森林资源监测与管理遥感应用

文|陈晨 吴勇 李雁 李卫海 李颖 周敬 马选娇 阚丹妤

1.云南省国防科技工业局综合研究所（高分辨率对地观测系统云南数据与应用中心）

2.航天科工（北京）空间信息应用股份有限公司

3.昆明市林火防控和林草信息中心

一、引言

森林是生态系统中的重要组成部分，我国森林资源丰富，森林面积达2.31 亿公顷，森林覆盖率达24.02%，是世界林业产业大国。林业与生态文明建设息息相关，是我国生态文明建设中至关重要的一环，对维护生态平衡、稳定自然和人类的发展以及促进我国国民经济发展具有重要意义。

以往，乱砍滥伐、非法占用林地、围湖造田等行为使得我国生态环境遭到破坏，干旱少雨和水土流失严重的地区森林资源更是贫瘠。随着人工造林、退耕还林、天然林保护工程、三北防护林工程等项目的落地，生态环境得到改善，但总体上，我国森林资源监管与林业发展仍面临不少问题。森林资源相关工作常需在野外开展，山高林密、交通不便，工作环境相对恶劣，普遍存在执法手段传统、管理难度大等问题。森林资源调查面临着调查全面性和数据准确性方面的问题；森林资源的监测和管理也是一项十分繁重的工作，特别是在森林资源丰富、地处偏远地区，几个人的基层林业工作站点却要负责监管上百亩森林资源，另外还要承担森林病虫害防治、森林防火、植树造林、野生动物保护等相关工作；森林资源保护则存在保护设施落后、执法人员不足等情况。为此，继续落实并加快“以生态环境与社会经济可持续发展为核心”的森林资源监测与管理工程建设，加强森林资源的保护与修复，保持森林生态系统的健康和稳定性，才能推动生态文明建设目标的实现，建设美丽中国。

二、森林遥感监管需求与优势

随着卫星遥感技术的发展和普及，遥感已成为开展森林资源监管[1]工作的常规手段，一方面摆脱了传统实地调查方式的耗时耗力，另一方面增强了森林资源调查数据的可靠性，解决了科技手段落后的问题。传统人为巡查目视范围有限，例行巡查难以覆盖全区域，而卫星监测能达到全覆盖、无遗漏智能识别、精准定点勘查。相较传统方式，森林资源管理与监测遥感应用具有以下优势：①高清影像全覆盖、全面监管。卫星影像具有空间分辨率高、大幅宽的优势，森林资源丰富、覆盖面大，通过卫星影像可对森林资源进行全面掌握。②AI 辅助智能提取，助力异常图斑“现身”。通过多时相高清卫片叠加，快速反映出该地区林地利用变化情况。人工目视解译虽然精准度较高，但工作量大、费时费力。人工目视解译联合AI 辅助智能提取技术，通过高效、高精度的变化自动提取，结合土地利用数据、林木采伐数据、林地征占用审批数据等，智能分辨疑似问题图斑，让乱砍滥伐林木、违法征占用林地等违规行为一览无余，助力林地监管工作的快速开展。③精准定位核查，助力执法督查。结合矢量数据，对发生变化的地块逐一进行精准定位。通过疑似问题图斑精确坐标，指导基层林业工作人员及林业执法人员精准、快速地抵达异常地块，进行实地查验和取证鉴定，提升执法督查的准确性和效率，对森林违法行为进行及时查处和有力打击。

综上，森林资源监测与管理遥感应用，不仅可以释放基层林业机构的资源监管压力，同时让森林资源得到更高效、更全面的保护。

三、森林资源监管遥感应用

森林遥感可应用于生态保护修复、森林资源管理、资源林政管理等方面，协助森林公安局、森林资源管理总站等林业相关部门单位对森林资源进行管控和管理，有效减少水土流失、土地荒漠化，可为生物多样性监测、林草资源监测与保护、林草碳汇资源评估等提供技术支撑。

1.森林资源监测管理

森林包括乔木林、竹林和国家特别规定的灌木林，按用途可分为防护林、特种用途林、用材林、经济林和能源林[2]。森林资源调查监测针对上述对象，围绕森林资源现状（含分布、面积、林木因子、林分因子等）及森林地块变化展开，汇总统计森林面积、森林覆盖率、森林蓄积量、森林单位面积蓄积量等数据。

利用遥感大尺度特点，采用高分辨率影像制作大比例尺林业专题图，结合林业专题信息，全面追踪和监测森林覆盖变化情况，包括森林的损失、恢复和变化趋势等，进行森林资源类型精细化分类，掌握森林资源分布、森林资源类型（图1）、林龄结构、森林面积、森林生长状态等信息，为森林资源监测、调查清查、规划设计、动态更新、数据共享等业务工作提供科学翔实的信息支撑，帮助林业行政部门及时掌握森林资源状况，制定合理的保护和管理策略，以提高森林资源监管能力。

图1 昆明市森林资源类型分布遥感解译图

2.公益林监测管理

生态公益林作为生态区位极为重要的特殊用途林，其生存和保护仍受到自然和人为因素的双重干扰和影响，容易被盗伐、违规采伐，容易遭受火灾、病虫害、冻害等自然灾害影响。因此，需要加强公益林存量保护，建立保护主体落实、监管到位、责权相统一的公益林保护机制，以保障公益林供给[3]。

