3S技术在大兴区森林管理中的应用研究

摘 要：随着科技的不断进步，3S技术——地理信息系统（GIS）、遥感技术（RS）和全球定位系统（GPS）在森林资源管理领域的应用愈加深入。以北京市大兴区为例，研究3S技术在森林管理中的具体应用情况，分析其应用效益。大兴区将3S技术应用于森林资源调查中，以保证数据的精准性，确保造林规划设计科学高效及林地保护利用规划合理；将3S技术应用在林权勘界和征占用林地管理中，显著提升了森林资源管理效率和水平。未来，3S技术将在森林资源管理中扮演更加重要的角色，为林业可持续发展提供强大支撑。

关键词：3S技术；大兴区；森林资源管理

中图分类号：S757.2 文献标志码：A 文章编号：1674-7909（2024）9-96-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.09.023

0 引言

大兴区作为北京市的一个重要组成部分，具有丰富的历史文化底蕴，在维护区域生态平衡、促进经济社会可持续发展等方面发挥着重要作用。独特的地理位置和自然条件赋予了这片土地得天独厚的森林资源，这些资源不仅是大兴区生态环境的重要组成部分，也是支撑其经济社会发展的重要基石［1］。然而，随着城市化进程的加速推进和人口数量的不断增长，大兴区的森林资源面临着前所未有的挑战。传统的森林资源管理方法已经难以适应现代林业管理的需求，如何更加科学、高效地管理和利用这些宝贵的森林资源，是大兴区面临的一项重要课题。在这一背景下，引入并应用先进的3S技术——地理信息系统（GIS）、遥感技术（RS）、全球定位系统（GPS），成为提升大兴区森林资源管理效率和水平的有效途径。

3S技术的引入，不仅为大兴区森林资源管理带来了技术上的革新，也对管理理念和方法产生了深远的影响。利用GIS技术，大兴区可以实现对森林资源空间分布、数量特征、结构特征等的全面分析和可视化表达；利用RS技术，可以快速获取森林资源的高分辨率影像数据，为资源调查和监测提供丰富的数据源；利用GPS技术，可以实现对森林样地的精确定位和数据的实时采集。这些技术的应用，不仅提高了大兴区森林资源管理的效率和精度，也为当地政府有关部门科学决策和合理规划提供了有力支持［2］。

该研究总结了3S技术在大兴区森林资源管理中的应用情况，分析了其在提高工作效率、保证工作质量、促进森林资源科学利用等方面的积极作用，以期为大兴区乃至其他地区的森林资源管理提供有益的借鉴和参考。

1 大兴区森林资源概况

大兴区位于北京市南郊，地处华北平原的北部边缘，地势平坦，气候宜人，为林木的生长提供了良好的自然条件。全区土地总面积达1 036 km2，林木覆盖率高达33.48%，形成了较为完整的森林体系。这些森林资源不仅为大兴区提供了清新的空气和优美的环境，也为其生态安全和经济社会发展提供了重要保障［3］。

大兴区的森林主要由人工林组成，以环境保护林、防护林和经济林为主。环境保护林木以油松、国槐、刺槐、银杏、杨树、白蜡、臭椿等防护能力和景观效果俱佳的乡土树种为主，用于净化空气、改善环境；防护林木以杨树、柳树等速生树种为主，用于防风固沙、保持水土；经济林木则以果树、花卉等为主，用于发展特色林业产业、增加农民收入。然而，随着城市化进程的加速推进和人口数量的不断增长，大兴区的森林资源面临着巨大的压力和挑战。一方面，城市扩张和基础设施建设对森林资源的占用日益增多；另一方面，不合理的开发利用方式也对森林资源的可持续利用构成了威胁。这些问题不仅影响了大兴区森林资源的数量和质量，也对其生态环境和经济社会发展产生了负面影响。

3S技术的应用，有助于实现对森林资源的全面监测、精准管理和科学利用，为森林资源的可持续发展提供有力支持。

2 3S技术在大兴区森林管理中的应用

2.1 森林资源调查

在森林资源调查中，大兴区对3S技术的应用进行了深入探索和实践。传统的森林资源调查方法往往依赖于人工踏查，这种方法不仅耗时耗力，而且难以保证调查结果的准确性和一致性。随着科技的发展，调查人员采用掌上电脑（PDA）+GPS技术进行森林资源调查，极大地提高了调查精度和效率。

PDA+GPS技术的应用使样地坐标的精确定位成为可能。调查人员通过手持PDA设备，可以实时接收GPS信号，快速准确地获取样地的经纬度坐标。与传统方法相比，这种方法避免了因人为读数误差和罗盘仪系统误差造成的样地定位不准确问题，大大减少了调查误差。同时，PDA设备还可以记录样地的其他相关信息（如树种、林龄、郁闭度等），为后续的森林资源分析和管理提供数据支持［4］。

