葉裕琦

（廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510000）

1 引言

林草資源調(diào)查監(jiān)測，主要是對林區(qū)的林地、草地、濕地、荒漠及其附著的森林資源和草資源，以及其他土地上的林木資源進行監(jiān)測，可以查清我國林草資源具體變化、掌握年度消長動態(tài)變化情況，分析評價林草生態(tài)系統(tǒng)狀況、功能效益以及演替階段和發(fā)展趨勢[1]，為國家制定林草資源監(jiān)督管理、生態(tài)系統(tǒng)保護修復政策，編制林草發(fā)展規(guī)劃、國民經(jīng)濟與社會發(fā)展規(guī)劃提供科學依據(jù)。

林草資源調(diào)查監(jiān)測是在林地現(xiàn)狀調(diào)查基礎(chǔ)上，采用RTK 測量技術(shù)獲取高精度的定位信息，可以大大提高林草資源測量的準確性；基于遙感技術(shù)可以獲取林草資源的分布信息以及植被指數(shù)、面積指數(shù)等多維度參數(shù)信息；無人機可以覆蓋大范圍地表，快速獲取大面積的林草資源信息，尤其在山區(qū)、沼澤等工作人員難以到達的地方，利用無人機可以靈活、便捷地采集資源信息，實時掌握項目區(qū)林草資源情況；而人工智能技術(shù)不僅可以對項目區(qū)野生動植物、有害生物進行智能識別，還可以對大量的遙感數(shù)據(jù)進行智能分析，評估林草資源的狀態(tài)及變化趨勢，實現(xiàn)智能化的林草資源調(diào)查監(jiān)測。通過采用上述幾種技術(shù)開展林草資源調(diào)查監(jiān)測，可以準確獲取項目區(qū)林草資源存量及質(zhì)量變化等信息。

2 測區(qū)地理概況

廣東省地處我國大陸最南部，東鄰福建，北接江西、湖南，西連廣西，南臨南海，珠江口東西兩側(cè)分別與香港、澳門特別行政區(qū)接壤，是我國經(jīng)濟大省之一，經(jīng)濟綜合競爭力居全國第一。廣東省全境地貌類型復雜多樣，有山地、丘陵、臺地和平原，地勢北高南低，北部多為山地和高丘陵，南部則為平原和臺地，且全省河流眾多，屬于東亞季風區(qū)，從北向南分別為中亞熱帶[2]、南亞熱帶和熱帶氣候，全境林草資源豐富，四季常青、動植物種類繁多，植被類型有屬于地帶性植被的北熱帶季雨林、南亞熱帶季風常綠闊葉林、中亞熱帶典型常綠闊葉林和沿海的熱帶紅樹林，還有非緯度地帶性的常綠混交林、常綠針葉林、竹林、灌叢、草坡，以及水稻、甘蔗和茶園等栽培植被。因此，為了摸清樣地周邊生態(tài)情況和森林蓄積量消長變化情況，比如森林是否健康、林木是否長大、林分構(gòu)成，需對廣東省林草資源展開調(diào)查監(jiān)測。

3 林草資源調(diào)查監(jiān)測作業(yè)

3.1 準備工作

3.1.1 數(shù)據(jù)資料準備

林區(qū)林草資源調(diào)查監(jiān)測是在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料、林草資源調(diào)查監(jiān)測資料基礎(chǔ)上進行，因此，需要提前準備下列資料：

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料 ：主要包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、高分辨率遙感數(shù)據(jù)；全國國土調(diào)查成果及其年度變更數(shù)據(jù)、各級行政區(qū)域界線、經(jīng)營單位界線等資料。

（2）林草資源調(diào)查監(jiān)測資料：包括森林資源連續(xù)清查成果、森林資源管理“一張圖”數(shù)據(jù)、國家級公益林區(qū)劃界定，以及其他最新森林資源調(diào)查成果，草原、濕地和荒漠化監(jiān)測數(shù)據(jù)，立地類型和立地質(zhì)量評價等專業(yè)調(diào)查資料。

3.1.2 技術(shù)準備

為了順利開展林區(qū)林草資源調(diào)查監(jiān)測工作，需要提前制定項目技術(shù)方案和技術(shù)規(guī)程，開展技術(shù)培訓，明確監(jiān)測方法、技術(shù)標準、操作流程、成果要求及質(zhì)量管理等技術(shù)準備工作。廣東省林草資源調(diào)查監(jiān)測技術(shù)路線如圖1 所示。

