基于“3S”森林資源與生態(tài)狀況年度監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

前言

　　森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，是長(zhǎng)期以來(lái)人類(lèi)賴以生存和發(fā)展的資源與環(huán)境保障。森林資源與生態(tài)狀況和消長(zhǎng)變化動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)是國(guó)家、?。▍^(qū)）、市、縣各級(jí)政府制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、生態(tài)安全規(guī)劃及編制林業(yè)規(guī)劃計(jì)劃、指導(dǎo)林業(yè)生產(chǎn)建設(shè)的重要依據(jù)。因此，需要及時(shí)地、動(dòng)態(tài)地對(duì)森林資源與生態(tài)狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。森林資源連續(xù)清查（簡(jiǎn)稱“一類(lèi)調(diào)查”）和森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查（簡(jiǎn)稱“二類(lèi)調(diào)查”）是摸清森林資源家底的重要手段，是科學(xué)經(jīng)營(yíng)森林和管理森林的基礎(chǔ)。一類(lèi)調(diào)查間隔期為5年，其調(diào)查成果為國(guó)家和?。▍^(qū)）制定林業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、調(diào)整林業(yè)方針政策、編制現(xiàn)代林業(yè)發(fā)展規(guī)劃及森林采伐限額、進(jìn)行任期目標(biāo)責(zé)任制考核管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和依據(jù)。二類(lèi)調(diào)查間隔期為10年，其調(diào)查成果是經(jīng)營(yíng)單位制定區(qū)域國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃和林業(yè)發(fā)展規(guī)劃、實(shí)施森林資源采伐限額、林地林權(quán)管理、實(shí)行森林資源資產(chǎn)化管理及獲得森林生態(tài)效益補(bǔ)償基金等的重要依據(jù)。通過(guò)每5年或每10年進(jìn)行一次本底調(diào)查來(lái)掌握當(dāng)年較準(zhǔn)確的森林資源與生態(tài)狀況固然重要，但是，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)信息交流與反饋的要求更加頻繁、及時(shí)、準(zhǔn)確、全面，各級(jí)政府也逐漸要求林業(yè)部門(mén)每年向社會(huì)公布森林資源和生態(tài)狀況，這就要求森林資源與生態(tài)狀況監(jiān)測(cè)趨于年度化。因此，如何在調(diào)查間隔期內(nèi)開(kāi)展森林資源與生態(tài)狀況年度監(jiān)測(cè)工作，產(chǎn)出年度森林資源與生態(tài)狀況公報(bào)，為?。▍^(qū)）、市、縣各級(jí)政府制定年度林業(yè)方針政策、調(diào)整林業(yè)發(fā)展計(jì)劃提供科學(xué)數(shù)據(jù)亦顯得尤為重要?！　‰S著全球?qū)ι峙c環(huán)境問(wèn)題的重視，我國(guó)林業(yè)工作重點(diǎn)已從木材生產(chǎn)為主向生態(tài)建設(shè)為主轉(zhuǎn)變。相應(yīng)地，森林資源監(jiān)測(cè)也從單一森林資源向多目標(biāo)、多功能的綜合監(jiān)測(cè)方向轉(zhuǎn)移，調(diào)查與監(jiān)測(cè)的手段和方法也在逐步突破，遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)等空間信息技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。目前，有關(guān)森林資源監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集、信息提取與分析的研究也很多，但很多研究?jī)H從理論和技術(shù)角度在一個(gè)典型研究區(qū)內(nèi)進(jìn)行突破，沒(méi)有全面考慮現(xiàn)實(shí)的森林資源年度監(jiān)測(cè)中實(shí)際存在的一些問(wèn)題，其研究成果在生產(chǎn)性的年度監(jiān)測(cè)中實(shí)用性、推廣性較小。關(guān)于區(qū)域性的年度森林資源監(jiān)測(cè)，近幾年來(lái)，一些省份（如廣東、浙江）做了有意義的嘗試，其主要做法是每年抽取部分連清樣地進(jìn)行復(fù)查，來(lái)估計(jì)全省每年的資源數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)只是對(duì)總體的估計(jì)結(jié)果，并不能落實(shí)到基層的經(jīng)營(yíng)單位，對(duì)指導(dǎo)基層經(jīng)營(yíng)單位的年度林業(yè)計(jì)劃、經(jīng)營(yíng)活動(dòng)并無(wú)太大意義?！　∵b感技術(shù)在森林資源調(diào)查、監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用已有幾十年的歷史了，但因過(guò)去我國(guó)對(duì)林業(yè)的投入有限、遙感信息源較少、遙感技術(shù)應(yīng)用成本相對(duì)較高、遙感調(diào)查的局限性等原因，使得遙感技術(shù)雖在一些專題調(diào)查中取得了較好的效果，在一類(lèi)調(diào)查、二類(lèi)調(diào)查或年度監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用效果并不理想。