除PDA+GPS技术外，调查人员还充分利用RS技术获取高分辨率影像数据，为森林资源调查提供了丰富的数据源。利用RS技术，调查人员通过卫星或无人机等遥感平台获取地面信息，经过图像处理和分析，可以快速、准确地识别地类边界和类型。调查人员利用RS技术获取影像数据，并结合地面调查数据，可以对森林资源进行全面调查和评估。这种方法不仅提高了调查效率，还保证了调查结果的准确性和可靠性。

在具体实践中，根据森林资源分布特点和调查需求，调查人员制定了详细的调查方案和技术路线。通过PDA+GPS技术和RS技术的综合应用，实现了对全区森林资源的全面调查和动态监测，为森林资源的科学管理和合理利用提供了有力支持。

2.2 造林规划设计

在林业规划设计方面，大兴区对GIS技术的应用已达到了一个新的高度。GIS技术以其强大的空间分析功能和数据可视化表达能力，成为造林规划设计的得力助手。

GIS技术不仅能对森林资源数据进行详尽分析，而且能通过ArcMap软件将这些数据以可视化的形式直观展现出来［5］。这使得规划人员能够清晰地看到森林资源的分布状况，理解其数量特征和结构特征，为后续的造林规划设计工作提供坚实的数据基础。在具体实践中，ArcMap软件的功能得到了充分发挥。规划人员可以轻松利用软件对小班进行精确分割和合并，确保造林规划任务的具体位置和精准面积。规划人员通过设置不同的图层和属性字段，实现对造林地块精细化管理和分析，确保每一个细节都得到充分考虑。

ArcMap软件提供的空间分析工具和可视化表达手段（如缓冲区分析、叠加分析、三维可视化等），进一步增强了造林规划设计的科学性和直观性。这些工具不仅能够帮助造林规划人员深入理解造林规划方案的效果和影响，还能在造林规划过程中提供及时的反馈，指导造林规划方案的优化和调整，大大提高造林规划设计的精确性和可操作性。同时，GIS技术还具有及时监测规划方案完成情况的能力，为规划评估和调整提供了有力的数据支持，确保了造林规划设计的科学性和实效性。

2.3 林地保护利用规划

在林地保护利用规划中，大兴区利用GIS技术对林地性质、林种、生态重要性等因素进行了分析和评价，确定了林地的保护等级和功能分区。GIS技术对海量的森林资源数据进行了快速处理和分析，提取出了有价值的信息及其规律。

通过数据的可视化呈现和空间分析功能，GIS可以直观地展示林地的分布情况和保护利用潜力。在保护利用规划中，根据林地的实际情况和发展需求，规划人员制定了详细的保护利用措施和管理政策。同时，GIS技术还可以帮助规划人员实时监测林地的变化情况和保护利用效果，为林地保护利用规划年度更新提供了有力支持。

在具体实践中，大兴区注重发挥GIS技术的优势和作用，将保护利用规划与生态环境保护、经济社会发展等紧密结合起来。通过科学规划和管理措施的实施，大兴区实现了对森林资源的有效保护和合理利用，为区域可持续发展提供了有力保障。

2.4 林权勘界

在林权勘界中，大兴区利用ArcGIS软件结合GPS野外取点技术，对林地边界进行了精确划定。林权勘界是森林资源管理的重要环节之一，关系到林权所有人的合法权益和森林资源的有序利用。传统的林权勘界往往依赖于人工踏查和测量，这种方法不仅耗时耗力而且容易出错。

ArcGIS软件具有强大的地图制作和空间分析能力，可以帮助勘界人员快速准确地绘制林地边界图。同时，结合GPS野外取点技术，勘界人员可以实时获取地面点的经纬度坐标并精确标注在地图上。通过ArcGIS软件和GPS技术的综合应用，大兴区实现了对林地边界的精确划定和标注，避免了因地界划分不清而引发的矛盾纠纷。在具体实践中，应注重发挥ArcGIS软件和GPS技术的优势和作用，结合航片数据和实地调查数据对林地边界进行精确划定［6］。这不仅可以保证勘界结果的准确性和可靠性，还可以提高勘界工作的效率和质量。同时，勘界结果还可以作为后续林地管理和利用的重要依据，为森林资源的科学管理和合理利用提供有力支持。

2.5 征占用林地管理

在征占用林地管理中，大兴区面临着严峻挑战，这是因为城市化进程加速和基础设施建设持续推进会导致征占用林地日益增多。如何科学、合理地管理这些征占用林地，确保林地资源的可持续利用，成为林地资源管理亟待解决的问题。为了更加科学、合理地管理林地，大兴区积极引入并应用GIS技术。GIS技术以其强大的空间数据处理和分析能力，为征占用林地管理提供了强有力的技术支持。

