3S 技术的应用
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发布时间：2022-04-23 12:31
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时间：2023-10-13 11:23
森林是陆地上最大的生态系统，由于森林形成周期的长期性、资源与环境的动态性、森林成熟的不确定性、林区分布的广域性和空间结构复杂性，人们对其作用和功能的认识必须借助于一系列的森林信息。空间技术、计算机技术、信息技术、电子仪器技术的发展，使得森林监测仪器、技术及方法体系发生了*性的变化。目前以遥感(航天遥感、航空遥感、地面近景摄影)、以全站仪、电子经纬仪、电子罗盘仪，配备电子测径仪、电子年轮仪等为地面量测技术代表，实现从宏观到中观、微观，从森林到小班、单木，从手工到自动化、集成化的现代森林监测技术体系，通过GIS管理与分析，从而使人类详细地认识森林资源及其生态环境(冯仲科，2002)。
(一)遥感(RS)
在森林景观研究中，遥感技术提供了从局部具体的林分生态研究跨越到景观层次计划和经营的桥梁(QuattrochiandPelletier，1991)。遥感具有快速、实时、大面积同步获得信息的特点，是获得丰富地面信息最方便、快捷的技术，因而它成为景观信息的载体。将遥感等计算机与空间技术运用到景观生态的研究中，为地物相关数据的快速获取与实时更新提供了有效的手段，通过对遥感影像的景观分类制图和比较，可以研究景观空间格局特征，这已经成为景观生态学中比较有效的实用工具(梅安新等，2001;刘建国，2000;张永生，2000)。
本研究主要利用美国宇航局第五号陆地卫星2000年所扫描的TM2、TM3，TM4图像，所采用的预处理主要有彩色合成、波段比值、主成分分析、缨帽变换和条纹消除等操作。在判读之前，对不同时期的遥感影像和林相图在空间上进行配准，对遥感数据进行了几何校正。
几何畸变是指图像上的地物几何位置、形状、尺寸、方位等特征与地面真实形态产生差异，这种差异是影像平移、缩放、旋转、偏扭、弯曲等综合作用的结果。发生畸变的遥感影像对影像位置配准、定量分析及信息提取产生严重的影响，应尽量予以消除，消除影像畸变的过程称为几何纠正。几何畸变的成因复杂，受多种内外因素影响，主要有遥感平台位置及其运动状态的变化、地形起伏、地球表面曲率、大气折射以及地球自转等(王桥，2006;党安荣，2002)。
在实践中一般选用多项式校正法。该方法的基本思想是不考虑成像空间的几何过程，直接对影像变形的本身进行数学模拟，将遥感影像的总体变形看成是平移、缩放、旋转、仿射、偏扭、弯曲等综合作用的结果。在应用中，多选择三次多项式进行纠正，其转换模式为:
森林景观格局与生态规划研究:以长白山地区白河林业局为例
合理选取控制点(GCP)是达到高精度几何校正的另一关键，应选取地物明显的点作为控制点，如桥头、公路交叉点、河流分叉处等，并尽可能满幅均匀分布，控制点的最小个数(n+1)×(n+2)/2，n为多项式次数，但实际应用中控制点(GCP)的数量应远远多于最低数，以提高影像校正精度。
图像的重采样是几何精纠正的一个重要步骤。影像重采样常用方法有最邻近像元(Nearest Interpolate)、双线性内插法(Bilinear Interpolate)和三次卷积法(Cubic convolu-tion)。
在1∶5万地形图上选取地面控制点(20个)，利用地理信息系统软件Arc/Info找出各控制点的高斯-克吕格投影坐标，然后运用遥感图像处理软件ERDAS8.6对2000年的影像数据进行几何校正(误差小于0.5个像元)，使它们具有统一的投影坐标和像元大小，便于以后进行空间分析。再结合地形图、土壤图和林相图等辅助数据，进行实地调查校验，以保证对遥感图像具有较高的判读精度和解译。
为了对遥感影像数据进行监督分类，首先对研究区进行了详细的地面调查，选取853个复位样地，详细记录了30个指标，利用统计软件和吉林省森林资源数据库代码表，并借鉴前人研究成果的基础上，建立了景观分类系统。其次，采用最大似然法对2000年的遥感影像进行计算机监督分类。第三，采用3×3过滤器对“噪音”进行了消除;第四，为了满足空间分析的需要，对分类结果图进行了矢量化，并将其转换为Arc/Info格式;第五，由于计算机监督分类形成的景观类型图的正确率平均只有75%左右，有许多斑块的分类结果是错误的，为此，我们把遥感影像图(4、3、2波段合成的假彩色影像图)作背景，在ArcView3.2的支持下，进行人机交互解译，对错误的分类斑块进行纠正;最后，将结果图件转换成Arc/Info格式，并将保护区范围切割下来，供空间分析使用。见图2-4。
图2-42000年白河林业局遥感影像图
(二)地理信息系统(GIS)
地理信息系统(GIS)是一项以计算机为基础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用形成了一门交叉性、边缘性的学科，是管理和研究空间数据的技术系统，在计算机软硬件支持下，它可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理、对数据的有效管理、研究各种空间实体及相互关系。通过对多因素的综合分析，它可以迅速地获取满足应用需要的信息，提供决策支持、动态模拟、统计分析、预测预报等服务，并能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果。GIS的空间分析功能主要有:数字地形分析、空间统计分析、空间叠置分析、缓冲区分析、空间扩展分析、网络分析和三维分析等方法(陈俊等，1998;李琦等，2004;汤国安等，2002)。
本研究应用GIS软件与景观生态学原理，以白河林业局有林地为景观基质应用丰富度、多样性、优势度和破碎度指标，进行景观空间格局及其变化分析，通过建立数字高程模型，分析景观格局与地形因子的关系，通过建立景观动态模型，进行动态模拟，为森林经营管理提供理论依据，为景观规划提供方法。
(三)全球定位系统(GPS)
GPS主要用于定位，获取地理坐标，获取森林样地的空间数据(表2-4)。
表2-4 GPS获取的样地空间坐标
