（森林经理学专业论文）基于3S技术的沿海防护林管理系统的研究.pdf

福建农林大学2 0 0 5 届硕士研究生毕业论文 基于3 s 技术的沿海防护林管理系统的研究 摘要 3 s 技术是以g i s ( 地理信息系统) ，g p s ( 全球定位系统) ，r s ( 遥感) 为基础，将这 三种技术与其它高技术领域有机构成一个整体而形成了一项新的综合技术。 本文利用3 s 技术，以改进传统防护林资源管理方法，适应林业分类经营，强化资源 管理和监督工作为研究目标；以防护林资源管理为研究内容；采用遥感图像处理系统e r d a s 对不同时期的卫星影像进行处理，计算植被指数，形成卫星影像植被指数图，获取基础信 息；以a r c i n f o 和a r c v i e w 为工作平台，建立防护林资源信息管理库，并利用g p s 所确 定的控制点把防护林资源数据( 属性数据、图形数据) 和卫星空间信息精确匹配起来；以 t m 卫星影像的实时更新和利用g p s 作相应的野外补充调查为基准随时对g i s 中的防护林资 源信息库进行及时更新。r s 是空间数据源信息提取和分析处理的背景依据，g p s 是实时定 位的重要保证，g i s 是综合运行的必要手段，在r s 、g p s 、g i s 的三者统一协调下完成了防 护林资源管理的系统构架。 3 s 技术的综合利用使得防护林资源管理变得更加科学合理，从而满足了动态分析、管 理层决策的需要，为森林可持续经营和林业可持续发展提供了更强大的技术保障和支持， 为防护林资源管理现代化的实现奠定了基础。 关键词：g i s , g p s , r s , 防护林资源；防护林资源管理 主题词：3 s ；资源；管理 基于3 s 技术的沿海防护林管理系统的研究，张秀萍 s t u d i e s0 n t h ec o a s tp r o t e c t i o nf o r e s t m a n a g e m e n ts y s t e mb y3 st e c h n o l o g i e s a b s t r a c t t h e3 st e c h n o l o g yi san e wi n t e g r a t e d i n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，g p s ( g l o b a lp o s i t i o n t e c h n o l o g y , w h i c hi sb a s e d0 1 1g i s ( g e o g r a p h i c s y s t e m ) ，r s ( r e m o t es e n s i n g ) a n do t h e rh i l g h t e c h n o l o g i e s t h et h e s i sm a k eu s eo f3 st e c h n o l o g y , r e g a r d e di m p r o v i n gt r a d i t i o n a lm e a s u r e so f p r o t e c t i o n f o r e s tr e s o u r c em a n a g e m e n t , a d a p t i n gf o r e s t r yc l a s s i f ym a n a g e m e n t , c o n s o l i d a t i n g r e s o u r c em a n a g e m e n ta n ds u p e r v i s i o na s t o t a r g e t ；r e g a r d e dp r o t e c t i o n f o r e s tr e s o u r c e m a n a g e m e n ta st or e s e a r c hc o n t e n t ；a d o p t e dw i t hr si m a g em a n a g e m e n ts y s t e m - - e r d a st o m a n a g es a t e l l i t ei m a g eo fd i f f e r e n tp e r i o d , c o m p u t ev e g e t a t i o ni n d e x , c o m ei n t ob e i n gt h e v e g e t a t i o ni n d e xg r a p ho fs a t e l l i t ei m a g e a n do b t a i nb a s a li n f o r m a t i o n ；r e g a r d e da r c i n f 0a n d a r c v i e wa st ot h ew o r kp l a t f o r m , e s t a b l i s h e dd a t a b a s eo fp r o t e c t i o n f o r e s tr e s o u r c e m a n a g e m e n t , t