摘要：自1950年代初以來，中國(guó)森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查經(jīng)歷了目測(cè)調(diào)查(踏查)、航空目測(cè)調(diào)查、以小班為基礎(chǔ)的抽樣調(diào)查、以地形圖為基礎(chǔ)的小班調(diào)查和以高分衛(wèi)星遙感圖像為基礎(chǔ)的小班調(diào)查5個(gè)主要技術(shù)發(fā)展階段。文中介紹了各階段森林資源調(diào)查的主要調(diào)查內(nèi)容、技術(shù)方法和手段，其中小班調(diào)查內(nèi)容和林分調(diào)查因子測(cè)量方法自1980年代中期以來基本穩(wěn)定，但小班區(qū)劃和數(shù)據(jù)處理方法隨著遙感和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步得到較大發(fā)展；還介紹了2017年以來以機(jī)載激光雷達(dá)和高分遙感為核心技術(shù)的大區(qū)域森林資源調(diào)查技術(shù)進(jìn)展,并展望了超高分辨率衛(wèi)星遙感圖像、無人機(jī)、地基激光雷達(dá)等新技術(shù)在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：森林資源規(guī)劃調(diào)查，小班，調(diào)查內(nèi)容，調(diào)查方法，中國(guó)

作者：李春干 代華兵

森林資源包括林地資源和林木資源，是林業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是國(guó)家重要的自然資源，在維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全中發(fā)揮著基礎(chǔ)作用，在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中具有戰(zhàn)略地位。因此，開展森林資源調(diào)查，摸清森林資源“家底”，為林業(yè)和生態(tài)建設(shè)方針政策制定、重大工程科學(xué)決策、森林保護(hù)與利用規(guī)劃等提供基礎(chǔ)依據(jù)，對(duì)于促進(jìn)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展和建設(shè)良好生態(tài)環(huán)境具有重要意義。自1950年代初在東北林區(qū)開展森林資源調(diào)查以來，隨著森林經(jīng)營(yíng)管理的逐步開展與深入，經(jīng)驗(yàn)的積累和理論認(rèn)識(shí)的不斷深入與提高，并且得益于科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)森林資源調(diào)查無論是調(diào)查目的與內(nèi)容、技術(shù)方法和手段、成果產(chǎn)出與用途等各個(gè)方面都發(fā)生了很大的變化。本文將對(duì)70年來中國(guó)森林資源調(diào)查的內(nèi)容、技術(shù)方法和手段的發(fā)展過程進(jìn)行綜述，并對(duì)今后的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望，為構(gòu)建新的森林資源調(diào)查技術(shù)體系提供參考。

1973年全國(guó)林業(yè)調(diào)查工作會(huì)議(湖北咸寧)將我國(guó)森林資源調(diào)查分為森林資源清查(簡(jiǎn)稱一類調(diào)查)、森林經(jīng)理調(diào)查(簡(jiǎn)稱二類調(diào)查)、作業(yè)調(diào)查(簡(jiǎn)稱三類調(diào)查)3類。從2014年開始，國(guó)家林業(yè)主管部門部署開展年度林地變更調(diào)查工作，由于只進(jìn)行變化信息的采集和數(shù)據(jù)更新，屬于森林資源信息管理范疇，不屬于嚴(yán)格意義的森林資源調(diào)查。這3類森林調(diào)查的目的不同，調(diào)查范圍、內(nèi)容和作業(yè)載體也不同。森林資源清查也稱森林資源連續(xù)清查，調(diào)查總體范圍大，以方形樣地(面積為600～800 m2)為調(diào)查載體，定期復(fù)測(cè)產(chǎn)出區(qū)域森林資源宏觀變化數(shù)據(jù)，不產(chǎn)出森林資源空間數(shù)據(jù)，主要服務(wù)于宏觀決策。作業(yè)調(diào)查也稱作業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)查，是為森林經(jīng)營(yíng)作業(yè)設(shè)計(jì)而開展的一項(xiàng)調(diào)查，包括伐區(qū)、撫育間伐、林分更新等調(diào)查，調(diào)查范圍是作業(yè)區(qū)，載體為地塊，調(diào)查內(nèi)容包括林地和林木數(shù)量、出材量、生長(zhǎng)狀況等，主要服務(wù)于森林經(jīng)營(yíng)單位。森林經(jīng)理調(diào)查，后稱森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查，一般以縣級(jí)行政區(qū)域和國(guó)有林場(chǎng)為調(diào)查范圍，是一種全域性的面狀調(diào)查，調(diào)查基本單元是小班——內(nèi)部特征基本一致，與相鄰地段有明顯區(qū)別的森林地塊，每10年進(jìn)行1次(國(guó)有林場(chǎng)每5年進(jìn)行1次)，是調(diào)查材料最豐富、用途最廣的森林資源調(diào)查，本文闡述僅限于這一調(diào)查。

