论文部分内容阅读
[摘要]：“3S”技术是数字地球的核心，自数字地球概念提出以来，在全球范围内掀起了有关数字化研究的新高潮。以数字地球为依托的数字林业也得到了长足的发展。本文介绍了“3S”技术在林业不同方面的应用及发展趨势，并就其在林业生产中的效益进行了分析。
[关键词]：林业工程 3S技术应用 发展趋势
中图分类号：F307.2 文献标识码：F 文章编号：1009-914X（2012）20- 0198-01
1“3S”技术的定义
1.1GIS―地理信息系统
地理信息系统（GeographicalInformationSystemGIS）是近二十年来
发展起来的一门综合应用系统，它能把各种信息同地理位置和有关的视图结合起来，并把地理学、几何学、计算机科学及各种应用对象、Inter-net、多媒体技术及虚拟现实技术等融为一体，利用计算机图形与数据库技术来采集、存储、编辑、显示、转换、分析和输出地理图形及其属性数据。这样，就可根据用户需要将这些信息图文并茂地输送给用户，便于工程管理者对项目的分析管理、规划设计、检查验收等提供决策依据。国外较著名的地理信息系统软件有ARC-INFO、Arc-ViewGIS、Mapinfo、等；国内较著名的有MAPGIS，Geostar和CITYSTAR等。虽然GIS起步晚，但它发展快，目前已成功地应用到许多领域。
1.2 GPS―全球定位系统
全球定位系统（GlobalPositioningSys-tem，GPS）是上世纪70年代由美国国防部批准，陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。全球定位系统共由三部分构成：地面控制部分、空间部分、用户装置部分等。GPS的主要特点是全天候、全球覆盖、三维定速定时高精度、快速省时高效率及应用广泛多功能。全球定位系统是由24颗沿距地球12000km高度的轨道运行的NAVSTARGPS卫星组成，不停地发送回精确的时间和它们的位置。GPS接收器同时收听3～12颗卫星的信号，从而判断地面上或接近地面的物体的位置，以及它们的移动速度和方向等。
1.3 RS―遥感
遥感（RemoteSensing，RS），顾名思义，就是遥远地感知。人类通过大量的实践，发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反射信息与能量，其中有一种人类已经认识到的形式--电磁波，并且发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。遥感的实现还需要遥感平台，像卫星、飞机、气球等，它们的作用就是稳定地运载传感器。当在地面试验时，还会用到地面象三角架这样简单的遥感平台。针对不同的应用和波段范围，人们已经研究出很多种传感器，探测和接收物体在可见光、红外线和微波范围内的电磁辐射。传感器会把这些电磁辐射按照一定的规律转换为原始图像。原始图像被地面站接收后，要经过一系列复杂的处理，才能提供给不同的用户使用。本系统设计只使用已经处理过的图象，不对遥感数据进行处理。
2 现代“3S”的发展趋势
2.1地理信息系统（GIS）的发展
它是一种特定而又十分重要的空间信息系统，它是以采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球上与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。由于地球是人们赖以生存的基础，所以GIS是与人类的生存、发展、进步密切关联的一门信息科学与技术，受到人们愈来愈大的重视，将成为“数字地球”的基础。
GIS技术目前发展一方面是基于Client??Server结构，即客户机可在其终端上调用在服务器上的数据和程序；另一方面是通过互联网络发展IntemetGIS或Web-GIS，可以实现远程寻找所需要的各种地理空间数据，包括图形和图像，而且可以进行各种地理空间分析。这种发展是通过现代通讯技术使GIS进一步与信息高速公路相接轨，而且借助于通讯技术，可以将遥感（RS）、全球定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS）有机地集成起来，成为各行各业发展和进步的有力技术手段。
