將標準地與大樣地布點圖導(dǎo)入RTK，導(dǎo)航前往樣地位置進行數(shù)據(jù)與樣品采集，并記錄樣地坐標。

4.6 重要火源點調(diào)查

以最新森林資源“一張圖”數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用ArcGIS10.2 中緩沖工具對林區(qū)邊界做緩沖區(qū)分析，并設(shè)置緩沖距離為100 m，生成調(diào)查區(qū)域圖層。對區(qū)域內(nèi)工礦企業(yè)、廟宇、旅游景點、公墓等采用現(xiàn)場調(diào)查GPS 記錄坐標，散葬墳?zāi)共捎酶呖臻g分辨率遙感影像進行人工判讀加現(xiàn)場核驗方法提取，共調(diào)查重要火源點68 015 個，具體結(jié)果如表1 所示。

表1 歙縣重要火源點調(diào)查結(jié)果匯總/個

（續(xù)表1）

4.7 建立數(shù)據(jù)庫

依據(jù)調(diào)查結(jié)果，在ArcGIS 10.2 中建立森林火災(zāi)風險普查數(shù)的文件地理數(shù)據(jù)庫，并分別建立不同調(diào)查項目的要素數(shù)據(jù)集，各要素屬性分別對應(yīng)，圖與數(shù)據(jù)庫可以聯(lián)動修改與查詢，見圖3，可為后期繪制可燃物載量分布圖、林區(qū)野外火源分布圖、綜合減災(zāi)能力分布圖等提供支持。

圖3 數(shù)據(jù)庫屬性查詢界面

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

本次使用無人機遙感影像進行大樣地區(qū)劃，極大提高了調(diào)查的便利性與準確性。對比衛(wèi)星遙感技術(shù)，無人機遙感技術(shù)不但具有及時性和準確性，還可以到達人力很難到達的林區(qū)，可以實時監(jiān)測森林資源狀況，極大提高林業(yè)工作效率[7]。3S 技術(shù)目前在林業(yè)工作中得到普遍的應(yīng)用，也逐步改變了傳統(tǒng)林業(yè)管理較粗放的困境，但在林業(yè)調(diào)查方面的應(yīng)用尚顯不足，仍有很大的發(fā)展與進步空間，亟待加大其在林業(yè)調(diào)查領(lǐng)域的應(yīng)用與推廣。

5.2 討論

雖然在森林火災(zāi)普查中充分利用3S 技術(shù)可以較好地解決地底圖獲取、內(nèi)業(yè)判讀、小班區(qū)劃、樣地布設(shè)、現(xiàn)場定位等問題，極大提高了林業(yè)調(diào)查的便利性與可靠性，但同時仍然存在一些問題，主要有：

（1）普通GPS 便于攜帶，但無法達到本次可燃物調(diào)查30 cm 的精度要求；RTK 精度可達厘米級但儀器笨重，外業(yè)調(diào)查時不易攜帶且受地形與氣候影響較大，遇到郁閉度高的林分或可視天空范圍狹小時RTK 很難達到固定解。

（2）RS 遙感數(shù)據(jù)受時間與空間分辨率限制，其清晰度與時效性均不理想。內(nèi)業(yè)進行如墳?zāi)沟然鹪袋c判讀時異物同譜現(xiàn)象普遍存在，導(dǎo)致判讀結(jié)果與實際產(chǎn)生偏差，且林業(yè)部門較難獲取最新高清的影像；可燃物調(diào)查時RS 遙感數(shù)據(jù)與無人機航拍影像應(yīng)用主要是進行小班區(qū)劃，無法做到樹種識別及定量測量。

（3）GIS 系統(tǒng)在林業(yè)中應(yīng)用不充分，圖表沒有進行有機結(jié)合，無法直接使用。普查中發(fā)現(xiàn)很多數(shù)據(jù)如林區(qū)重要火源點、防火設(shè)施等，林業(yè)部門雖已作了大量收集工作但并未記錄坐標整理成GIS 數(shù)據(jù)庫，使用時還需進行外業(yè)調(diào)查，造成資源浪費；林業(yè)常用的GIS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能單一，未實現(xiàn)與GPS、RS 系統(tǒng)集成應(yīng)用，難以滿足林業(yè)管理集成化、綜合化發(fā)展需要。

（4）普查中發(fā)現(xiàn)基層林業(yè)部門尤其是鄉(xiāng)鎮(zhèn)林業(yè)站工作人員對3S 技術(shù)應(yīng)用還有較大提升空間，同時還存在技術(shù)人員短缺、人員結(jié)構(gòu)不合理等問題，基層林業(yè)系統(tǒng)目前還很難熟練使用該項技術(shù)開展各項林業(yè)調(diào)查工作。建議相關(guān)部門重視林業(yè)技術(shù)人員培養(yǎng)工作、優(yōu)化現(xiàn)有人員結(jié)構(gòu)、加強對基層林業(yè)技術(shù)人員的相關(guān)培訓(xùn)，激勵現(xiàn)有人員加強學(xué)習(xí)提升自身專業(yè)技術(shù)水平。