1 中國(guó)森林資源調(diào)查隊(duì)伍的發(fā)展

中國(guó)最早的森林資源調(diào)查是1902—1903年日本為掠奪東北豐富的原始林資源在鴨綠江流域進(jìn)行的調(diào)查，調(diào)查范圍達(dá)2400多km2。當(dāng)時(shí)采用經(jīng)緯儀測(cè)量分界線，用平板儀測(cè)量地形及林地范圍，編制了基本圖和林相圖。20世紀(jì)30年代，中山大學(xué)師生在廣州白云山林場(chǎng)用區(qū)劃小班的方法開展過實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的森林調(diào)查。但是，大規(guī)模、有組織、有系統(tǒng)的森林資源調(diào)查工作實(shí)際上是東北解放和新中國(guó)建立之后，森林調(diào)查隊(duì)伍迅速建立后才開始的。

1950年4月和1951年6月東北人民政府林業(yè)部先后在沈陽(yáng)農(nóng)學(xué)院和哈爾濱東北農(nóng)學(xué)院舉辦了2期森林調(diào)查培訓(xùn)班，培養(yǎng)了450余名森林調(diào)查隊(duì)員。以這些學(xué)員為基礎(chǔ)，1950年?yáng)|北人民政府林野調(diào)查隊(duì)組建，成為我國(guó)第1支森林調(diào)查隊(duì)伍，其于1949—1950年在東北林區(qū)開展了局部的伐區(qū)調(diào)查。1952年冬，中央林墾部在遼寧營(yíng)口舉辦了500多人的“森林調(diào)查縱隊(duì)訓(xùn)練班”，這些學(xué)員結(jié)業(yè)后加入東北林野調(diào)查隊(duì)，擴(kuò)編至1 000多人，并改編為中央林墾部第一、第二森林調(diào)查大隊(duì))。在這些隊(duì)伍的基礎(chǔ)上，于1960年成立了“林業(yè)部綜合調(diào)查大隊(duì)”(1985年改名為林業(yè)部調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院)。

1950年河南省成立了省級(jí)森林資源調(diào)查機(jī)構(gòu)，之后云南、山西、陜西(1951年)、湖北、廣東、江西、貴州、北京(1952年)、浙江、安徽、廣西、甘肅、新疆(1953年)、四川、湖南(1956年)、福建(1958年)等全國(guó)絕大多數(shù)省(市、區(qū))都相繼成立了省(市、區(qū))級(jí)森林資源調(diào)查機(jī)構(gòu)。林墾部直屬的調(diào)查隊(duì)伍也擴(kuò)編至8個(gè)大隊(duì)，分布于東北林區(qū)、西南林區(qū)、西北林區(qū)和山東省等地，至20世紀(jì)50年代中后期，林墾部直屬森林調(diào)查隊(duì)伍發(fā)展到4 500多人，全國(guó)森林調(diào)查隊(duì)伍達(dá)9 000余人。20世紀(jì)80年代初，林業(yè)部在多個(gè)調(diào)查大隊(duì)的基礎(chǔ)上成立了中南、華東、西北林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院。

20世紀(jì)60—90年代，很多設(shè)區(qū)市、縣也成立了林業(yè)調(diào)查規(guī)劃?rùn)C(jī)構(gòu)，森林調(diào)查隊(duì)伍得到進(jìn)一步發(fā)展，自2000年后全國(guó)各地成立了大量林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)專業(yè)公司，森林調(diào)查隊(duì)伍迅速發(fā)展。至2009年，全國(guó)有國(guó)家林業(yè)主管部門直屬調(diào)查機(jī)構(gòu)4個(gè)，800余人；省(區(qū)，含林管局)直屬調(diào)查機(jī)構(gòu)40個(gè)，8 000余人；基層調(diào)查機(jī)構(gòu)和公司1 500多個(gè)，2.6萬(wàn)人。

2 中國(guó)森林資源調(diào)查技術(shù)的發(fā)展

自20世紀(jì)50年代初以來，中國(guó)森林資源調(diào)查經(jīng)過了目測(cè)調(diào)查(含踏查)、航空目測(cè)調(diào)查、以小班為基礎(chǔ)的抽樣調(diào)查、以地形圖為基礎(chǔ)的小班調(diào)查和以高分衛(wèi)星遙感圖像為基礎(chǔ)的小班調(diào)查5個(gè)發(fā)展階段，各個(gè)階段的技術(shù)方法、調(diào)查內(nèi)容和質(zhì)量要求都不盡相同，現(xiàn)分述如下。