圖1 廣東省林草資源調(diào)查監(jiān)測技術(shù)路線

3.2 圖斑監(jiān)測

圖斑監(jiān)測是一種基于遙感影像的分析方法，通過對比不同時間點的衛(wèi)星圖像，識別出地表覆蓋的變化情況。這種技術(shù)可以快速、準確地獲取大范圍的地表信息，為林草資源調(diào)查監(jiān)測提供強有力的技術(shù)支持。具體監(jiān)測流程如下：

3.2.1 提取變化圖斑

林草資源的圖斑監(jiān)測主要是提取地類和植被覆蓋類型、自然屬性、管理屬性等變化圖斑。

（1）建立遙感解釋標志

首先將遙感影像與林草資源數(shù)據(jù)進行疊加分析，使兩者之間形成對應(yīng)關(guān)系，再根據(jù)地表覆蓋類型進行標定，以便形成地表覆蓋遙感影像解譯標志和地表覆蓋類型數(shù)據(jù)標簽。然后選擇前后兩期遙感影像特征出現(xiàn)變化的區(qū)域，依據(jù)林草資源數(shù)據(jù)庫的圖斑信息進行比較及標定，最終形成遙感解譯標志和變化類型數(shù)據(jù)標簽。

（2）人工智能變化識別

在完成變化圖斑數(shù)據(jù)標簽建立后，將其輸入人工智能識別模型進行迭代訓練，并從中選出最優(yōu)模型；然后對監(jiān)測區(qū)域進行人工智能變化識別，提取出變化圖斑，并按照測區(qū)建設(shè)項目占用、林地草地濕地開墾破壞、林木采伐、災(zāi)害損失以及生態(tài)保護修復等標記變化類型。

（3）遙感診斷變化圖斑

在提取出變化圖斑后，利用測區(qū)基礎(chǔ)地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合兩期遙感影像特征變化情況，對人工智能識別提取的變化圖斑進行遙感診斷，以確定有變化的圖斑。

3.2.2 變化圖斑驗證核查

為了準確獲取變化圖斑的屬性信息，需要對初步診斷出的變化圖斑進行驗證核實，主要采取查閱資料的方式對變化圖斑進行驗證，獲取變化圖斑的相關(guān)因子屬性信息；對于無法確認變化原因的圖斑，還需利用無人機搭載機載激光雷達掃描林區(qū)內(nèi)樹木，測量冠幅，生成圖像，以此核查變化圖斑的地類、原因、自然屬性及管理屬性等信息。

3.2.3 林草資源數(shù)據(jù)更新

在核實變化圖斑后，還需更新變化圖斑數(shù)據(jù)，按照林草資源調(diào)查監(jiān)測成果，采用生長模型更新方法，對林草資源蓄積量、生物量、碳儲量等因子屬性、地表覆蓋類型、自然屬性及管理屬性等進行更新，以形成林草資源遙感影像及遙感解譯標志數(shù)據(jù)庫、林草生態(tài)圖斑監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，以及樣地、樣方、樣木等現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫。

3.3 樣地調(diào)查監(jiān)測

3.3.1 樣地布設(shè)

測區(qū)林草資源樣地監(jiān)測基于國家森林資源連續(xù)清查成果，設(shè)置林草資源監(jiān)測樣地，草地、濕地資源樣地按照樣地數(shù)量精度不低于90%且年度之間變動最少的原則進行設(shè)置，將測區(qū)各個城市的樣地數(shù)均勻分為5 組，分組方法如圖2 所示。

圖2 年度監(jiān)測樣地分組

考慮到森林、草原和濕地調(diào)查監(jiān)測樣地設(shè)計是一體化的復合樣地，主要由一個面積0.5 hm2的圓形樣地、一個面積為0.06～0.08 hm2的方形/長方形/圓形樣地、3 條40 m 長的樣線、一個100 m2大樣方、3 個4 m2小樣方和3 個1m2測產(chǎn)小樣方組成，具體樣地設(shè)計如圖3 所示。因此，本次草地樣地設(shè)計以廣東省森林資源清查固定樣地為基礎(chǔ)，選取與固定樣地位置較近的草地樣地作為監(jiān)測樣地，并按照樣方內(nèi)植物的高度和株叢幅度進行分類，一類是植物以高度＜80cm 草本或＜50cm 灌木半灌木為主的樣方，另一類是以高度≥80cm 草本或≥50cm 灌木的樣方，且每個樣地應(yīng)設(shè)置1～4 個樣方。

