3S 技术在株洲市城市森林动态监测中的应用

杨 任

（中南林业科技大学，湖南 株洲 412006 ）

摘 要： 本文介绍了 3S 技术在动态监测中的软、硬件基础及动态监测方案，并对株洲市的绿地覆盖情况的动态监测情况进行了分析。

关键词： 3S 技术；动态监测；绿地覆盖率

The Application of the 3S Technology on Dynamic Monitoring of City Forest in Zhuzhou

YANG Ren

( Central South Forestry University ， Zhuzhou 412006)

Abstract ： The article introduces the software basic and hardware basic of 3S technology and presents technique approach in dynamic monitoring and gives a brief analysis of coverage of green land in different years.

Key words ： 3S technology; dynamic monitoring; coverage of green land

1 3S 技术简介

    空间信息技术（ 3S ）是 GIS 、 RS 和 GPS 的统称，即地理信息系统、遥感及全球定位系统。

    GIS 是管理与分析空间数据的有效工具； RS 是空间数据采集和分类的有效工具； GPS 是一种 以人造卫星组网为基础的 理想的导航系统，它可确定地面乃至空中任何信号所处的精确的三维位置、速度 和时间信息，且不受地域、气候条件的限制 。因此， 3S 技术在森林资源、森林生态系统健康动态监测方面有着广泛的应用。

2 研究地概况

    株洲市位于湖南省中东部边陲，湘江中下游东岸，地处东经 112^o57’30"-114⁰7 '1 5" ，北纬 26⁰0 3’05"-28⁰ 01' 07" 之间，是中国南方重要的铁路交通枢纽。本区地层古老，母岩为变质板页岩为主，风化程度较深，土壤为红壤，呈酸性。 株洲属于中亚热带季风性湿润气候，四季分明、雨量充沛、光热充足、冬寒期短、无霜期 286 天。年平均气温 17.6⁰C ， 年降水日 145 天， 降雨量 1279.9mm ，日照时间为 1672 小时。 地带性植被类型为典型常绿阔叶林，其他类型还有亚热带山地丘陵常绿针叶林和竹林。

3 动态监测的方案

  3 ． 1 动态监测的基础工作

  3 ． 1 ． 1 动态监测的基础数据收集

    基础数据是动态监测核心，基础数据的收集是监测的重要环节。常用的森林生态系统动态的基础数据主要有 :

  （ 1 ）卫星影像数据。卫星遥感数据是动态监测的基本数据，对城市森林资源时空结构的分析可使用卫星遥感数据。

  （ 2 ）数字化地形图数据。森林生态系统健康动态监测主要使用 1:1 0000 的全要素数字化地形图。

  （ 3 ）林相图。主要采用 1 ： 1 万的林相图，提供森林资源分布和相关属性。

  （ 4 ）属性数据。属性数据主要是指各类标志图形的数据，比如小班档案数据以及与图形数据相关的行政区划数据、林业区划数据、社会经济数据等。

3.1.2 动态监测的硬件平台

    森林生态系统健康动态监测的处理分析平台主要是由数据服务器、图形工作站及客户机连成的局域网构成。其网络拓扑结构如下：

3.1.3 动态监测的软件系统

    动态监测的软件系统主要由数据库管理系统、遥感软件、卫星图像分析软件和地理信息系统软件组成。

  （ 1 ）数据库管理系统。采用 Oracle Enterprise 9i ，该软件具有海量数据存储能力、查询与检索能力，完备的数据管理能力以及数据的高度安全性和可靠性，支持并发数据访问控制、数据触发器和存储过程。

  （ 2 ）遥感图像处理软件。采用 ERMAPPER 遥感图像处理软件 ，该软件能进行图像分类、知识库、可视化图形的空间模型和雷达图像处理并可支持 GIS 分析的扩展模块。其主要作用是提供卫星图像的校正、判读、信息提取等图形处理工作，并提供三维飞行浏览、多视角多光照角的图像显示。

  （ 3 ）地理信息系统软件。主要使用 Mapinfo 软件 。 Mapinfo 具有图形分析功能比如空间分析、通视分析、缓冲区分析等，可提供空间数据的快速访问 ( 查询、检索、更新 ) 以及空间分析与建模功能和三维可视化与分析功能。主要用来提供图形的分析处理，与地形图叠加后进行图形的空间分析、 3D 处理、缓冲区分析、网络分析等图形分析工作。