內(nèi)容概要

　　《基于“3S”的森林資源與生態(tài)狀況年度監(jiān)測(cè)技術(shù)研究》提出了以“3S”技術(shù)為主要手段的森林資源與生態(tài)狀況年度監(jiān)測(cè)解決方案，主要內(nèi)容包括森林資源變化遙感監(jiān)測(cè)及空間數(shù)據(jù)自動(dòng)更新技術(shù)；綜合應(yīng)用決策樹(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)計(jì)分析、生長(zhǎng)模型、遙感模型、專家系統(tǒng)等技術(shù)進(jìn)行屬性數(shù)據(jù)智能監(jiān)測(cè)，基于VRS的DGPS-PDA在森林資源監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究，C/S、B/S結(jié)構(gòu)的森林資源年度監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)和共享平臺(tái)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)：基于大尺度遙感信息的森林生態(tài)宏觀監(jiān)測(cè)。《基于“3S”的森林資源與生態(tài)狀況年度監(jiān)測(cè)技術(shù)研究》積極推動(dòng)了高新技術(shù)應(yīng)用于年度森林資源監(jiān)測(cè)的智能化、自動(dòng)化、系統(tǒng)化、工程化?！　　痘凇?S”的森林資源與生態(tài)狀況年度監(jiān)測(cè)技術(shù)研究》可作為林業(yè)調(diào)查、森林資源監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員的參考用書(shū)，也可供從事林學(xué)、森林經(jīng)理學(xué)相關(guān)專業(yè)的師生和科研人員參考。

