1、3S系统的概念和特点
3S系统是地理信息系统GIS、遥感RS、全球定位系统GPS三大技术系统的总称,不是三者简单的相加, 而是将三者独立技术中的有关部分与其他高新技术领域中的相关部分有机构成一个整体而形成的一项新的综合技术。GIS是在计算机硬件与软件支持下, 科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据,为规划、管理、决策和研究提供信息的空间信息系统,GIS的特点是能够管理空间位置数据, 反映地理分布特征及其之间拓扑关系;RS 是利用遥感器从空中来探测地面物体性质, 最早为航空遥感, 随着陆地卫星的发展, 航天(卫星) 遥感迅速崛起进入各个应用领域,航天遥感是根据不同物体对波谱产生不同响应的原理来识别地物, 它具有宏观、动态性、信息丰富等特点;GPS是由美国历经20年的开发于1994年部署完毕的空间导航系统,GPS 通过同时对多颗卫星进行伪距离测量来计算接收机的位置, 实现全球、全天候、高清晰度的定位, 作为一种现代化的技术手段, 现已成为全球公用信息资源, 得到广泛研究和应用。
2、3S 系统之间的相互关联
RS 具有强大的信息采集和获取能力,是GIS 的重要数据源和更新手段; GIS 则是存储、查询、分析、模拟、输出地理空间数据的重要工具, 为RS 技术的应用提供强有力的支持; GPS 的全球性、全天候、高精度的实时导航功能可为RS、GIS 提供精确的空间定位信息; RS、GIS、GPS 集成技术是在三者优势互补的基础上的有机结合体。3S 技术中, 作为单项的RS、GIS、GPS 以在许多行业取得了辉煌的成就。目前较成功的集成模式是相对简单的两两集成, 即GPS+ RS、RS+ GIS、GIS+ GPS, 其中RS和GIS 的结合技术最成熟、应用最广泛。
3、3S 技术的应用空间技术、信息技术及计算机技术的飞速发展, 加速了3S一体化、智能化的进程。
随着数字地球、数字城市、数字林业理论的提出与完善, 3S 技术在各个领域将以其强大的功能更具实用性。随着3S 技术的日益成熟和实用化, 其具有实时或准时获取信息、处理信息的能力, 必将给林业生产开拓一块崭新的天地。从3S 技术特点和林业生产的内容分析, 可以遇见, 3S 技术将对林业产生巨大的影响, 目前3S 技术在现代林业生态工程建设监测中的应用主要表现在以下两个方面。
3. 1 3S 技术在林业生态工程建设监理中的应用在林业生态工程建设的过程中, 利用3S 技术为手段, 在建设单位的授权范围内, 以合同为依据, 对工程施工的质量、进度、造价控制等方面进行监督和管理。改变以往的林业调查作业方式。由于3S 技术能快速、实时地获取地面三维信息, 省去了以往图像繁重的校正工作及手工做图的作业方式, 人工劳务介入量大大减少, 作业步骤变得简单, 周期缩短, 成本成倍降低, 整个过程将以自动化作业为主。遥感图像含有巨大的信息量, GPS 可以精确地导航定位, 利用GIS 强大的制图功能, 可以根据用户需要快速、精确地满足多种专题图制作的要求。GIS 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、决算等专业模式, 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RS 的结合做出了许多区域性的森林资源、土地资源、水土流失等动态化监测。
3. 2 3S 技术在现代林业生态工程建设效益监测中的应用
3. 2. 1 3S 技术将有利于建立现代的森林资源监测体系随着我国经济发展及社会环境意识的增强, 传统的森林资源监测体系: 如设定固定监测点, 定期观测与调查工程区植被恢复及长势, 水土流失变化, 经济发展变化等方法, 已不能完全适应社会经济可持续发展的需要。利用3S 技术建立森林监测体系易于克服传统监测体系的缺陷, 做到: ①动态监测森林资源的空间分布信息。②不仅对国家及大区域的森林资源进行宏观监测,还能对局部微观区域的森林资源变化进行监测。③在监测内容上, 不仅对森林资源数量进行监测, 更能加强对生态环境信息的动态监测。④在数据更新方面, 利用3S 技术的实时或准实时功能, 能更好地完成监测体系的数据更新。
3. 2. 2 实时监测林火信息森林火灾具有突发性强、蔓延迅速的特点, 利用3S 技术不但可以对森林火灾进行实时监控, 还可以对灾后的损失进行评估。遥感图像作为森林火灾监测的主要信息源, 一旦发生森林火灾, 利用GPS 可以迅速、准确地进行火灾现场定位, GIS 可以对各种来源的数据信息进行汇总, 并可以对某一时间火势的发展方向进行模拟, 以便制定有效的扑火措施; 同时, 利用GPS 对救火队进行实时的导向, 从而引导救火队及时、准确地到达现场。此外, 利用GPS 还可以简单精确地测定着火面积, 结合遥感图像和GIS, 可以对火灾等级进行评定, 对灾后的损失进行评估。
3. 2. 3 在林木病虫害监测中的应用由于植物的反射光谱受季节、树种、健康状况等因素的影响, 通过不同时相的遥感图像对比, 可以及时发现林木病虫害的动态变化。当林区发生病虫害时, 受害林区的反射和辐射光谱就会发生变化, 在卫星遥感图像上能够体现出来, 结合受灾区的地形因素、气候状况等, 通过计算机处理, 利用GIS 对病虫害进行预测、预报、分析、评估。病区范围的确定和飞防, 也可利用GPS进行导航定位, 从而节省大量的人力、物力, 提高工作效率。
3. 2. 4 在森林经营管理方面的应用森林经营管理包括森林采伐规划、采运、人工造林等方面。采伐林地常地形陡峭、丛林郁闭, 尤其是南方林下植被茂密, 进行伐区调查设计时常规方法难于进行。利用遥感图像, GPS 进行伐区定界, 结合地理信息系统可对伐区进行合理的全面规划,确定合理的采伐顺序、采伐面积及最优集材方式等。应用RS 和GIS 集成技术可对采伐迹地的植被、土壤、水土流失程度等进行评价, 进而制定采伐后的造林计划, 在立地评价和确定树种特征的基础上做到适地适树。3S 技术的合理应用, 可减少作业对环境的负面影响, 提高作业效率, 有利于林业的可持续经营。
此外,3S 技术在林业工程如林道网规划、林道测设等方面也逐渐发挥它的优越性。