“3S”技术在森林督查中的应用分析

森林督查是应用现代管理方法对森林资源管理的一种新手段，也是检查督促各地落实森林资源保护发展目标责任制，有效遏制违法破坏森林资源行为的重要举措。“3S”技术即GPS是全球定位系统，RS是遥感技术，GIS是地理信息系统，现广泛应用于地球表面附着物变化与监测、森林资源管理、国土调查、林业调查、植物病虫害预警、城市地理空间规划、农作物估产、地质灾害预测、矿产资源评价、文物遗迹保护、林草湿监测、林业制图等，为相关行业管理人员和技术服务人员提供有力保障。将“3S”技术应用于森林督查也是森林资源管理发展的必然趋势，提升了工作人员的工作效率，保证了数据精度，为林业资源管理提供了静态和动态支撑。由此可知，对“3S”技术在森林督查中的应用进行探究具有积极意义。该研究具体介绍了森林督查的意义和监管内容，分析了“3S”技术在森林督查中不同方面的综合应用，以供相关人士参考。

“3S”技术在林业中现已广泛应用，它综合了地理信息系统技术、全球定位系统技术和遥感系统技术，成为综合监测管理技术。“3S”产业是我国重要的科技产业，“3S”与云计算、大数据、人工智能等前沿技术的融合日益增强，显现出巨大的发展潜力和广阔的应用前景，有力推动了我国空间地理信息产业的发展。通过“3S”技术加工处理形成的各类专题信息产品，为政府精细监管、社会协同治理、企业精准决策提供重要支撑，“3S”技术已经成为数字林业浪潮中不可或缺的重要科技手段。目前，如何应用新科技对森林资源进行动态化、实时性和智能化监测，从而实现森林资源的可持续发展，一直是林业部门和科技人员不断研究和探讨的问题。通过采用“3S”技术，可以有效解决问题，为森林资源的科学合理保护提供了基础数据、监测手段、管理平台。通过对数据信息的处理和分析，使各级林业部门能够掌握所管辖区域内森林资源的变化情况，进而促进现代化林业资源建设。

一、“3S”技术、森林督查的概念与应用

（一）“3S”技术的概念与应用

在“3S”技术中，GIS是以地理空间数据库为数据管理、分析、显示的基础，在计算机硬件支持的基础上，通过对森林督查专项空间地理信息数据的采集、处理、模拟、分析和显示，实时提供空间信息和地理环境动态信息。GPS是我们常用的一种地理空间定位系统，它是以空间卫星组网为前提的无线电导航系统。利用全球定位系统可以实现实时对森林巡查数据进行定位、定界、测距及数据搜集等功能。RS是利用装在不同高度平台上的传感器来接收辐射波或反射波，通过对信息数据处理，最终形成针对地表覆盖状况的观测数据。“3S”技术是三项技术整合处理，能够更高效和科学地采集和处理地理数据，使空间地理信息利用率达到更高水平。应用“3S”技术可以大幅提升森林督查工作效率，获取更加真实、快速、准确的调查数据，使森林督查调查结果变得更加科学、有效，促进森林资源监测体系朝着现代化的方向发展。

（二）森林督查的概念及内容

森林督查是以获取间隔一定时段的遥感影像，进行判读两期影像之间的变化图斑，依据“林草湿”资源监测数据库、第三次全国国土调查数据、森林资源管理档案，经现地调查和走访调查核实，核准遥感判读图斑变化原因，应用“3S”技术平台，建立破坏森林资源的地理空间数据库，数据库统一采用CGCS2000国家大地坐标系。及时掌握森林资源保护利用现状、消长变化，全面掌握违法违规破坏森林资源情况，推进森林资源常态化、动态化、规范化和科学化管理。依法对非法侵占林地、毁林开垦、乱砍滥伐林木、违规拆分审核（批）、临时用地逾期使用、违规调整和破坏国家级公益林的案件进行查处整改。通过“3S”技术对森林督查判读图斑现地调查变化因子进行对判读数据切割、修正、勾绘，填写变化图斑属性因子，对调查成果利用ARCgis软件进行数据分析，形成分析结果，对辖区内面积较大、破坏性强、发生频率较高的案件要制定有针对性的政策，进行严格管理。