書(shū)籍目錄

前言第1章　概述1.1　研究背景1.2　研究目的和意義1.3　發(fā)展概況1.3.1　國(guó)內(nèi)發(fā)展概況1.3.2　國(guó)外發(fā)展概況1.3.3　存在的問(wèn)題1.4　研究?jī)?nèi)容1.4.1　主要技術(shù)方法1.4.2　主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容1.5　研究方法與技術(shù)路線第2章　遙感圖像處理2.1　遙感數(shù)據(jù)源的選擇2.1.1　遙感數(shù)據(jù)的適用范圍2.1.2　地物波譜特性2.1.3　遙感數(shù)據(jù)選取分析2.2　去除條帶噪聲2.2.1　條帶噪聲的產(chǎn)生2.2.2　條帶噪聲去除分析方法2.2.3　插值法去除條帶噪聲2.3　大氣校正2.3.1　大氣校正的原理和方法2.3.2　基于FLAASH模型的大氣校正2.3.3　基于ATCOR 2模型的大氣校正2.4　幾何校正2.4.1　校正模型2.4.2　校正流程2.4.3　影響精度的主要因素2.5　地形校正2.5.1　物理模型2.5.2　經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?.5.3　半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?.5.4　校正效果分析2.6　圖像變換2.6.1　主成分變換2.6.2　纓帽變換2.6.3　傅立葉變換2.7　圖像增強(qiáng)2.7.1　線性拉伸2.7.2　直方圖均衡化2.7.3　比值增強(qiáng)2.8　圖像融合2.8.1　IHS變換法2.8.2　小波變換法2.8.3　主成分分析（PCA）法2.8.4　Brovey變換法第3章　森林資源變化遙感監(jiān)測(cè)及空間數(shù)據(jù)自動(dòng)更新3.1　植物波譜特性及其變化規(guī)律3.1.1　植物光譜反射特性的共性3.1.2　影響植物光譜反射特性的主要因素3.2　植被指數(shù)3.2.1　比值植被指數(shù)3.2.2　歸一化植被指數(shù)3.2.3　綠度植被指數(shù)3.2.4　土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)3.2.5　垂直植被指數(shù)3.2.6　其他植被指數(shù)3.3　植被變化多時(shí)相遙感特征分析3.3.1　基于單波段圖像差值運(yùn)算分析植被變化3.3.2　基于K-L變換分析植被變化3.3.3　多時(shí)相遙感特征與植被變化相關(guān)性分析3.4　森林資源空間變化信息自動(dòng)檢測(cè)3.4.1　變化信息的處理3.4.2　森林資源變化類(lèi)型分析3.4.3　小班GIS數(shù)據(jù)與遙感信息集成分析3.4.4　影像特征因子的提取3.4.5　判別規(guī)則及閾值3.5　森林資源空間數(shù)據(jù)自動(dòng)更新3.5.1　基于邊緣檢測(cè)的小班變化界線自動(dòng)更新3.5.2　基于圖像分割的小班變化界線自動(dòng)更新3.5.3　結(jié)果分析3.5.4　用分割線更新小班界線3.6　目視解譯3.6.1　波段重組3.6.2　建立解譯標(biāo)志數(shù)據(jù)庫(kù)3.7　小結(jié)第4章　基于遙感信息的森林資源與生態(tài)狀況定量估測(cè)4.1　森林郁閉度的遙感定量估測(cè)4.1.1　決策樹(shù)模型基礎(chǔ)4.1.2　CART決策樹(shù)4.1.3　基于CART模型的森林郁閉度估測(cè)4.2　森林蓄積量的遙感定量估測(cè)4.2.1　用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)估測(cè)森林蓄積量4.2.2　用嶺回歸估測(cè)森林蓄積量4.2.3　研究結(jié)論4.3　森林生物量的遙感定量估測(cè)4.3.1　森林生物量遙感模型4.3.2　基于多元回歸模型森林生物量估測(cè)4.3.3　基于BP神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)森林生物量估測(cè)4.3.4　研究結(jié)論4.4　小結(jié)第5章　基于生長(zhǎng)模型監(jiān)測(cè)森林資源5.1　森林資源檔案更新5.2　屬性數(shù)據(jù)更新內(nèi)容5.3　屬性數(shù)據(jù)更新方法5.3.1　建立臺(tái)賬更新5.3.2　林分生長(zhǎng)模型5.4　全林分生長(zhǎng)模型5.4.1　固定密度的全林分模型5.4.2　收獲表的編制方法5.4.3　可變密度的全林分模型5.4.4　靜態(tài)與動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)模型5.4.5　常見(jiàn)的林分生長(zhǎng)模型形式5.4.6　林分生長(zhǎng)模型的建立5.5　廣東資源檔案屬性數(shù)據(jù)更新模型5.5.1　建模總體思路5.5.2　數(shù)據(jù)更新模型的建立第6章　基于專家系統(tǒng)監(jiān)測(cè)森林資源與生態(tài)狀況6.1　專家系統(tǒng)介紹6.2　知識(shí)庫(kù)的建立6.2.1　地類(lèi)6.2.2　森林郁閉度6.2.3　齡組6.2.4　生長(zhǎng)類(lèi)型6.2.5　生態(tài)功能等級(jí)6.2.6　森林自然度6.2.7　數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯檢查6.3　軟件實(shí)現(xiàn)6.4　結(jié)論第7章　基于VRS的DGPS-PDA在年度監(jiān)測(cè)樣地?cái)?shù)據(jù)采集中的應(yīng)用7.1　基本概念7.1.1　