h e na d o p t e dt h ec o n t r o lp o i n tb yg p st op e r f e c tm a t c ht h ep r o t e c t i o nf o r e s t r e s o u r c ed a t a ( a t t r i b u t ed a t a , g r a p h i c sd a t a ) a n dt h es a t e l l i t er o o mi n f o r m a t i o n ；r e g a r d e dr e a l t i m eu p d a t i n go ft mi m a g ea n dc o r r e s p o n d i n gf i e l ds u p p l e m e n tr e s e a r c hb yg p sa s t o b e n c h m m - k , u p d a t e dt h ep r o t e c t i o nf o r e s tr e s o u r c ed a t a b a s ei ng i sr e a lt i m ea ta n y m o m e n t r s i st h eb a c k g r o u n do fi n f o r m a t i o ne x t r a c t i o na n da n a l y s i sm a n a g e m e n to fr o o md a t as o u r c e ；g p s i st h ei m p o r t a n tg u a r a n t e eo fr e a lt i m ep o s i t i o n ；g i si st h en e c e s s a r ym e a s u r eo fi n t e g r a t e d w o r k i n g u n d e rt h eu n i f i e dh a r m o n i z eo fr s 、g p sa n dg i s ，c o m p l e t e ds y s t e mo ff r a m e so f p r o t e c t i o nf o r e s tr e s o u r c em a n a g e m e n t i tm a d et h ep r o t e c t i o nf o r e s tr e s o u r c em a n a g e m e n tm o r es c i e n t i f i ca n dr e a s o n a b l eb y a d a p t i n gi n t e g r a t e d3 st e c h n o l o g y , s oa st o m e e tt h ed e m a n do fd y n a m i ca n a l y s i sa n dt h e d e c i s i o nm a k i n go ft h em a n a g e m e n t , p r o v i d em o r ep o w e r f u lt e c h n i c a ls u p p o r tf o rt l l ep r o t e c t i o n f o r e s ts u s t a i n a b l em a n a g e m e n ta n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t , l a yt h eg r o u n d w o r kf o rr e a l i z i n g t h em o d e r n i z a t i o no ft h ep r o t e c t i o nf o r e s tr e s o u r c em a n a g e m e n t k e y w o r d s g i s ；g p s ；r s ；p r o t e c t i o n f o r e s t r e s o u r c e s ；p r o t e c t i o n f o r e s tr e s o u r c e s m a n a g e m e n t t o p i cw o r d s3 s ；r e s o u r c e ；m a n a g e m e n t 2 独创性声明 本人声明，所呈交的学位( 毕业) 论文，是在指导教师的指导下，通过我的 努力取得的成果，并且是自己撰写的。尽我所知，除了文中作了标注和致谢中已作 了答谢的地方外，论文中不包含其他人发表或撰写过的成果。与我一同对本研究做 出贡献的同志，都在论文中作了明确的说明并表示了谢意，如被查有侵犯他人知识 产权的行为，由本人承担应有的责任。 学位c 毕业，论文作者亲笔躲弓长耒辱 隰2 0 0 5 生g5 论文使用授权的说明 本人完全了解福建农林大学有关保留、使用学位( 毕业) 论文的规定，即学 校有权送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。 