3S技术在森林资源规划设计调查中的应用

2022-06-29赖宇燕

林业科技情报 2022年2期

关键词：森林资源数据库信息

赖宇燕

(广东省岭南综合勘察设计院，广州 510000)

为适应国内林业建设的总体节奏，应当针对森林资源的现有及未来规划设计实行调查分析，并落实由数据至技术层面的转化升级。运用3S技术能切实适应设计调查需求，继而提高工作效率，推动管理行为的自动化程度。

1 3S技术

1.1 遥感技术

“遥感”表示在不发生接触的状况下，对具体对象实行远距离感知的技术。简单来说，在高空或外层环境的各类平台上，借助传感装置采集地表特征反映出的各类信息，通过传送及变换、处理方式，提炼出有价值的数据内容，以满足对空间形态及各类参数和环境之间内在联系的研究需要。遥感技术逐渐成熟，让有关的研究课题也层出不穷，广谱及空间分辨率等信息也被多个领域所应用，并把数据处理和相应的专业应用联系起来。目前在林业、水文及地理等多类研究项目中均有使用，并创造出较高的经济效益。不同专业领域结合专业特征，借助特定遥感信息，分析所在领域的运用规律与技术手段。对此，以应用层面为突破口，对遥感技术加以分析，完善该项技术。

1.2 地理信息系统

该系统的简称为GIS，在上世纪便已出现，可将各类数据和地理位置、视图融合起来，涉及的学科包含地理、几何等，实现多种技术的集约化，依托于计算机实现采集及显示、分析等。GIS在计算机及有关技术的发展中，其实际运用程度随之深化，运用范围也有所扩张。GIS可贡献的功能包括：首先是空间数据输入，在应用GIS时，对其资本投入量至少达到总数的70%，而数据输入一般是将普通的地理信息调整成数字化的形式。如今，人工处理方式比较常见，并且扫描信息化和有关数据库技术也在逐渐完善中，并实现商品化。其次，存储及检索，以往的GIS把空间与属性信息独立管理，前者使用文件系统，后者利用数据库。而为改善存储条件，让空间数据能构成用户/服务器模式的就是引擎技术，如今有关厂商及企业均推出处理计划。再次，数据分析及处理，该子系统会结合客户需要，实现对各类空间的数据处理，包括叠加等，可输出分析模型。其中，空间分析为GIS的核心部分，同时也是该系统的突出特点。目前，在商业系统内，依旧无兼容性极高的程序或模型工具。最后，数据输出，GIS可向外提供不同形式的数据资料，此种界定能直接排除诸多软件系统。比如，机械工程项目会在设计环节中应用CAD，但其缺少拓扑结构，所以也不属于GIS范畴。GIS有别于常规的系统，既拥有空间分布特征以及拓扑结构，实现对空间的多项处理，又能形成新数据，达到全局分析的效果，可供决策管理[1]。

1.3 全球定位系统

该系统是人们熟知的GPS全球定位系统，通过卫星信号获取地面上的准确点位信息，实现全球化及全天候的工作状态，输出三维坐标数据。其最早出现在上世纪中期，用于军事。

2 研究区概况

2.1 客观条件

2.1.1 地理位置

研究区地处广东省的西南部，地理坐标是110°40′36″～111°40′39″E，22°11′16″～22°42′26″N。和罗定市、阳春市、高州市、北流市等毗邻。整体形状比较狭长，形似灵龟，东西方向长度是102.7 km，南北宽度为57.6 km。

2.1.2 交通情况

研究区的交通状况较好，乡村公路整体为放射状，可谓是四通八达。并且市区部署3个客运站，有铁路交通经过，本市路段长53 km左右，当前已经实现交通化运营的模式。

2.1.3 地形地貌

研究区多是山地，且地势整体呈东北高、西南低的特点。区域内有诸多山岭，海拔从50～1 704 m不等。其中超过千米的山岭多达数十座，最高点为大田顶，最低点是温屋河尾。

2.1.4 水文气候

研究区水资源丰富，是诸条河流的发源地。区域内的集雨面积超过100 m2，河流多达12条。分水岭是西北-东南走向，河流有鉴江水系与珠江水系。自然条件较好，位于亚热带季风区，并兼顾山区气候，夏热冬凉，有明显的四季之分。虽然降水量丰富，但分布不均，年均气温能达到22.6℃。

2.2 森林经营状况

2005年，研究区的林业用地达到206 105.5 hm2，其中商品林占据73.47%，其余为公益林。若按照地类进行分类，林地面积占据92.68%、疏林地仅有0.22%、灌木林的面积是2.31%左右，还有未建成的林地以及辅助性生产用地，商品林大部分为用材林。如今，森林蓄积量达到10 606 354 m3，乔木林占比在95.33%左右。研究区内林木总生长情况是519 437 m3，平均价生产率为4.90%，森林覆盖率达到66.40%。

3 3S技术在森林资源规划设计调查中的应用分析

3.1 研究内容与方式

使用3S技术对研究区当前森林资源的实际规划情况加以分析，此过程着重分析数据采集技术，并侧重于遥感数据。设置相关管理系统，明确功能规划及逻辑设计。研究方式包括数据采集、整理、精度把控及管理系统编制等。