二、“3S”技术在森林督查中的应用形势

（一）RS在森林督查中的应用

RS（Remote Sensing）即遥感，是通过探测地表物体对电磁波、可见光、红外线的反射或辐射获取地表及其事物特征信息，实现研究地面物体形状、大小、位置、性质及其环境的相互关系的一门现代化应用技术科学。遥感具有观测范围大、周期短、效率高的特点。遥感技术系统是实现遥感目的、设备和技术的综合，它是一个多维、多平台、多层次的立体化观测系统。RS在森林督查过程中发挥重要的作用，森林督查中的遥感影像数据全部来自遥感技术。通过卫星获取基本的影像数据，进一步通过影像数据进行预处理、几何校正、图像增强、图像镶嵌和匀色等处理，最后形成分辨率为1 m的彩色影像，按照县（区）为一个区域，对影像分区域，遥感影像获取就完成了。首先是室内判读，将两期遥感影像进行叠加，选择前后期遥感影像特征有明显变化的区域，分析前后期遥感影像特征发生显著变化的情况，判别现地发生变化的情形，形成地类变化的目视判读标志，再与“林草湿”资源监测数据库进行裁剪、融合分析，最后形成林草湿资源管理数据与遥感影像特征判读图斑数据的对应关系，形成判读标志库。通过遥感判读和变化图斑的矢量化，将本期遥感影像叠加到前期森林资源成果数据库和前期遥感影像上，对比分析，判读图斑地类或林相发生变化的图斑，并用不同的代码标识不同的判读变化类型。记录图斑所处的位置等属性因子，形成遥感判读结果，建立森林资源遥感判读数据库，判读数据库与森林资源管理“一张图”数据库中的林地数据进行相交处理，得到森林督查判读数据库。县（区）调查人员进行内业数据处理、内业判读、资料核查，需要外业调查、制作图件、利用调查设备进行全面外业调查核实。

（二）GPS在森林督查中的应用

GPS系统通常由三部分构成，分别是空间部分、地面监控部分、用户接收部分。空间部分由24颗GPS工作卫星组成，这种布局保证了在全球任何地点、时刻至少可以观测到4颗卫星，每颗卫星都会利用电磁波发射用于导航定位的信号，与地面固定站、流动站构成相应的距离和位置关系，最终测定位置关系。GPS导航系统具备全天候服务能力，不受天气影响，全球覆盖，定位速度快，精度高，应用广泛，已形成了庞大的空间导航定位产业链。GPS在森林督查中具有重要作用，在判读数据库的基础上要进行现地调查，由于森林资源主要分布在人烟稀少、地形复杂的区域，传统的尺子量测没有空间地理信息，只有相对的面积，如果遇到较大范围的量测，将很难完成任务。另外，野外调查的难点就是目标物不容易到达。我们通常用的GPS测量仪器设备，可以依据所观测信号计算得到自己某时刻所处的空间三维位置，通过记录空间位置的平面坐标和高程坐标记录需要测量的点位置信息，利用GPS则可以高效、精准完成（见图1）。现在林业中所用的GPS主要有手持GPS、RTK测量仪器、无人机+测量仪等，一般选用RTK测量仪器，精度高、便于携带、使用灵活。林业中通常使用的方法为一个固定站，固定站可以是全省或者某个区域已建立的CORS基准站，使用者申请一个CORS基站账号，一台移动RTK，移动RTK接收基站信号，确定移动站的空间位置的地理坐标、高程等信息，并通过手簿记录仪设置和记录地理空间信息，记录格式一般为文本TXT格式、矢量的KLM和SHP等数据。另外，我们可以通过GPS导航系统导航，把判读图斑导入GPS导航系统，我们就可以通过GPS导航系统查看我们与目标物的方位及距离，导航系统还可以为我们推荐行走路线，直接指引导航到所要调查图斑处，改变了原有人工加地形图的局限性，大幅提高了工作效率，保障了调查人员的人身安全。到达目标图斑之后，打开RTK测量仪器，登录CORS账号，选用CGCS2000坐标系，对调查区域使用RTK测量仪对破坏区域进行点记录（见图2），并输入相应调查属性，对属性不同区域分别输入相应属性记录，完成测量记录之后进行数据保存，回到室内之后导出野外测量记录数据，数据文本格式为.DAT数据，导出的记录数据转换为ArcGIS可以加载和编辑的CGCS2000坐标系的矢量数据，形成有空间地理坐标的现场勘查成果地理数据库。