2.1 目測(cè)調(diào)查(踏查)

在中華人民共和國(guó)成立之初，國(guó)家建設(shè)需要大量木材，因此早期的森林資源調(diào)查實(shí)際上是為服務(wù)林區(qū)開發(fā)而開展的。受當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)水平限制，加上調(diào)查用圖和材積表等基礎(chǔ)技術(shù)資料缺乏、專業(yè)人才少、經(jīng)驗(yàn)不足等原因，調(diào)查方法以目測(cè)調(diào)查為主。主要技術(shù)方法是：1)有1:5萬(wàn)(或1:10萬(wàn))地形圖的地區(qū)，以地形圖為工作手圖，實(shí)地勾繪森林小班，通過目測(cè)方法記錄小班優(yōu)勢(shì)樹種、林分平均高、平均直徑和單位面積蓄積量等調(diào)查因子。2)在地形平緩的東北林區(qū)，引進(jìn)蘇聯(lián)的實(shí)測(cè)方格林班網(wǎng)法，采用經(jīng)緯儀按6 km×6 km測(cè)設(shè)分區(qū)，其內(nèi)用羅盤儀按1 km×1 km測(cè)設(shè)林班網(wǎng)，作為工作手圖進(jìn)行目測(cè)調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容除林分調(diào)查因子外，還記錄地形、地物、道路、河流等，最后得到森林調(diào)查基本圖等資料。3)在難以進(jìn)行直線測(cè)量的山區(qū)，采用自然區(qū)劃法區(qū)劃林班(如兩坡夾一溝等)，沿山脊、河谷、道路等自然地物，用經(jīng)緯儀導(dǎo)線測(cè)量境界線和分區(qū)線，用羅盤儀測(cè)量林班線，得到工作手圖后進(jìn)行目測(cè)調(diào)查。4)在有航空影像的地區(qū)，通過立體鏡在影像上區(qū)劃小班，判讀土地類型、優(yōu)勢(shì)樹種、郁閉度等林分調(diào)查因子，然后在實(shí)地修正核對(duì)、修正小班界線，通過目測(cè)為主、標(biāo)準(zhǔn)地實(shí)測(cè)為輔的方法計(jì)算小班蓄積量等林分調(diào)查因子。目測(cè)調(diào)查是20世紀(jì)50初期至60年代中期森林資源的主要技術(shù)方法，盡管調(diào)查的深度和廣度都有限，調(diào)查精度不高，調(diào)查結(jié)果普遍存在偏大的問題，但在當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平下，基本上摸清了我國(guó)主要林區(qū)的森林資源概況，為重點(diǎn)林區(qū)開發(fā)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出了重大貢獻(xiàn)。

為克服目測(cè)調(diào)查精度受人為因素影響較大的問題，自1964年開始我國(guó)森林資源調(diào)查工作者開始試驗(yàn)分層抽樣調(diào)查。通過航空像片判讀與實(shí)測(cè)回歸、目測(cè)與實(shí)測(cè)回歸的方法，修正像片判讀結(jié)果和目測(cè)結(jié)果，在一定程度上提高了目測(cè)調(diào)查的精度。

2.2 航空目測(cè)調(diào)查

航空調(diào)查是20世紀(jì)50年代森林資源調(diào)查的先進(jìn)技術(shù)。由于交通極不發(fā)達(dá)，加上調(diào)查任務(wù)繁重和時(shí)間緊迫，航空調(diào)查是20世紀(jì)50年代初期中國(guó)森林資源調(diào)查最好的技術(shù)選擇。盡管于1953年在黑龍江大海林業(yè)局開展了27萬(wàn)hm2的森林航空調(diào)查，但最具代表性、最有影響的項(xiàng)目是1954—1955年大興安嶺森林航測(cè)項(xiàng)目。該項(xiàng)目為新中國(guó)成立初期蘇聯(lián)援助我國(guó)的156個(gè)項(xiàng)目之一，于1954年6月開始實(shí)施。蘇方派出4架飛機(jī)及相關(guān)儀器設(shè)備和139名專家來華，中方配備了航空攝影測(cè)量人員45人、航空調(diào)查和地面調(diào)查人員160多人跟隨蘇方專家學(xué)習(xí)。1955年2月結(jié)束全部航空攝影工作，完成航空攝影1 424萬(wàn)hm2，獲取航攝底片55 077張(比例尺為1:2.5萬(wàn))、接觸印像照片118 046張、鑲嵌復(fù)印圖999張。1954年9月完成航空調(diào)查外業(yè)，次年3月完成全部?jī)?nèi)業(yè)，完成航空調(diào)查面積1 180萬(wàn)hm2，出版了詳盡的大興安嶺森林資源調(diào)查報(bào)告，共8卷。該項(xiàng)目依據(jù)《蘇聯(lián)國(guó)有林森林經(jīng)理調(diào)查規(guī)程》進(jìn)行，具體調(diào)查方法、內(nèi)容和成果材料如下：