保密，在3 年后解密可适用本授权书。团 不保密，本论文属于不保密。口 学位( 毕业) 论文作者亲笔签名：；长絮彰擎 日期：2 0 0 5 年5 月 指导剥碌笔签轹鹰履苡 f 日期：2 0 0 5 年5 月 福建农林大学2 0 0 5 届硕士研究生毕业论文 1 引言 生态建设是当今社会发展的要求，林业作为生态建设的主要组成部分，是改善和维护 生态环境的重要保证。沿海防护林体系是我国林业生态工程建设重点项目之一，它对于改 善沿海人民的生存环境、抵御自然灾害、保障沿海地区的经济发展有着重大作用。因此， 全面、准确、及时地掌握沿海防护林资源状况，摸清沿海防护林资源的动态消长对于稳定 区域生态环境、促进社会可持续发展具有深远的意义。 1 1 研究背景 在我国，如何高效率高质量地对防护林资源数据进行及时更新一直是森林资源管理者 所面临的一大问题。长期以来，依赖森林资源清查把握森林资源数据，并通过下一次清查 对已有的资源数据进行更新，不但花费大量的人力、物力、财力，而且要花费大量的时间， 导致资源数据无法及时更新，从而影响林业生产规划和决策的准确性。 随着科学技术的高度发展和社会的进步，以r s 、g i s 、g p s 等技术为核心的3 s 信息技 术正在发展成为直接为社会生产管理部门服务的一种高新技术，为资源与环境工作提供空 间数据处理的新工具与新方法。将3 s 技术应用于防护林资源信息的动态监测与更新，不 但可以实现对防护林资源信息的全方位表达，节省大量人力、物力和财力，而且利用3 s 技术相辅相成，可以实现对资源变化的动态监测并进行及时准确的自动更新，可大大提高 资源管理和监测水平，完善各级监测体系，提高工作效率，为林业生产规划和决策提供有 效的信息和科学依据。 1 2 防护林资源管理研究现状 防护林是指以海岸为主线在临海乡镇建立的人工森林植被为主体的综合森林生态防 御体系，包括防风固沙林、农田防护林、水土保持林、水源涵养林、护岸护堤林、护路林、 护村护宅林。我国沿海防护林体系北起辽宁的鸭绿江口，南至广西的北仓河口，跨越1 1 个省1 9 5 县，大陆海岸线长1 8 万l 【，总面积2 5 3 0 1 万h m 2 ，建立沿海防护林体系总工 程量3 5 6 万h m 2 。沿海群众经过5 0 年代中期到6 0 年代中期1 0 年的努力，初步建成了我国 沿海沙地防护林，7 0 一8 0 年代我国整个沿海沙地防护林体系建设取得了新的进展，到现在 我国重点地区防护林体系建设工程已完成造林5 3 7 万公顷。目前，我国沿海防护林已采 用多功能树种造林，建立了生态经济型防护林体系，使我国沿海防护林建设开始向综合治 理、综合开发、多种经营、高质高效方向发展，为促进沿海经济全面高速发展提供生态保 障。 传统的防护林的经营管理是单项行业的，单纯着眼于森林的经济效益，不注重生态社 基于3 s 技术的沿海防护林管理系统的研究张秀萍 会效益，重用材，轻防护，脱离了整体的经营管理方式。其管理方法主要是利用野外布设 样地或小班区划，再对调查区域进行调查，然后将各种调查数据手工汇总，在室内人工清 绘、成图。这种传统的管理方法使得数据的现势性、准确性受到极大的限制，存在许多局 限性。调查和成图周期长，数据过时严重，现势性差。调查技术定位精度低，抽样调 查覆盖面窄，数据缺乏空间分布信息。劳动强度大，体力消耗大，人员多，成本高。 受自然因素如地形、水文、气候等条件限制，调查困难地区常存在数据信息的空白现象。 数据更新周期较长，实时性不能满足生产管理的需要。数据共享性差，不能够实现在 计算机网络上的调用，不能满足林业信息发展的需要。 显然，传统的管理方法因其局限性难于满足新世纪林业发展战略的要求。随着国民经 济的迅速发展，人类对资源和环境的需求越来越高，用先进的技术加强防护林资源管理及 其环境的监测已成为迫切需要。这就要求广泛应用现代化科技，提高集约经营水平，最有 效地发挥森林的最大防护作用，因地制宜、因害设防，使其组成一个有机的整体。利用近 年来发展起来的3 s 技术可以克服传统的防护林资源管理的局限性，为防护林资源管理和 环境的监测带来了新的方法，可实现防护林资源管理的实时化、科学化和智能化。 3 s 技术在林业方面已得到了不同程度的应用。1 9 8 5 年，美国对加利福尼亚州的国有 林区用t m 图像经过分类和波段组合对森林资源进行调查；1 9 8 3 一1 9 9 0 年，加拿大对中部 9 0 时的地区用1 m 图像在计算机分类和数据库支持下进行了沼泽地与植被区分；法国于 1 9 8 6 1 9 8 8 年在西非用t m 和s p o t 图像编制了植被图：还有其它许多国家，如日本、芬兰、 印度、泰国等，都应用过卫星图像进行了植被图的编制和森林调查等。在我国，1 9 8 6 年 1 9 9 0 年是林业遥感发展的重要阶段，中国林科院主持的“三北防护林遥感综合调查”攻关 课题带动了林业遥感理论和应用技术的研究；1 9 8 7 年，国家气象局、中国科学院、中国林 科院和林业部规划院等部门分别利用气象卫星和陆地卫星监视了大兴安岭森林火灾和灾 后生态环境。随着近年来地理信息系统和全球定位系统技术的发展，在计算机网络的支持 下，遥感和它们正趋于共同组合形成“3 s 集成化”技术。