在具体实践中，技术人员会对建设单位提供的勘界钉桩CAD图进行坐标转换和数据处理，将建设单位提供的图纸数据转换为与现有林地资源数据相兼容的格式，确保数据的一致性和可比性。利用GIS技术的空间叠加分析功能，将转换后的数据与现有林地资源数据进行比对分析，这一过程能够精确地识别征占用林地的位置和范围，为征占用林地管理提供准确的数据支持。这不仅大大节约了时间成本，提高了调查工作的效率，而且通过精确的数据分析，确保了征占用林地管理的准确性和可靠性。此外，利用GIS技术，工作人员还能够实时监测征占用林地的情况。通过实时的数据更新和分析，工作人员能够及时掌握征占用林地的动态变化，为征占用林地审批和监管提供科学依据。这不仅有助于对征占用林地进行科学规划和管理，还能够有效保护森林资源，助力实现森林资源的可持续利用。

3 效益分析

传统的森林资源调查和管理往往依赖于人工踏查和手工处理数据，这种方式不仅耗时耗力，而且容易受到人为因素的干扰，导致工作效率低下。而3S技术的应用则打破了这一局限，使工作效率和质量得到了显著提升。

3.1 外业调查方面

3S技术的应用使样地坐标的精确定位成为可能。例如，大兴区“一类”调查森林样地260个，平均引线约240 m，利用原始调查方式，用罗盘从引点打引线到西南角点，每个样地定位平均需要40 min，利用RTK定位平均5 min就能完成定位，引线测量工作效率提高7倍，精度也大幅提高；利用罗盘进行边界测量平均需要30 min，利用RTK定位平均6 min就能完成，边界测量工作效率提高4倍。

3.2 内业数据处理方面

3S技术在内业数据处理中的应用也带来了显著的效益。应用GIS技术可以对森林资源数据进行空间分析和可视化表达，有助于林业人员掌握森林资源分布和变化趋势，可以为森林资源规划设计和保护利用提供科学依据。同时，调查软件系统中的逻辑检查功能还可以自动检测数据中的错误和异常值，并及时提示和修正，降低人为因素对数据质量的干扰，保证数据的可靠性和准确性。例如，大兴区在2019年森林资源“二类”调查中，先收集2014—2018年林木采伐和造林数据，利用3S技术对2014年森林资源“二类”调查成果小班进行区划；然后根据遥感技术获取的高分辨率影像数据，进一步对2014年森林资源“二类”调查成果小班进行区划，在室内就可以基本完成小班的区划，大大节省了外业调查时间。

3.3 资源管理方面

3S技术的应用使大兴区森林资源管理部门能够更加高效地管理各种森林资源。例如，通过RS技术可以定期获取森林资源的影像数据，对森林资源的变化情况进行实时监测和分析，能及时发现森林病虫害、风折、水毁等自然灾害的发生情况，为森林资源的保护和管理提供及时准确的信息支持。利用GIS技术可以对森林资源数据和其他资源数据进行叠加分析。例如，在《北京市大兴区林地保护利用规划（2021—2035年）》编制中，工作人员利用GIS技术对规划林地与国土变更调查结果进行融合分析，发现与复耕农地重合面积1 919.4 hm2，与临时绿化用地重合面积988.08 hm2，与项目征占用林地重合面积726.74 hm2，与特殊用地和城镇建设用地等用地重合面积1 045.97 hm2，这为规划方案的制定提供了科学依据。

4 结束语

随着技术的不断进步及其应用领域的不断拓展，3S技术将在森林资源管理中发挥更加重要的作用。大兴区林业管理部门应继续加强3S技术的推广和应用，不断提升森林资源管理水平和服务能力。同时，大兴区还应积极探索3S技术与其他先进技术的融合应用（如物联网技术、大数据技术等），以实现森林资源管理的智能化、精细化发展。这不仅有助于提高大兴区森林资源管理的效率和水平，还将为区域生态平衡和经济社会可持续发展做出更大贡献。

参考文献：

［1］肖银松.“3S”及抽样技术在森林资源动态监测中的应用［J］.西南林学院学报，2004（2）：60-64.

［2］侯瑞霞，全红瑞，于凌霄.“3S”技术在森林资源二类调查中的应用［J］.林业调查规划，2006（3）：11-13.

［3］刘丹丹.3S技术在森林公园规划和管理中的应用研究［D］.北京：北京林业大学，2005.

［4］苏林.“3S”技术在森林防火管理的应用［J］.福建电脑，2003（8）：10-11.

［5］郭威.3S技术在森林化矿山建设中的应用与研究［J］.科技创新导报，2011（8）：124.

［6］桑开军.3S技术在大熊猫保护区森林资源管理与监测中的应用研究［J］.中国林业产业，2023（1）：54-55.

基金项目：北京市科技计划项目（Z121100008512002）。

作者简介：王爱军（1977—），男，本科，林业工程师，研究方向：森林资源调查监测和森林培育。