圖3 測區(qū)林草資源樣地設(shè)計

濕地樣地需根據(jù)測區(qū)濕地類型及分布情況進行設(shè)置，對落入濕地圖斑的全部固定樣地，挑選可以代表測區(qū)濕地資源狀況的作為濕地樣地；對只有部分可以代表測區(qū)濕地資源狀況的濕地，需在現(xiàn)有布點基礎(chǔ)上進行加密布設(shè)，直到滿足監(jiān)測要求方可選取加密樣地的濕地斑塊作為濕地樣地，并在確定的樣地范圍內(nèi)設(shè)置1～4 個植物樣方。

3.3.2 樣地調(diào)查

為了判定測區(qū)樣地林草資源因子變化情況，采用最新遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合測區(qū)森林樣地、草原樣地以及濕地樣地實際情況，對測區(qū)全部固定樣地進行遙感判讀，以此判定測區(qū)林草資源覆被類型、優(yōu)勢樹種、起源、覆蓋度等級的變化情況，并對遙感監(jiān)測到的因子變化進行記錄。

（1）森林資源樣地調(diào)查

為了提高森林資源樣地中心點坐標值、周界測量及樣木定位精度，根據(jù)前期樣地位置記錄，首先架設(shè)RTK 衛(wèi)星定位系統(tǒng)裝置，打開監(jiān)測設(shè)備，采取RTK 測量技術(shù)進行定位及周界測量，并按要求設(shè)置固定樣地標志，采集引點位置和樣地西南角點（或中心點）的衛(wèi)星導航定位坐標值。當采用差分定位技術(shù)確保定位精度達到1m 以內(nèi)時，可以直接進行樣地定位；完成樣地定位后，開始修復和補設(shè)固定樣地標志。樣地位置和樣地周界原則上必須與前期保持一致，并采用暗標和明標相結(jié)合的方式進行固定。

其次，根據(jù)測區(qū)現(xiàn)場情況，采用閉合導線法測定樣地周界，應(yīng)用智能羅盤儀定向，皮尺量距，從西南角點起按順序測設(shè)，確定樣地西北角點、東北角點、東南角點和相應(yīng)四條邊界的正確位置，且復位樣地周界長度誤差應(yīng)小于1%，新增或改設(shè)樣地周界測量閉合差應(yīng)小于0.5%[3]。

最后，測區(qū)周界測量完成后，利用無人機航攝系統(tǒng)對樣地因子、樣木因子進行調(diào)查記載、現(xiàn)地拍攝以及樣地所在圖斑調(diào)查。本次森林資源樣地共調(diào)查733個，森林面積1.58 億畝，森林覆蓋率達58.74%，空間分布如圖4 所示。

圖4 廣東省森林資源空間分布

（2）草原資源樣地調(diào)查

草原資源樣地調(diào)查主要包括位置坐標采集、調(diào)查因子記載、樣地照片拍攝等。樣地位置坐標采用RTK測量技術(shù)及GNSS 導航方法進行樣地定位，并采集樣地中心點的坐標值。然后在確定草原資源樣地范圍內(nèi)展開調(diào)查，并記錄下地形因子、土壤因子、地表特征，以及草地類型、草原起源、優(yōu)勢草種類等植被特征因子，并對所調(diào)查的樣地進行拍照。

其次，沿著樣線每隔1m 或0.5m 間距，采用針刺法進行植被蓋度測量，若有植物，記做1，若無則記做0，然后計算其出現(xiàn)頻率，即蓋度。

最后，對灌木及高大草本植物草原樣方進行調(diào)查，主要測定樣方內(nèi)灌木及高大草本植物的樣方號、橫縱坐標、植物名稱、面積、數(shù)量、高度、蓋率等有關(guān)數(shù)據(jù)，并使用無人機對樣方進行航攝。