1 9 9 9 年，周立以3 s 技术为核 心，建立了森林虫害监测与防治系统，利用g i s 进行虫情预测和灾情评价，并利用g p s 进 行跟踪导航；曾安全旧。介绍了3 s 系统在安徽省林业上的应用现状及发展前景，并指出3 s 技术作为一种崭新的现代技术管理手段，将在森林资源监测、营林规划设计、森林灾害预 警、科学宏观决策等方面带来巨大的变革深远的影响：张俊华旧1 用e r d a s 对帽儿山地区t m 影像进行判读和解译，并利用a r c v i e w 中得到植被图、土壤图、地形图等专题图，从理论 上探求了利用3 s 技术进行森林水文效应定量分析的方法，为森林资源的合理经营的土地 利用的合理规划提供了科学依据。任青山利用3 s 技术对拉萨市森林资源进行调查，并 指出了3 s 技术在西藏森林调查的运用前景。冯仲科啪1 对森林资源与生态环境3 s 技术应用 进行了研究；郭宏俊分析了3 s 技术在林业及林火管理中应用，提出了应用3 s 技术来促 4 福建农林大学2 0 0 5 届硕士研究生毕业论文 进林地资源可持续管理；李全基引总结了“3 s ”技术在森林资源监测中的应用情况及存在 的问题，提出了应对措施：杨春华副讨论了3 s 系统在森林经营管理中的应用；侯长谋m 1 阐述了3 s 技术在广东省森林资源动态监测中的应用，为广东省森林资源预测及合理安排 林业生产提供了科学依据；石岩副提出利用“3 s ”技术对林区实现森林资源的实时监测的 构想。陈士银订6 1 提出应用“3 s ”技术，通过建立林地资源的监测信息系统、管理信息系统、 估价信息系统和决策支持系统等来促进林地资源可持续管理的对策。胡莽口刀等在“中国三 北防护林工程监测和管理信息系统”项目中利用遥感技术综合调查。三北地区森林、土地、 草场等再生资源的数量，并对”三北的生态环境进行了评价等。分析所获的查新资料，应 用3 s 技术进行平潭县沿海防护林资源研究，未见文献报道。 1 33 s 技术集成与应用 1 3 1r s 技术 遥感( r e m o t es e n s i n g ，r s ) 是一门基于电磁波谱理论，运用电磁波敏感的器件，捕获 远方电磁波信号并成像，来感知远方事物的综合性科学技术。 遥感技术系统包括：空间信息采集系统( 包括遥感平台和传感器) ，地面接收和预处 理系统( 包括辐射校正和几何校正) ，地面实况调查系统( 如收集环境和气象数据) ，信息 分析应用系统。 由于遥感技术能将许多艰苦的野外作业变成室内作业，它视域广、信息量大，获取信 息迅速、实时性强，可重复观察，经济，节省人力、物力、时间经济效益高，因而受到林 业各部门的重视，发展速度很快。在“七五”“八五”期间，我国己成功地利用陆地卫星 数据对我国“三北”防护林地区进行了全面的遥感综合调查，并对其植被的动态变化及其 产生的生态效益做了综合评价，为国家制定长远的发展计划奠定了科学的基础。 目前，遥感技术在林业工作中主要用于森林资源的调查和动态监测以及森林经营管理 方面。应用遥感技术可编制大面积的森林分布图，测量林地面积，调查森林蓄积和其它野 生资源的数量。对宜林荒山荒地进行立地条件调查、绘制林地立地图、土地利用现状图和 土地潜力图等，测算各类土地面积，进行土地评价。通过对森林变化的动态监测分析，可 以及时对林业生产的各个环节( 采种、育苗、造林、采伐、更新、林产品运输等工作) 起 指导作用。利用遥感技术还可以进行灾害监测、预报和灾情评估等。 遥感与地理信息系统、全球定位系统、各种地面观测技术、信息分析技术等结合起来， 正在形成- - i 1 崭新的地球信息科学。地理信息系统需要应用遥感资料更新其数据库中的数 据；而遥感影像的识别需要在地理信息系统的支持下改善其精度并在数学模型中得到应 用。随着计算机技术的发展，新的实用化的数据结构不断出现，应用实时遥感数据的数学 5 基于3 s 技术的沿海防护林管理系统的研究张秀萍 模型，使遥感资料的应用与计算机管理信息系统及与g i s 结合，成为了一个先进的功能强 大的应用途径，如1 9 8 6 - - 1 9 8 8 年林业部建立的森林资源和灾害信息管理系统就是将计算 机技术、遥感技术、信息管理系统、g i s 技术以及森林资源连续清查技术紧密结合的森林 资源监测方法，在以林业企业局为基础试验中取得了较高的精度。最近几年，在遥感的应 用技术中正在引入g p s 技术。全球定位系统的组合技术系统为遥感对地观测信息提供了准 实时或实时的定位信息和地面高程模型；遥感对地观测的海量波谱信息为目标识别及科学 规律的探测提供了定性或定量数据；遥感、全球定位系统、地理信息系统的一体化将使地 理信息系统具有获取准确、快速定位的现实遥感信息的能力。实现数据库的快速更新和在 分析决策模型支持下，快速完成多维、多元复合分析。因此，3 s 技术将最终建成新型的地 面三维信息和地理编码影像的实时或准实时获取与处理系统，形成快速、高精度信息处理 流程，对遥感技术发展具有深远的意义邮5 。 现在，遥感技术已成为获取森林资源信息的重要手段，相信随着遥感技术的不断完善， 它将给林业的生产和管理带来划时代的革命。 