2.2 全球定位系统（GPS）的发展
全球定位系统（GPS）技术已从静态扩展到动态，从事后处理扩展到实时（准实时）定位与导航，从而大大拓宽它的应用范围和作用。GPS的发展将使GPS接收机大量普及应用并深刻影响着人们的日常生活，这从GPS接收机的销售量急剧增加可以看出。1989年GPS接收机的销售额仅为4000万美元，1993年增长到4亿-6亿美元，估计到2003年将达到150亿-160亿美元。随着市场的扩大，CPS接收机的产品价格平均以30%价格下降，手提式接收机在美国市场售价在300美元左右。除了传统的测绘系统和军事应用外，车载GPS导航、GPS地震监测系统、GPS林业、GPS气象、GPS捕鱼业、GPS放牧、GPS狩猎、GPS登山旅游等将形成GPS普及应用的缤纷五彩世界。
2.3遥感（RS）的发展
遥感的高分辨率特点全面体现在空间分辨率、光谱分辨率和温度分辨率3个方面，长线阵CCD成像扫描仪可以达到1m的空间分辨率，成像光谱仪的光谱细分可以达到5-6m的水平。多波段、多极化方式的雷达卫星，将能解决阴雨多雾情况下的全天候和全天时对地观测。通过卫星遥感及其与机载和车载遥感技术的有机结合，是实现多时相遥感数据获取的有力保证。
3??3S在林业中的运用实例
3.1GIS在土地信息和土壤保护中的应用
美国资源部和威斯康星州合作建立了以治理土壤侵蚀为主要目的的多用途专用的土地GIS。该系统通过收集耕地面积、湿地分布面积、季节性洪水覆盖面积、土壤类型、专题图件信息、卫星遥感数据等信息，建立了潜在威斯康星地区的土壤侵蚀模型A=R*K*L*S*C*P，其中A为潜在的土壤侵蚀（面积/年），R为降雨量，K为侵蚀土壤参数，L为坡长，S为坡度参数，C为耕地面积，P为管理参数。探讨了土壤恶化的机理，提出了合理的方案，达到土壤保护的目的，还可以利用它对土地进行长期的动态研究，避免土质的重心恶化。
3.2 GIS、GPS技术在林业规划设计中的运用
在林业规划设计中可以直接利用GPS测量的数据，实现GIS、GPS技术的有机结合，从空间电子图形上实现林业工程的各级市、县、乡、村的造林小班地块的综合信息管理。主要包括电子图形的图层分类、信息编码、电子底图的数字化、GPS经纬点位数据的自动生成图形、图形的编辑、数据存储、图形修饰、数据格式转换、空间分析、图形输出等信息。主要功能：
1）利用GPS测量的经纬度坐标点自动生成小班电子图形，即自动成图；
2）利用GIS软件的绘图功能在电子地图上人工矢量图形数据后绘制电子图形（在电子图形的选用上将采用1：25000或1：50000两种比例尺的图形）。
3）在电子地图上实现图形与数据交互管理查询，即在电子图形中的造林地块图形上点击，将会自动调出地块的有关详细资料，包括乡、村、组、户主、小班号、造林地面积、林种、树种和栽植年限等信息；同时也可通过相应的数据信息直接查询定位小班图形的地理位置，并且自动定位所查询的位置，查询结果的输出采取文字、图形、图表相结合，达到直观、清晰的效果。
4）在电子地图上能够定位某一点，统计、查询、分析周边的造林地及周边林地信息和荒山荒地变化情况。
5）各种带有地理信息的专题图的输出。对于整个造林地的小班地形图的输出，按国家统一的林业专题图的规定输出（包括自动生成指北针、图标题、比例尺、经纬度坐标、海拔高度的自动标注、图例、图签等信息），即有图标题、图例、图签、比例尺以及其他必要注释性信息，这些信息要在一定程度上支持用户的自定义功能（编辑、调整、设置不同地物的颜色等）。专题图不仅能在一般打印机上输出，而且还能从绘图仪上输出。
4 结束语
文章分析了3S技术与发展趋势，通过叙述了“3S”技术在土壤侵蚀调查、林业资源调查、林火管理与监测、防护林体系建设管理、湿地资源现状踏勘和园林规划等方面的应用，以及“数字林业”建设的发展并着重论述了“3S”技术将从为林业服务发展到直接参与林业生产的全过程，从而实现林业生产的信息化。