利用遥感手段了解公益林的空间位置分布情况（图2），对各类公益林进行界定，评估公益林生长生态环境，大范围测算蓄积量、生物量等，根据生态区位的重要性和脆弱性判断保护等级。以不同时期的高分卫星影像为基础，划分市级、省级、国家级公益林区域范围，利用多期高清遥感影像比对技术，及时准确地识别破坏公益林资源的案件发生地、案件发生时间、案件破坏规划等信息，并提供给相应的执法部门，助力提升公益林保护的智慧化、科学化、法制化。

图2 昆明市公益林分布遥感解译图

3.林地管理

林地是指规划确定的用于发展林业的土地，包括郁闭度0.2 以上的乔木林地以及竹林地、灌木林地、疏林地、采伐迹地、火烧迹地、未成林造林地、苗圃地等[2]。围绕各类林地的分布、面积、消长变化及林地上的森林、林木等情况进行林地监测管理，助力林业主管部门合理规划林地保护利用结构和布局，确保林地保有量不减少。

综合运用遥感监测、资料审核、实地检查等手段，对林地资源进行定量评估和变化监测，建立“资源数据叠加——变化图斑提取——林地变化分析——现场核查验证”智能、高效的林地管理运行机制。通过智能化解译有效掌握区域内森林、林地和林木资源的种类、数量、质量、分布，通过遥感图像中的植被指数、植被覆盖度等信息计算林地、森林蓄积量，通过林地小班数据掌握商品林地、生态公益林地、非林业管理部门的林地以及其他非林地的分布情况（图3），通过林地小班变化数据监测林地资源的消长变化情况等，为森林资源的合理开发和利用提供参考。全面清查非法侵占林地、种茶毁林等破坏森林资源有关情况，支撑全国林地动态监管的开展以及全国林地动态监测体系的建立，助力问题和责任“两个清单”的形成。

图3 昆明市林地小班数据分布遥感解译图

4.林业生态工程监管

林业生态工程建设是新形势下我国生态环境治理的重要内容，包括天然林修复保护工程、退耕还林还草工程、防护林体系建设工程等。作为监管要素也是监管的重点和难点，工程任务进度及完成情况监管和测定依然以人工现地调查为主，耗费大量的人力、物力、财力且效率不高。采用遥感技术开展林业生态工程进度及验收监测，不仅经济、科学、高效，而且有利于促进工程建设的健康发展。

充分考虑林业生态工程建设的任务量、投资和治理难度，以及生态脆弱和高敏感的特点[4]，基于多源、多时相、多分辨率遥感数据源，收集各类林业生态工程资料，结合实地考察验证，开展卫星林业生态工程监管，辅助林业生态工程区退耕还林工程（图4）、陡坡地治理工程、森林抚育工程顺利开展、进度控制及成效检验，还可生产不同年份的工程造林地块分布与成林分布、工程区森林分布与变化分布、工程区地表覆盖分布、工程区地表覆盖变化、石漠化综合治理工程区石漠化程度分布、石漠化程度变化分布、林地生物多样性监测等成果，对保护珍稀物种和生态系统具有重要意义。

5.国有林场监测管理

国有林场是我国生态修复和建设的重要力量。根据相关规定，国有林场森林资源实行分级监管制度，主要对林地性质、森林面积、森林蓄积等进行重点监管，但受困于其地理位置、生态区位复杂，区域交叉普遍等特点，监管难度大。

随着卫星遥感技术的发展，以及高分辨率卫星数据类型逐步多样化，利用多光谱、高光谱等数据源对重点国有林场进行监测已成为应用趋势。利用高清遥感影像进行国有林场分布遥感解译、国有林场林地分类分布遥感解译（图5）、国有林场湿地分类分布遥感解译等，从昆明市国有林场核查，到各地国有林场资源监管，以点扩面，形成“疑似问题筛选、实地勘察取证、快速查处整改”的良性循环机制，维护国有林场资源及国有林场生态安全。建立利用卫星遥感监测等多种手段共同监督规划实施的工作机制，国有林场得到有效保护的同时极大地节省人力和物力，减轻国有林场监管工作的难度和压力。

6.森林火灾监测

利用高科技手段提高森林火灾的预防和预警、分析和决策、规划和调度，为森林消防赢得宝贵的时间，最大限度地减少损失，是森林防火发展的必然趋势[5]。遥感技术可以实时监测森林火灾的发生和蔓延情况，通过高分辨率遥感图像可以提供火灾发生地点和火势大小、火情范围等精确信息。通过火灾前后对比图，提取受灾面积，评估灾损情况（图7）。有助于林业部门及时采取救火和火灾扑灭措施，降低火灾对森林资源的破坏。

四、结语

将空间数据和森林应用领域业务数据有机地结合在一起，应用于森林资源监测管理、公益林监测管理、林地管理、林业生态工程监管、国有林场监测管理、森林火灾监测等方面，对森林资源进行高精度时空动态监测与评估，及时、准确地掌握林业空间环境变化的动态信息，可为林业相关部门制定合理的建设发展规划和宏观决策提供科学依据。推进林草行业的规模化产业化遥感应用，对保护生物多样性、维护生态平衡、促进经济可持续发展起到至关重要的作用，助力我国治理体系和治理能力现代化。