1 3 2g i s 技术 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 是种以计算机信息技术为基 础，集计算机科学技术、地理地质学、测绘遥感学、环境科学、空间科学、信息科学和管 理科学于一体的专门用于管理地理空间分布数据的计算机系统，是以采集、存储、管理分 析和描述整个或部分地球表面( 包括大气层内) 与空间地理分布有关的数据的空间信息系 统。它用现代计算机技术来管理和分析空间数据。通过对多因素的综合分析，迅速地获取 满足应用需要的信息，并将结果目视化，以地图、图形或数据的形式表示处理的结果，它 将空间信息的处理与属性信息完美结合起来，并能研究其在空间与时间上的变化，提高人 们的 认知能力与信息处理能力，为科学管理和决策提供重要手段n u 。 g i s 在森林资源管理中的应用包括作为森林调查、数据管理的工具、作为资源分析 的工具、作为森林资源经营管理的工具等噙诩。 1 地理空间分布。用g i s 的数字地形模型( d t m ) ，地面模型，坡位、坡面模型可表现 资源的水平分布和垂直分布，利用栅格数据的融合，再分类和矢量图的叠加，区域和邻边 分析等操作，产生各种地图显示和地理信息，用于分析林分、树种、林种、蓄积等因子的 空间分布。使用这些技术，研究各树种在一定范围内的空间分布现状与形式，根据不同地 理位置、立地条件、林种、树种、交通状况对现有资源实行全面规划，优化结构，确定空 间利用能力，指导林业生产，提高森林的商品价值。 2 森林资源动态管理。建立县级森林资源连续清查和二类调查数据库系统，完善 6 福建农林大学2 0 0 5 届硕士研究生毕业论文 森林资源档案，及时更新数据，及时准确地掌握森林资源状况和消长变化动态。利用空间 数据与属性数据的有机联结可以实现双向查询，根据图形查询相应的属性数据，也可按属 性特点查找对应的地理坐标或图形。查询结果以专题图、统计图表等方式输出。 3 林权管理。权属分国家( 3 6 ) 、集体( 9 6 3 ) 、个人( 0 1 ) 三种形式，不同权属的 森林实行”谁管谁有”的原则，大部分权属明确，产权清晰，界线分明，标志明显，山林权 与实地、图面相符，少数地方界线难以确定，可用邻边分析暂定未定界区域。 4 森林结构调整 林种结构调整。可以利用缓冲分析方法进行河岸防护林，自然保护区，林区防火隔 离带等公益林的规划，确定防护林的比例和相应的分布范围。根据森林资源分布状况和自 然、社会经济分布特点以及社会经济需求进行空间属性分析可以调整林种( 如用材林、经 济林、造纸林、生态防护林、风景林、水源涵养林等) 的结构，增加林分防病虫害、抗火 能力，提高林分的稳定性。 龄组结构调整。利用g i s 和相关的技术，根据地形地貌、立地条件、分布特点、林 木生长各个阶段的经济和生态效益特点，调整龄组结构，加速林木成熟，使龄组比重合理， 充分发挥林地的生产潜力，实现森林资源的可持续发展。 5 森林防火扑救管理。g i s 系统的功能可以渗透到森林防火补救管理各个环节。可以 利用森林植被图进行相关分类，制作出森林可燃物分类图；可以利用气象因素和天气预报 资料进行林火天气预报，在分析林分可燃物与气象因子间的关系的基础上进行森林火险、 林火行为预测预报模拟；也可以利用气象卫星遥感图片数据对林区进行热量和温度分析， 提供火险区划报告和火险区划图；而且还可以及时调用有关信息为扑救指挥提供决策服 务，并对灾后的损失进行快速准确的评估，为今后的预防工作提供依据。 由于我国政府部门的重视和国际组织的援助，目前g i s 在林业生产管理部门中发挥了 巨大作用，我国国家森林资源监测地理信息系统的建设工作目前正在开展。在林业制图方 面，g i s 提供的强大制图功能可以轻松地完成制图工作，例如在制作植被分布图时，g i s 把地图的信息源依海拔、坡向、坡位、坡度、土壤类型、年降雨量等分成不同的层，使 每一层与一定立地上的植被相联系，简化、连贯了植被成图工作，通过图形的组合、叠加、 复合，可以实现地图的拼接、裁剪( 缩放等各种功能) 制作用户所需的各种复杂的专题地 图。在森林资源管理与信息技术相结合方面，通过发展3 s 技术，在森林资源调查、监测 和图像处理方面有较大的进步，不仅在全国森林资源管理上得到推广应用，同时逐步普及 到县( 市) 林业局和林场生产管理上。在森林资源的调查和监测方面，利用航天、遥感技术 建立大范围的森林生态图( e c o g a p ) 和森林健康指数图，对森林的生物和环境因子，森林 的健康状况进行连续和动态的研究和监测。 目前，地理信息系统在森林资源管理中的应用日益成熟，唐小明于1 9 9 4 年开发了面 7 基于3 s 技术的沿海防护林管理系统的研究张秀萍 向森林资源地理信息管理的w i n g i s 系统：林业部规划院和福建省国有林场管理局于1 9 9 6 年底也研制了国有林场二类调查数据处理软件；福建省林业科学研究院于1 9 9 4 、1 9 9 8 年 研究了地理信息系统技术在乡镇、国有林场森林资源管理中的应用，并在南平市延平区王 台乡、沙县水南国有林场等的具体实施和应用中取得良好效果。 1 3 3 g p s 技术 全球定位系统g p s ( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 是一个无线电空间定位系统。它 利用导航卫星和地面站为全球提供全天候的、高精度的、连续的、实时的三维坐标( 经度、 纬度、海拔) ，三维速度( x y z 轴) 和时间的定位信息。 