    数据库管理系统、遥感图像处理软件、地理信息系统软件三者相互结合，共同构成森林生态系统监测的软件支撑。

3.2 动态监测的方案

    株洲市园林局主要利用美国的 QUICKBIRED 卫星对株洲市城市森林的状况做调查。 QUICKBIRD 卫星于 2001 年 l0 月 l8 日发射，是目前民用卫星中空间分辨率最高的卫星，其分辨率高达 0.61m 。

具体的动态监测的方案 ( 见图 3-1) 如下：

  （ 1 ）卫星图像处理。 使用 ERMAPPER 遥感图像处理软件对 QUICKBIRD 数据进行彩色增强处理、几何精校正、假彩色合成，并制作成 1 ： 5 000 比例尺影像图。

  （ 2 ） 野外建标。 根据株洲市城市森林特点选择多条实地勘察路线，进行野外踏查。将卫星影像特征与实地情况相对照，对各类型的影像色调、光泽、质感、几何形状、地名等因子记载下来形成判读标准，建立判读调查因子标志表。

  （ 3 ）行政界线配准。 使用 GIS 软件 Mapinfo 将矢量界线和卫星影像图进行配准。

  （ 4 ）区划判读。 在 Mapinfo5 ． 0 软件平台上使用 Maplmagery 软件打开显示 ERMAPPER 系统格式的影像文件。在卫星影像图上叠加矢量化的行政界线后进行图班区划。若小班区划有问题，则进行补充调查。

  （ 5 ）统计分析。用经过区划判读的数据来构建 基础数据库，包括图形数据库和属性数据库。对基础数据库的数据进行统计分析得到最终的森林生态系统健康的数据。

图 3 － 1 城市森林动态监测卫星数据处理方案流程图

4 实例应用与分析

    城市森林的植被覆盖是衡量城市森林生态系统健康的一个重要指标。本文仅就株洲市城区植被覆盖率的变化来说明 3S 技术在动态监测的应用。株洲市城区由荷塘、芦淞、天元、石峰四区构成 ， 城市森林由公园林地、附属林地、防护林地、生产林地、其它林地组成。 2002 年株洲市城市绿地覆盖总面积达 22096851 ㎡、城市绿地覆盖率达 36 ． 03 ％ 。从总体上看，株洲市城市森林的分布较为均匀：荷塘、芦淞、天元、石峰四区的绿地覆盖率都超过了 30 ％，但是市中心的商业区的森林覆盖面积较低，只有 902860 ㎡，覆盖率为 24% 。见表 1 、表 2 。

表 1 株洲市城市森林总体分布 2002 年

表 2 株洲市城市不同类型林地森林覆盖率统计 2002 年

    从 2002 年到 2006 年连续五年内，株洲市的绿地覆盖面积不断增大。从 2002 年的 2210 公顷增加到 2006 年的 2613.63 公顷；绿地覆盖率也从 2002 年的 36.03% 增加到 2006 年的 38.9% 。 2006 年城区绿地率已突破 35 ％，这是国家森林城市的一个重要指标。总的说来，植被的覆盖率呈上升的趋势，说明株洲市城市森林的健康正向好的方面发展。见表 4 － 3 。

表 3 株洲市不同年份的城市森林覆盖率统计

参考文献：

[1] 侯碧清．“ 3s ”技术在株洲园林地理信息系统中的应用研究 [J] ．中国园林， 2004 ， (5) ： 61-65

[2] 侯碧清． 3S 技术在株洲市城市绿地景观多样性中的应用 [J] ．福建林学院学报， 2005 ， 25(1) ： 31 ～ 34

[3] 侯碧清．运用 QUICKBIRD 卫星影像调查株洲市园林绿化现状 [J] ．林业调查规划， 2OO5 ． Feb ． 30(1) ： 5 ～ 7

[4] 文君益．广州市城市森林资源动态监测体系研究 [C] ．硕士论文， 2004

-- 《中国西部科技.学术》 2007年4期 --