（3）濕地資源樣地調(diào)查

測區(qū)濕地資源樣地調(diào)查采用RTK 測量技術(shù)和GNSS接收機進行定位，然后開始監(jiān)測及記錄樣地中心點坐標，調(diào)查樣地的地形因子、土壤因子、植被面積、植被群系、植物種類、溶解氧、積水狀況、水源保障情況、生物量、土壤含水量以及受威脅情況等因子。對于紅樹林，還要調(diào)查起源、樹種、平均年齡等因子，并將所有的調(diào)查因子錄入平板電腦，以此減少內(nèi)業(yè)工作量，提高工作效率和樣地調(diào)查精度。廣東省林草資源植被分布如圖5 所示。

圖5 廣東省林草資源植被分布

3.3.3 校驗樣地調(diào)查

為了驗證樣地內(nèi)林草資源調(diào)查的精準性，還需要利用優(yōu)于2m 的最新遙感影像，對樣地內(nèi)的林草資源圖斑進行全面判讀復核，復核時如果發(fā)現(xiàn)樣地內(nèi)圖斑與遙感影像不吻合，或是前后期遙感影像對比發(fā)生明顯變化的圖斑等問題，則需要進行區(qū)劃調(diào)整、補充。同時，如果對判定結(jié)果存在疑問，還需采用無人機航攝對樣地進行現(xiàn)場調(diào)查核實，對現(xiàn)地進行區(qū)劃調(diào)整、修正。

3.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計

3.4.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)處理

考慮到測區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理工作量大，為了保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，避免出現(xiàn)返工情況，采用遙感處理技術(shù)對林草資源的調(diào)查因子進行預(yù)處理。

（1）森林資源樣地主要對樣地、樣木的調(diào)查因子數(shù)據(jù)進行處理，包括立木材積、生物量和碳儲量的計算，生長量和消耗量的計算，目測樣地、跨角樣地的處理等。

（2）草原資源樣地主要對樣地及樣方調(diào)查因子數(shù)據(jù)進行處理，包括樣地及組成植物的鮮重、干重和產(chǎn)草量等的計量。

（3）濕地資源樣地主要對樣方調(diào)查因子進行處理，包括樣方及植被的鮮重、干重和生物量等的計量。

3.4.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計

測區(qū)數(shù)據(jù)統(tǒng)計主要利用軟件對林草資源面積、儲量進行統(tǒng)計，通過分析關(guān)聯(lián)前后兩期圖斑監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，產(chǎn)出林草濕地資源的面積動態(tài)變化數(shù)據(jù)。在對樣地調(diào)查數(shù)據(jù)、現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和生長消耗數(shù)據(jù)預(yù)處理中，以樣地為基礎(chǔ)對蓄積、產(chǎn)草量等動態(tài)變化進行統(tǒng)計分析，從而得出森林資源、草原資源及濕地資源面積，再利用樣地、樣方和遙感反演估算出測區(qū)林草濕地資源的構(gòu)成數(shù)據(jù)，以此產(chǎn)出本年度林草資源變化量流向統(tǒng)計表。

4 結(jié)論

綜上所述，為了充分發(fā)揮自然資源數(shù)據(jù)價值、構(gòu)建林草資源監(jiān)管體系，以廣東省林草資源調(diào)查監(jiān)測為例，在林草資源圖斑監(jiān)測、樣地監(jiān)測過程中，通過采用現(xiàn)代測繪技術(shù)進行調(diào)查監(jiān)測。監(jiān)測成果顯示，廣東省的林草資源分布廣泛，森林面積達1.58 億畝，森林覆蓋率為58.74%，其中，北部南嶺地區(qū)的典型植被為中亞熱帶低山常綠闊葉林和亞熱帶常綠針葉林，中部則為南亞熱帶常綠闊葉林，而南部則主要為熱帶季雨林。在廣東省林草資源調(diào)查監(jiān)測中通過運用現(xiàn)代化測繪技術(shù)不僅能高效精確地采集數(shù)據(jù)，還能實時動態(tài)監(jiān)測林草資源的狀態(tài)，分析評估生態(tài)效益，提高林草資源調(diào)查監(jiān)測的效率及精度，進而產(chǎn)出本年度的林草資源監(jiān)測數(shù)據(jù)庫及林草資源變化量流向統(tǒng)計表等成果，為構(gòu)建科學規(guī)范、運行高效的林草資源管理制度、技術(shù)體系提供科學依據(jù)。