g p s 在森林资源与环境调查监测中有以下一些作用n 引： ( 1 ) 为数字化地图野外测绘提供基础控制数据 数字化地图野外测绘是g i s 获取数据源的手段之一，也是所有获取空间图形数据手 段中相对精度较高的一种。是未来地图的发展方向之一。数字化地形测图需要借助于g p s 静态相对定位实现控制测量，为其细部测图提供依据。 ( 2 ) 实现数字化地图测绘、补测、补绘和更新 现己成熟的r t dg p s 技术、r t kg p s 技术甚至基于事后处理的普通d g p s 技术都是数字 野外测图的良好空间数据采集工具之一，能为g i s 提供质量好、精度高的矢量数据，实现 数字化地图的测绘、补测、补绘和更新。 ( 3 ) 为r s 提供精确的几何校正数据 以往r s 制图，通常依赖于相当比例尺的地形图上明显地物点的解析坐标，其精度随 比例尺和解析精度而异，直接影响遥感图像与国家坐标系完整框架的统一。利用g p s 的r t d 定位技术，可为r s 校正提供高精度地图坐标图数据( 三维) ，建立三维高次模型，提高r s 几何校正精度。 ( 4 ) 为r s 提供训练样地实时定位和面积实时精测 如何使图像上的训练样地与实地样地对应起来，这是提高分类精度的重要途径，通过 d g p s 定位精确、实时测量训练样地面积，建立图上面积与实地面积的数学关系是r s 分类 中有意义的内容。 ( 5 ) 为运动系统导航和记录运行轨迹 借助于电子地图，d g p s 可以按设计的路线指挥车辆、船舶、飞机运行或者记录其运行 轨迹，配合g i s ，分析其性能。结合土壤图、林相图、病虫害图，实现夜间喷药、施肥， 促进森林高效、健康成长。动物行踪的自动跟踪也可依赖于g p s 。 ( 6 ) 实现航测内外方位元素的测定。 ( 7 ) 配合电子地图和林业g i s ，实现同定样地的复位，林班线的划分。小班面积的实时 8 福建农林大学2 0 0 5 届硕士研究生毕业论文 精确测定，自动、实时测树，绘制小班、样地林木空间分布图。 ( 8 ) 配合林区道路、工程建设中断面测量，土方量计算、工程放线标定、样带、格网 标定等。 1 ：1 43 s 技术集成与应用 3 s 技术是综合性的一门科学，它以r s 、g i s 、g p s 为基础，但不是三者的简单相加， 即：3 s 技术r s + g i s + g p s 。3 s 技术是将r s 、g i s 、g p s 这三种独立技术领域中的有关部 分与其它高技术领域的相关部分有机地构成一个整体而形成的一项新的综合技术领域，它 既包括了应用技术也包括了技术应用，它应该表达为：3 s 技术= p 1 r s + p 2 g i s + p 3 g p s ，其 中p 1 、p 2 、p 3 为权值。3 s 技术的理论依据是多维复合分析理论，它的技术方法是基于高 精度定位特征的信息处理及高动态分析决策的技术方法。 从3 s 技术的各个方面来看：r s 是3 s 技术中定性分析的主体信息，通过传感器得到地 面物体的成像光谱图像，然后利用计算机并辅以人工手段对这些遥感图像进行数字处理， 从而达到掌握地面物体特性的目的；g p s 是3 s 技术中采用从空中到地面定位方式的前提， 它可以不依赖地面控制点，就在空中直接对遥感图像定位，可以获取已互相准确匹配的数 字高程模型和地学编码图像；g i s 是3 s 技术的支持技术，它可以依据不同的应用领域而进 行不同的信息管理，是形成成果的决策加工基地，并可促进建立专家系统。3 s 技术正是这 三个方面的有机结合体。3 s 的结合应用可以取长补短，r s 和g p s 向g i s 提供或更新 区域信息以及空间定位，g i s 进行相应的空间分析，以从r s 和g p s 提供的数据中提取有用 信息，并进行综合集成，使之成为决策的科学依据。利用g i s 、r s 和g p s 三者的集成运用， 可以构成整体的、实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行系统哺j 创。 图13 s 的相互作用与集成 f i g 1m u t u a la c t i o na n di n t e r g r a t i o no f3 s 3 s 技术及其集成是地球空间信息科学的技术体系中最基础和基本的技术核心，而地球 9 基于3 s 技术的沿海防护林管理系统的研究张秀萍 空间信息科学是数字地球的核心。没有3 s 技术的发展，现实变化中的地球是不可能以数 字的方式进入计算机网络系统的。3 s 技术为科学研究、政府管理、社会生产提供了新一代 的观测手段、描述语言和思维工具，正在发展成为直接为社会生产管理部门服务的一种高 新技术，为资源与环境工作提供空间数据处理的新工具和方法。 作为单项的g p s 、r s 、g i s 在林业中的应用已各自取得辉煌的成就。例如，g p s 用于飞 播造林辅助导航，样地野外定位，伐区测定边界和面积，林业工程测量等，取得良好的经 济效益。r s 在我国林业中的应用更是令人瞩目，三北防护林遥感综合调查在两年时间查 清了占全国6 0 面积的三北地区森林、土地、草场等再生资源的数量，并对。三北。