GPS簡(jiǎn)介7.1.2　DGPS簡(jiǎn)介7.1.3　RTK簡(jiǎn)介7.1.4　PDA簡(jiǎn)介7.2　VRS簡(jiǎn)介7.3　DGPS-PDA在年度監(jiān)測(cè)樣地?cái)?shù)據(jù)采集中的應(yīng)用7.3.1　遙感外業(yè)建標(biāo)7.3.2　林業(yè)建模、驗(yàn)證數(shù)據(jù)7.3.3　采集CCP7.3.4　面積求算7.4　主要軟硬件設(shè)備7.5　Trimble Geo-XT流動(dòng)站實(shí)例應(yīng)用7.5.1　系統(tǒng)參數(shù)配置7.5.2　坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置7.5.3　定制調(diào)查表格7.5.4　導(dǎo)航及定位7.5.5　野外數(shù)據(jù)采集7.5.6　數(shù)據(jù)導(dǎo)出7.6　精度分析7.7　小結(jié)第8章　C／S結(jié)構(gòu)的森林資源與生態(tài)狀況年度監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)8.1　系統(tǒng)創(chuàng)建目的和意義8.2　系統(tǒng)目標(biāo)8.2.1　建立森林資源數(shù)據(jù)庫(kù)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中心8.2.2　構(gòu)建森林資源與生態(tài)狀況年度監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)8.3　系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)8.3.1　組件技術(shù)8.3.2　空間數(shù)據(jù)庫(kù)的面向?qū)ο蠼：痛鎯?chǔ)技術(shù)8.3.3　ArcGIS Engine技術(shù)8.4　系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用環(huán)境8.4.1　系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境8.4.2　系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境8.5　系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.5.1　需求分析8.5.2　開(kāi)發(fā)原則8.5.3　標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)8.5.4　功能設(shè)計(jì)8.6　數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)8.6.1　設(shè)計(jì)思想8.6.2　數(shù)據(jù)庫(kù)框架設(shè)計(jì)8.6.3　數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)8.6.4　數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)計(jì)8.6.5　數(shù)據(jù)建庫(kù)方法與流程8.7　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)8.7.1　系統(tǒng)初始化8.7.2　基本功能介紹8.7.3　查詢分析8.7.4　資源監(jiān)測(cè)8.7.5　統(tǒng)計(jì)報(bào)表8.7.6　專題制圖8.7.7　圖幅整飾8.7.8　宏觀監(jiān)測(cè)8.7.9　系統(tǒng)維護(hù)8.7.10　用戶管理8.7.11　幫助8.8　系統(tǒng)評(píng)價(jià)第9章　B／S結(jié)構(gòu)的森林資源信息共享平臺(tái)9.1　概述9.2　應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)綜述9.2.1　WebGIS9.2.2　NET開(kāi)發(fā)平臺(tái)9.2.3　Arcobjects與ArcGIS體系9.2.4　ArcGIS Senrer9.3　開(kāi)發(fā)平臺(tái)搭建9.3.1　ArcGIS Senrer的安裝9.3.2　地圖服務(wù)發(fā)布9.4　共享平臺(tái)開(kāi)發(fā)9.4.1　平臺(tái)界面設(shè)計(jì)9.4.2　地圖服務(wù)間的切換9.4.3　主要功能簡(jiǎn)介9.4.4　森林資源統(tǒng)計(jì)報(bào)表查詢系統(tǒng)9.5　森林資源三維地理信息共享平臺(tái)9.5.1　三維GIS的研發(fā)思路與發(fā)展情況9.5.2　技術(shù)基礎(chǔ)和原理9.5.3　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)9.6　小結(jié)第10章　基于大尺度遙感信息的森林生態(tài)宏觀監(jiān)測(cè)10.1　概述10.1.1　監(jiān)測(cè)內(nèi)容10.1.2　傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法10.1.3　遙感監(jiān)測(cè)方法10.2　基于MODIS數(shù)據(jù)的森林凈第一性生產(chǎn)力估測(cè)10.2.1　植被凈第一性生產(chǎn)力（NPP）的估算10.2.2　模型構(gòu)建10.2.3　數(shù)據(jù)處理10.2.4　IVPP估算結(jié)果與分析10.3　結(jié)論