3.2 数据分类及构建数据库

3.2.1 空间数据

空间数据可分成基础与专题两个部分。前者涉及到正射影像及栅格地图、高程模型。其中，正射影像具备形成周期短、数据量与直观性的特征，有明显可判读性。该课题研究使用卫星遥感信息，是主要的分析来源。在设计调查期间，高清的遥感图像极为重要，边界清晰、高分辨率、可供信息处理与提取等功能。而栅格地图是在原本纸张为承载物的地图资料上，通过全面扫描及合理化调整，生成数字化地图，有极高的几何精度，且造价不高。其可以用在对遥感信息纠正及基础数据采集等工作上；高程模型则是用于描述地表起伏情况的信息集合；专题数据则包括栅格信息与矢量信息两类。其中，前者是行政划分格局、土地使用情况及森林资源的分布状况等。矢量信息则涉及到研究区的位置、整体形态及空间联系等，突出特点是空间点位、几何类型以及拓扑结构，三者的功能分别对应：对象处于坐标系统内的方位、研究对象形状、表示各实体间的位置对应关系。此类信息能分成点线面三种，其中“点”代表地理空间上的实体，涉及到高程点、河流、小班注记等。“线”采用线描绘研究对象的形状及立体空间上的实体，涉及到行政区域分界线、线形河流等。“面”是指有几何形状的研究实体，如小班画及居民区等[2]。

3.2.2 属性数据

此类信息包含小班的调查因子信息库、文档信息与图片数据等。其中小班因子有乡、村及林班等，还有研究区地貌、坡向等立地数据，树木品种、龄组等属于测树因子。另外，作业年度及保护级别、工程类别等归纳到其他因子中。文档资料反映社会经济情况、现行法律及项目管理资料等。图片数据能反映出研究区的实物情况，借助遥感技术，输出地表形态最直观的信息，一般采用栅格存储形式。

3.2.3 管理方式

为提升系统运转的效率，需要划分研究资源各种数据并采取差异化的管理方式，让所有数据聚能得到充分运用。在设置数据库期间，各个类别都需借助有关软件程序设置数据库，通过软件程序完成管理操作，并且由此形成的数据资料也能被其他软件应用。

3.2.4 构建数据库

系统结构中，分成图像、图形信息、小班调查信息和辅助信息四个模块，利用数据集约，构成数据库。其中，图像数据库以图像资料为基础信息，其负责根据设计调查工作的现实需求，处理图像资料，并构建完整的图像库。图形数据库是GIS中极为关键的部分，关系到之后的分析质量。该数据库需要完成图形信息采集以及整理编辑等，所有步骤均需经过严格把控，实现精确处理，避免发生人为误差。

3.2.5 数据模型

数据模型对整个系统的应用性能有较大的影响，其负责表示是研究实体和对应的关系模型，抽象描绘研究对象。目前常见的数据模型分成两种，即面向空间对象；表示空间实物有关的属性特点。二者通常是分开保存，前者采用图片保存，后者则使用数据库及文件等[3]。

3.2.6 数据组织

数据信息基于原本的特征，可分出遥感、图形以及属性等，该系统运行中，采用常规的分类管理形式，属性资料也是按照标准化的信息保存；图形资料采取“层”的模式完成分类管理，并直接形成拓扑联系；遥感信息通过地理映射后，成为独立层，采用栅格模式保存，图片数据与其相同。需要注意的是，空间信息和属性资料应当分开保存，并借助编码维系各类数据之间的联系，如图1所示。

图1 数据关系

3.3 管理系统构建

3.3.1 需求分析

该系统是基于GIS，围绕数据库管理，搭配遥感及定位等技术，以研究区的森林资源情况加以分析，提高对当地森林资源管理与附属设施等的管理水平，帮助有关技术人员进行管理决策。该系统设置意图是为主动运用现有的科技与各类信息技术，探求符合本地的森林管理模式和推动服务工作的信息化建设路径，将森林资源的有关数据作为连接渠道，借助网络推动各部门的集约化程度，围绕信息管理及资源设计规划，形成资源管理系统。另外，此系统的构建需解决一系列的问题，如资源分析，基于采集到的专题信息，找出其中蕴含的内在联系，继而确定森林资源的生长空间规律。

3.3.2 功能设计

一是显示功能，借助计算机屏幕输出图形及图像资料，与对应的统计信息。二是查询功能，技术员通过操作系统可以查找调查活动数据及空间资料、各类数据内在联系等，可供图形与属性之间的双向查找。三是文件管理，可完成各类文件管理需要，实现文件数据的动态同步，可基于资料的时间及类型等完成索引查找。四是统计及分析，负责输出森林资源和调查资料的统计与分析结果，为相关管理人员提供各项报表资料及信息。系统普通用户能开展信息统计与空间数据分析等，以整理出自身所需的资料。而系统的管理用户能开展完整的信息统计分析，并完成资料加工，加大数据深度及广度。五是分析和评价。根据基本数据，借助信息和技术手段、评估标准等，完成对现有资源的整体评价，系统则通过资源分布图等承载方式，参与到正常的管理任务中。六是输出功能，系统基于用户需要，输出有关的森林资源数据，呈现方式多样化，能适应多种数据使用要求。

3.3.3 界面设计

其一，档案管理模块，包含研究区的社会经济形态、法律法规等，可进行添加及编辑等操作，并能动态更新文件信息。其二，数据源库，负责各类遥感数据、蓄积情况等资料的管理，提供正常的数据使用操作功能。其三，信息管理模块，包括属性数据及空间数据。此外，还有成果图模块、电子沙盘、图形分析及成果输出等。

3.4 3S技术的使用效益

一方面，经济效益。此项技术的推广使用中，使得森林资源的调查任务得到较好的改进成效，减少调查时长，并提升区域划分的精度，节约部分活动工作费用，由此节省下来的管理经费是极为可观的额度。另外，管理系统与各类专项系统的有效运用能提升对森林资源的管理效果，该系统需要在设计调查前后进行完整性构建。另一方面，社会效益。有助于提高森林资源的分配效果，并增强管理决策水平，优化从业者的个人能力，促使林业得到科技型发展[4]。