的生 态环境进行了评价，使国家有关部门在短时间里掌握了如此大面积的资源状况及变化情 况。对人迹稀少、常规方法难以调查的地区，r s 更显其威力，西藏自治区森林资源调查就 是用遥感技术完成的。g i s 的应用也由当初的简单查询和制图制表发展为森林经营管理的 重要工具，除了完成常规的数据管理功能外，可方便地在空间属性数据基础上建立生长、 预测、经营、决策等专业模式，通过对各种经营过程进行模拟比较和评价，选择出最优经 营方案，并通过与r s 的结合作出了许多区域性的森林资源、土地资源的动态化监测。利 用3 s 技术建立的森林资源监测体系，将能更有效地为国民经济发展和生态环境建设服务 8 - 9 1 4 1 5 2 0 2 1 】 a 3 s 技术系统是一个同时管理空间数据和非空间数据的信息系统，利用3 s 技术进行防 护林资源管理，可以提供空间和非空间数据，并将二者通过一定的方式有机地连接起来。 因此，在防护林资源管理中所涉及到的资源、社会、经济等所有类型数据和环境地理的空 间数据，通过3 s 技术系统可构成为一个整体的系统信息，为实现防护林资源的全面管理 提供支持。3 s 技术在防护林资源管理中的作用主要体现在：可以对防护林资源中的基本 要素进行时态分析，从而可以动态监测防护林资源的空间分布，满足管理部门的需要； 不仅可以对省、地区等大区域的防护林资源进行宏观管理，而且还能对局部微观区域的防 护林资源变化进行动态管理；在管理的内容上，不仅可对防护林资源数量进行统计管理， 更能加强对生态环境信息的动态管理；在数据更新方面，利用3 s 技术的实时性或准实 时功能，能更好地完成资源管理体系的数据更新；具有较高工作效率和强大的集成程度， 可以更好地协调人员的作业；利用计算机网络实现异地工作，计算机网络分布性的特点 可以最大程度地满足了各类用户和各部门的需要。 利用3 s 技术建立防护林资源管理体系易于克服传统管理体系的缺陷，有利于建立现 代化的防护林资源管理体系，满足可持续发展的需要：同时可根据研究区域内自然环境与 社会经济状况，综合所有地理空间信息和属性统计信息，协同处理地图、遥感图像和统计 表格等，开发各种应用模型，提供决策参考并指导行动。 1 0 福建农林大学2 0 0 5 届硕士研究生毕业论文 1 4 研究意义 3 s 技术作为数字化工程中的主要支撑技术之一，成为“数字林业”的重要组成部分， 在林业的生产、管理与服务的各部门中逐渐得到深入的应用。 在林业3 s 技术中，r s 用于实时或准实时地提供森林及其环境信息，及时地对g i s 进 行数据更新( 主要以航片或卫片的形式提供数据源) ；g p s 主要用于实时、快速地提供目标 ( 包括样地、各种传感器和运载平台) 的空间位置；g i s 则作为3 s 技术集成的基础平台， 应用最为广泛，它可以将森林的自然及社会经济属性转述为数字形式，并进行综合处理， 结合固定样地系统( p s s ) ，由技术人员在计算机上进行动态仿真、模拟、决策。g i s 借助 其拥有的数据库和数据管理功能等，可以很方便地在空间、属性数据的基础上建立生长、 预测、经营、决策模型。在遥感、地理信息系统和全球定位系统现有技术的基础上，可以 进一步完善森林资源清查、灾害调查、监测与预测预报、森林信息动态更新的3 s 一体化 技术与分析处理系统。 本研究的目标是采用科研与实践相结合的方法，利用3 s 高新技术，对传统的地面实 测和手工作业等方法进行完善和补充，建立防护林资源地理信息系统，进而为我省沿海生 态林的建设提供实时管理方案，并对林业生产规划提供科学依据。研究内容是以已取 得的福建省林业科学研究院的“县级森林资源管理的3 s 实用技术研究”成果项目( 2 0 0 3 年) 为基础，以平潭县为试验地，建立研究训练区，采用卫星遥感影像数据，通过遥感图 像处理系统e r d a s 进行常规处理和专业处理，并利用地理信息系统a r c i n f o 建立防护林 资源管理的信息库，把空间信息源和地面调查数据紧密结合起来进行空间分析，并结合全 球定位系统的野外辅助调查，评价分析其沿海防护林资源状况，旨在探讨沿海防护林资源 快速动态监测和自动化管理的应用方法和技术，对沿海防护林体系建设提供合理的资源管 理的3 s 技术方案。 基于3 s 技术的沿海防护林管理系统的研究张秀萍 2 研究区概况与方法 2 1 研究区概况 本研究以平潭县为试验地。平潭县在福建省东部海域，海域辽阔，港湾澳口众多，交 通以海运为主，四通八达。县域范围位于北纬2 5 。1 5 - 2 5 。4 5 ，东经1 1 9 。3 2 1 2 0 。1 07 。全县由近千个岛礁组成，其中岛屿1 2 6 个。是福建省第一大岛，全国第五大 岛。 平潭县处于南亚热带湿润气候区，在大气环境和浩瀚海洋作用下，形成了季风明显的 海洋性气候。主要有以下特征：气候温暖，海洋性强：冬无严寒，夏无酷暑，霜雪罕见； 季风明显，风害突出；干雨季分明，夏秋早严重。受季风影响，风向的季节性变化明显。 受台风影响，常出现极大风速。除台风外，还有秋、冬、春季冷气南下过程所引起的大风 以及局部性雷雨大风和龙卷风等。 平潭县地形以海积平原为主，具有海岛隆起特点。北部丘陵与平原相间排列，形成呈 南北走向的三条丘陵带，并间以松散的堆积平原，有芦洋埔、至风洋、连九埔、大澳埔、 上攀洋、酒店洋等；中部多滨海平原，有燕下埔、龙凤龙头埔等；南部多低丘，间有远中 洋埔和苍霞洋、东昆洋等。 