[关键词]：林业工程 3S技术应用 发展趋势
中图分类号：F307.2 文献标识码：F 文章编号：1009-914X（2012）20- 0198-01
1“3S”技术的定义
1.1GIS―地理信息系统
地理信息系统（GeographicalInformationSystemGIS）是近二十年来
发展起来的一门综合应用系统，它能把各种信息同地理位置和有关的视图结合起来，并把地理学、几何学、计算机科学及各种应用对象、Inter-net、多媒体技术及虚拟现实技术等融为一体，利用计算机图形与数据库技术来采集、存储、编辑、显示、转换、分析和输出地理图形及其属性数据。这样，就可根据用户需要将这些信息图文并茂地输送给用户，便于工程管理者对项目的分析管理、规划设计、检查验收等提供决策依据。国外较著名的地理信息系统软件有ARC-INFO、Arc-ViewGIS、Mapinfo、等；国内较著名的有MAPGIS，Geostar和CITYSTAR等。虽然GIS起步晚，但它发展快，目前已成功地应用到许多领域。
1.2 GPS―全球定位系统
全球定位系统（GlobalPositioningSys-tem，GPS）是上世纪70年代由美国国防部批准，陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。全球定位系统共由三部分构成：地面控制部分、空间部分、用户装置部分等。GPS的主要特点是全天候、全球覆盖、三维定速定时高精度、快速省时高效率及应用广泛多功能。全球定位系统是由24颗沿距地球12000km高度的轨道运行的NAVSTARGPS卫星组成，不停地发送回精确的时间和它们的位置。GPS接收器同时收听3～12颗卫星的信号，从而判断地面上或接近地面的物体的位置，以及它们的移动速度和方向等。
1.3 RS―遥感
遥感（RemoteSensing，RS），顾名思义，就是遥远地感知。人类通过大量的实践，发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反射信息与能量，其中有一种人类已经认识到的形式--电磁波，并且发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。遥感的实现还需要遥感平台，像卫星、飞机、气球等，它们的作用就是稳定地运载传感器。当在地面试验时，还会用到地面象三角架这样简单的遥感平台。针对不同的应用和波段范围，人们已经研究出很多种传感器，探测和接收物体在可见光、红外线和微波范围内的电磁辐射。传感器会把这些电磁辐射按照一定的规律转换为原始图像。原始图像被地面站接收后，要经过一系列复杂的处理，才能提供给不同的用户使用。本系统设计只使用已经处理过的图象，不对遥感数据进行处理。
2 现代“3S”的发展趋势
2.1地理信息系统（GIS）的发展
它是一种特定而又十分重要的空间信息系统，它是以采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球上与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。由于地球是人们赖以生存的基础，所以GIS是与人类的生存、发展、进步密切关联的一门信息科学与技术，受到人们愈来愈大的重视，将成为“数字地球”的基础。
GIS技术目前发展一方面是基于Client??Server结构，即客户机可在其终端上调用在服务器上的数据和程序；另一方面是通过互联网络发展IntemetGIS或Web-GIS，可以实现远程寻找所需要的各种地理空间数据，包括图形和图像，而且可以进行各种地理空间分析。这种发展是通过现代通讯技术使GIS进一步与信息高速公路相接轨，而且借助于通讯技术，可以将遥感（RS）、全球定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS）有机地集成起来，成为各行各业发展和进步的有力技术手段。