（三）GIS在森林督查中的应用

GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机硬件的支持下，对地理空间数据进行采集、存储、管理、处理、检索、分析和显示，并采用地理模型等分析方法，实时提供多种空间和动态的地理信息，为地理空间信息研究和地理决策服务而建立起来的新型计算机技术系统。地理空间数据是地理信息系统分析加工的对象，是地理信息系统经过抽象对现实世界的实质表达。空间数据库建设工作基础性强、工作占比较大。目前，用于地理信息系统数据采集的方法与技术有遥感卫星采集的遥感影像数据、无人机实时采集正射影像数据、GPS采集的地理坐标数据、扫描仪扫描的数据、矢量化得来的矢量数据等。

对数据处理而言，初步的数据处理主要包括数据格式化、转换、概括。数据的格式化是指不同数据结构的数据间变换，例如，原有林业中纸质版本的图册数据无法长期保存，先要通过扫描仪转化为电子图件，再通过ArcGIS10.2软件对数据管理和转化；数据转换包括数据格式转化、数据比例尺的变化等，在林业中经常有矢量数据和栅格数据之间互相转化，通过遥感影像判读森林督查变化图斑，因为栅格数据提供的信息不能满足管理需求，需要转为矢量数据库输入森林相关属性便于管理查询，矢量到栅格的转换要比其逆运算快速、简单。数据比例尺的变换涉及数据比例尺缩放、平移、旋转等方面，其中最重要的是投影变换。由于“3S”技术大多数起源于国外，不同区域国家制定了自己的坐标系统，应用广泛的有美国的WGS84坐标系统，我国现在有CGCS2000坐标系统，坐标系统之间存在差异，不同来源数据坐标系统不一致时，需要相互之间转化。林业制图综合（Generalization）是对林业空间数据用途、比例尺、显示区域特点以概括和抽象的形式反映。近年，随着卫星遥感、大数据、物联网、无人机等获取数据技术的不断发展，为GIS提供了高精准的数据源。

GIS常用的软件为ArcGIS10.2，数据格式有矢量数据和栅格数据，储存矢量数据的格式文件Shapefile、Coverge和 GeoDatabase 。把影像数据、判读数据、现场勘查数据统一在带有CGCS2000坐标系的空间位置上，依据现地调查结果，记录地类、林种、林木信息各项森林资源数据，对比需求选择已有“一张图”森林资源、征占用档案、林木采伐、自然保护地等数据库进行森林资源档案、经营用地状态和森林资源实时情况等信息进行编辑、对比、分析、制图，得到森林督查判读图斑范围与实际办理征占用范围，实际使用范围三者关系，为森林督查管理和辅助决策提供了数据支持。ArcGIS10.2在森林督查的制图也是一个重要方面，通过对遥感影响数据、判读图斑数据、野外采集数据通过数据分析形成最终的督查数据库，根据不同的需求制定专项森林督查图件，更加直接地显示相关信息。

三、结语

总之，“3S”技术在森林督查应用中为森林资源保护发挥了重要作用。“3S”不仅满足了森林督查的基本技术需求，还对新技术融合应用发挥积极作用。因此，“3S”的新技术不断在森林督查中融合与应用是促进森林资源保护的重要手段。通过“3S”技术加强森林资源保护，大幅提高了管理效率的经典案例，在今后的管理中我们应充分发挥科技的力量，使管理者不断学习新技术，创新管理方式，制定科学的管理机制。

作者简介：罗维凯（1987—），男，甘肃靖远人，本科，工程师，主要从事森林病虫害防治、森林资源管理等工作。