地貌类型主要有丘陵、台地、滨海平原、湖泊、滩涂和海岸。其中滨海平原总面积1 3 2 3 l 【m 2 ，占陆地总面积3 5 6 。由海积物和风积物发育形成，有七大埔和五大洋，总面积6 2 1 2 3 h a 。县域内无大河流，地表径流异常微弱。 县内土壤共有砖红壤性红壤、滨海风沙土、盐土、水稻土、红壤土、潮土等6 个类别， 分别占陆地总面积的4 6 、2 3 3 、3 1 5 、0 6 6 、0 4 5 、0 1 9 0 5 。共同特点是土层薄、养 分含量少。砖红壤性红壤和红壤土适宜营造黑松、相思树；滨海风沙土、盐土、水稻土、 潮土等适宜营造木麻黄、湿地松、四旁树。 平潭县主要自然灾害有风沙、暴雨、干旱等，其中以风旱灾害最重，涝渍灾害次之。 平均每4 年左右发生一次风早涝灾害。几乎每年都发生不同程度的气象灾害。 破坏平潭县生态环境的主要因子是风和沙。平潭县的风沙地遍布全县滨海平原区和大 部分港湾澳口，总面积8 7 2 7h a 。由于气候环境恶劣，风起沙涌，因果共生，几乎每年都 发生风沙灾害。 全县土地总面积3 0 9 8 4h a ，其中林业用地面积1 0 9 6 2 7 3h a ，占总面积的3 5 3 8 。林 业用地中有林地1 0 1 1 6 4 7h a ，疏林地6 1 0 0h a ，未成林地1 6 6 0 0h a ，无林地6 3 7 4 7h a 。 有林地中，防护林1 0 0 9 1 2 7h a ，特用林2 5 3 3h a ，分别占林分面积的9 9 7 5 和0 2 5 。 林业用地中，集体林9 7 7 7 2 0h a ，国有林1 1 8 5 5 3h a ，分别占8 9 2 0 和1 0 8 0 。全县活 立木总蓄积量达1 5 6 3 7 7 一。四旁树4 0 6 5 3h a 。森林覆盖率3 4 2 ，绿化程度9 7 。 1 2 福建农林大学2 0 0 5 届硕士研究生毕业论文 森林资源特点：( 1 ) 全部为人工林，没有天然林。平潭县境内原生植物因生态环境变 化和人为破坏，荡然无存。现有森林植被均为人工林，群落结构单纯，种类少，覆盖度较 低。( 2 ) 以防护林为主，主要发挥生态和社会效益，直接经济效益低。( 3 ) 林种、树种结 构单一，分布不均。没有用材林，只有防护林和少部分特用林。纯林多，点7 1 7 ；混交 林少，占2 8 3 。大面积造林树种只有木麻黄、黑松、相思树、湿地松。( 4 ) 分生长缓慢， 总体质量不高。防护林每亩平均蓄积量仅0 5 1m 3 ，居全省低下水平。( 5 ) 林地的质量和 立地条件较差，绝大部分是极瘠薄的i v 类地，裸岩山地和临海迎面坡的面积占林业用地 面积的6 0 以上。 森林植被：平潭县境内原生植物因生态环境变化和人为破坏，已不存在，现有人工森 林植被共有6 个类型、7 个群纲、1 9 个群系、2 5 个群从、隶属7 7 科、1 5 9 个属、2 1 4 个种。 其中乔本5 3 科，1 6 6 个种；灌木及草本2 4 科、4 8 个种。森林植被类型有常绿针叶林( 黑 松林) 、常绿阔叶林( 木麻黄、相思树林) 、常绿针叶混交林( 黑松、杉木混交林) 、常绿 针阔叶混交林( 黑松、相思树混交林，黑松、相思树、木麻黄混交林，木麻黄、湿地松混 交林) 。滨海平原区主要分布木麻黄、湿地松、果林和四旁树，林下无灌木，草本稀少， 层盖率在1 0 左右。丘陵台地以黑松和相思树为主，林下生长灌木，层盖率1 5 左右。灌 木有车桑子、黄桅子、山芝麻等，为数很少，主要分布于山丘坡地。牧草以旱生草本为主， 共有1 3 科3 8 种，生长于草埔和低丘坡地上，层盖度3 0 。农业作物有1 4 种粮食作物、2 8 种经济作物和2 0 0 种花卉。 野生动物：平潭县野生动物很少。其中受国家一级保护的珍稀野生动物有短尾信天翁、 蟒蛇：二级保护的有穿山甲、水獭、虎纹蛙等。按种群数量分，这些珍稀野生动物中，较 多的有水獭、海龟、蟒蛇；其余为稀有。另外还有4 种省重点保护野生动物：白鹭、家燕、 喜鹊、画眉。 2 2 研究材料 遥感信息源：美国地球资源卫星l a n d s a tt m 数据1 1 8 0 4 2 左下1 4 景，成像日期为 2 0 0 0 年6 月1 4 日。法国卫星s p o t p a n 全色数据k 2 9 6 j 2 9 9 ，成像日期为1 9 9 9 年1 1 月1 0 日。 相关研究材料：平潭县森林资源i i 类调查数据；平潭县各乡( 镇) 林业基本图， 比例尺1 ：1 0 0 0 0 ；平潭县i 类样地调查数据；生态公益林区划界定资料；平潭县地 形图，比例尺1 ：5 0 0 0 0 和1 ：1 0 0 0 0 ；平潭县政区图；有关社会经济统计资料。 2 3 研究的技术路线和方法 本研究以平潭县作为试点研究区，采用二至三个时期的卫星影像，通过遥感图像e r d a s 1 3 基于3 s 技术的沿海防护林管理系统的研究张秀萍 进行预处理，并利用地理信息系统a r c i n f o 建立防护林资源管理的信息库，把空间信息 源和地面调查数据紧密结合起来进行空间分析，提取森林变化区域，掌握防护林资源消长 动态并进行统计分析，建立高效率、高质量