2.2 全球定位系统（GPS）的发展
全球定位系统（GPS）技术已从静态扩展到动态，从事后处理扩展到实时（准实时）定位与导航，从而大大拓宽它的应用范围和作用。GPS的发展将使GPS接收机大量普及应用并深刻影响着人们的日常生活，这从GPS接收机的销售量急剧增加可以看出。1989年GPS接收机的销售额仅为4000万美元，1993年增长到4亿-6亿美元，估计到2003年将达到150亿-160亿美元。随着市场的扩大，CPS接收机的产品价格平均以30%价格下降，手提式接收机在美国市场售价在300美元左右。除了传统的测绘系统和军事应用外，车载GPS导航、GPS地震监测系统、GPS林业、GPS气象、GPS捕鱼业、GPS放牧、GPS狩猎、GPS登山旅游等将形成GPS普及应用的缤纷五彩世界。
2.3遥感（RS）的发展
遥感的高分辨率特点全面体现在空间分辨率、光谱分辨率和温度分辨率3个方面，长线阵CCD成像扫描仪可以达到1m的空间分辨率，成像光谱仪的光谱细分可以达到5-6m的水平。多波段、多极化方式的雷达卫星，将能解决阴雨多雾情况下的全天候和全天时对地观测。通过卫星遥感及其与机载和车载遥感技术的有机结合，是实现多时相遥感数据获取的有力保证。
3??3S在林业中的运用实例
3.1GIS在土地信息和土壤保护中的应用
美国资源部和威斯康星州合作建立了以治理土壤侵蚀为主要目的的多用途专用的土地GIS。该系统通过收集耕地面积、湿地分布面积、季节性洪水覆盖面积、土壤类型、专题图件信息、卫星遥感数据等信息，建立了潜在威斯康星地区的土壤侵蚀模型A=R*K*L*S*C*P，其中A为潜在的土壤侵蚀（面积/年），R为降雨量，K为侵蚀土壤参数，L为坡长，S为坡度参数，C为耕地面积，P为管理参数。探讨了土壤恶化的机理，提出了合理的方案，达到土壤保护的目的，还可以利用它对土地进行长期的动态研究，避免土质的重心恶化。
3.2 GIS、GPS技术在林业规划设计中的运用
在林业规划设计中可以直接利用GPS测量的数据，实现GIS、GPS技术的有机结合，从空间电子图形上实现林业工程的各级市、县、乡、村的造林小班地块的综合信息管理。主要包括电子图形的图层分类、信息编码、电子底图的数字化、GPS经纬点位数据的自动生成图形、图形的编辑、数据存储、图形修饰、数据格式转换、空间分析、图形输出等信息。主要功能：
1）利用GPS测量的经纬度坐标点自动生成小班电子图形，即自动成图；
2）利用GIS软件的绘图功能在电子地图上人工矢量图形数据后绘制电子图形（在电子图形的选用上将采用1：25000或1：50000两种比例尺的图形）。
3）在电子地图上实现图形与数据交互管理查询，即在电子图形中的造林地块图形上点击，将会自动调出地块的有关详细资料，包括乡、村、组、户主、小班号、造林地面积、林种、树种和栽植年限等信息；同时也可通过相应的数据信息直接查询定位小班图形的地理位置，并且自动定位所查询的位置，查询结果的输出采取文字、图形、图表相结合，达到直观、清晰的效果。
4）在电子地图上能够定位某一点，统计、查询、分析周边的造林地及周边林地信息和荒山荒地变化情况。
5）各种带有地理信息的专题图的输出。对于整个造林地的小班地形图的输出，按国家统一的林业专题图的规定输出（包括自动生成指北针、图标题、比例尺、经纬度坐标、海拔高度的自动标注、图例、图签等信息），即有图标题、图例、图签、比例尺以及其他必要注释性信息，这些信息要在一定程度上支持用户的自定义功能（编辑、调整、设置不同地物的颜色等）。专题图不仅能在一般打印机上输出，而且还能从绘图仪上输出。
4 结束语
文章分析了3S技术与发展趋势，通过叙述了“3S”技术在土壤侵蚀调查、林业资源调查、林火管理与监测、防护林体系建设管理、湿地资源现状踏勘和园林规划等方面的应用，以及“数字林业”建设的发展并着重论述了“3S”技术将从为林业服务发展到直接参与林业生产的全过程，从而实现林业生产的信息化。