章節(jié)摘錄

　　1.1 研究背景　　森林是人類(lèi)文明的搖籃，是人類(lèi)和多種生物賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，森林不僅有巨大的林產(chǎn)品再生功能，而且具有調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、保持水土、凈化空氣、美化環(huán)境、防災(zāi)減災(zāi)、豐富生物多樣性等重要的生態(tài)功能。　　森林是可再生的動(dòng)態(tài)生物資源，隨著林木的生長(zhǎng)、森林經(jīng)營(yíng)與利用措施以及森林火災(zāi)、病蟲(chóng)害的影響，其數(shù)量、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)和功能無(wú)時(shí)不在發(fā)生變化。森林資源與生態(tài)狀況消長(zhǎng)變化動(dòng)態(tài)是國(guó)家、省（區(qū)）、市、縣各級(jí)政府制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、生態(tài)安全規(guī)劃及編制林業(yè)規(guī)劃計(jì)劃、指導(dǎo)林業(yè)生產(chǎn)建設(shè)的重要依據(jù)?！　∥覈?guó)對(duì)森林資源監(jiān)測(cè)工作十分重視。中共中央、國(guó)務(wù)院作出了《關(guān)于加快林業(yè)發(fā)展的決定》，決定明確指出：“在貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中，要賦予林業(yè)以重要地位；在生態(tài)建設(shè)中，要賦予林業(yè)以首要地位”；“各級(jí)黨委和政府要高度重視林業(yè)工作。建立完善的林業(yè)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系，整合現(xiàn)有監(jiān)測(cè)資源，對(duì)我國(guó)的森林資源、土地荒漠化及其他生態(tài)變化實(shí)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，定期向社會(huì)公布”。廣東省委、省政府發(fā)布《關(guān)于加快建設(shè)林業(yè)生態(tài)省的決定》，明確提出“創(chuàng)建林業(yè)生態(tài)縣，建設(shè)林業(yè)生態(tài)省，構(gòu)建國(guó)土生態(tài)安全體系和以生態(tài)經(jīng)濟(jì)為特色的林業(yè)產(chǎn)業(yè)體系，實(shí)現(xiàn)綠色廣東及和諧廣東”的宏偉目標(biāo)，并提出了關(guān)于“加強(qiáng)對(duì)森林、野生動(dòng)植物、濕地和紅樹(shù)林等資源及生態(tài)狀況的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，開(kāi)展生態(tài)效益評(píng)價(jià)，及時(shí)掌握和定期發(fā)布全省林業(yè)與生態(tài)情況”的要求?！　∧壳?，我國(guó)森林資源監(jiān)測(cè)體系大致分為5類(lèi)，一是國(guó)家森林資源連續(xù)清查（簡(jiǎn)稱一類(lèi)調(diào)查），二是森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查（簡(jiǎn)稱二類(lèi)調(diào)查），三是森林作業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)查（簡(jiǎn)稱三類(lèi)調(diào)查），四是年度森林資源專項(xiàng)調(diào)查（如沙化調(diào)查、石漠化調(diào)查、造林核查、林地征占用檢查、采伐限額檢查等），五是專業(yè)調(diào)查。上述5種調(diào)查方式各有特點(diǎn)，一類(lèi)調(diào)查和二類(lèi)調(diào)查主要是通過(guò)在某一具體年度內(nèi)，通過(guò)開(kāi)展一次本底調(diào)查，摸清當(dāng)年年度森林資源與生態(tài)狀況信息，提供每5年或每10年的資源動(dòng)態(tài)變化信息。三類(lèi)調(diào)查和年度核查是以某一特定范圍或作業(yè)地段為調(diào)查對(duì)象，雖然能提供精度較高的調(diào)查結(jié)果，但調(diào)查范圍具有局部性、微觀性，無(wú)法滿足宏觀決策信息需要；專業(yè)調(diào)查具有基礎(chǔ)研究性質(zhì)，開(kāi)展時(shí)間不固定、不確定。

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