1)用接觸印像照片編制航線照片略圖(1 281幅)，并勾劃出照片和照片略圖的有效面積。

2)采用立體鏡對(duì)照片和照片略圖進(jìn)行初步判讀，勾繪小班。小班土地類型分為有林地、疏林地、采伐跡地、火燒跡地、空曠地、非林地(分為草地、耕地、熟荒地、居民點(diǎn))、不能利用地(分為沼澤地、裸露地、沙地)，其中有林地小班的劃分條件為優(yōu)勢(shì)樹種、主要樹種的林木組成所占比重相差0.2、優(yōu)勢(shì)樹種的林齡相差1個(gè)齡組、地位級(jí)、疏密度。小班面積精確到1 hm2。

3)飛機(jī)飛行速度為160 km/h(有2架飛機(jī)的航速分別為100 km/h和220 km/h)，航高為300 m(有一架飛機(jī)的航高為500 m)。調(diào)查帶寬一般為1 km，個(gè)別為1.5 km，航線間距為2 km或3 km。2名航空調(diào)查員從飛機(jī)的2個(gè)舷窗對(duì)地面進(jìn)行目測(cè)調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括林木組成、齡組、疏密度(精度到0.1)、林型和地位級(jí)，如有小塊無林地(如沼澤地等)、枯立木應(yīng)標(biāo)明面積、蓄積量的百分比，并且對(duì)于內(nèi)業(yè)中未區(qū)劃的小班在飛行中補(bǔ)充勾繪。

4)沒有航片覆蓋的區(qū)域(120萬(wàn)hm2)，采用1:10萬(wàn)在飛機(jī)上勾繪小班并同時(shí)進(jìn)行目測(cè)調(diào)查。

5)將航空調(diào)查小班轉(zhuǎn)繪到1:10萬(wàn)地形圖上，編制103個(gè)森林利用小區(qū)的航空調(diào)查簿，內(nèi)容包括各土地類型的面積及比例、各齡組的森林面積及比例、各優(yōu)勢(shì)樹種的面積和可伐量、各小班面積、林木組成、優(yōu)勢(shì)樹種、齡組、地位級(jí)、疏密度、蓄積量和各優(yōu)勢(shì)樹種的近成過熟林蓄積量。其中蓄積量通過平均高、地位級(jí)及疏密度由標(biāo)準(zhǔn)表查出。

6)按森林利用小區(qū)—森林利用區(qū)(8個(gè))—整個(gè)調(diào)查區(qū)匯總調(diào)查數(shù)據(jù)，編制森林利用區(qū)的森林分布圖(1:10萬(wàn))和整個(gè)調(diào)查區(qū)的森林分布略圖(1:50萬(wàn))。

此外，還編制了生長(zhǎng)過程表、材種等級(jí)表、材積表和出材量表，完成了林型、天然更新、病理、土壤調(diào)查報(bào)告。由于時(shí)間短、任務(wù)巨大，加上技術(shù)手段固有的問題(飛機(jī)航速快而每個(gè)小班的觀測(cè)時(shí)間有限)，調(diào)查質(zhì)量不會(huì)很高，但對(duì)于國(guó)家百?gòu)U待興、急需摸清資源、急待開發(fā)的東北林區(qū)，這是一種有效技術(shù)手段。該項(xiàng)目的重要意義不僅僅是在當(dāng)時(shí)條件下完成了大興安嶺的森林航空調(diào)查，更在于引進(jìn)了當(dāng)時(shí)世界上先進(jìn)成熟的森林資源調(diào)查技術(shù)，培養(yǎng)了相當(dāng)數(shù)量的航空攝影、航空調(diào)查和專業(yè)調(diào)查的技術(shù)骨干，為此后我國(guó)在東北、西北和西南林區(qū)開展中比例尺航空攝影測(cè)量奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，在我國(guó)森林資源調(diào)查技術(shù)發(fā)展過程中影響深遠(yuǎn)。

1955—1959年在東北、西北和西南林區(qū)大規(guī)模地開展航空目測(cè)調(diào)查，初步摸清了森林資源，為林區(qū)開發(fā)建設(shè)規(guī)劃提供了科學(xué)依據(jù)。1954—1964年全國(guó)航攝面積達(dá)4 000多萬(wàn)hm2，接近全國(guó)森林面積的一半。1974年黑龍江省在大興安嶺和牡丹江地區(qū)開展航空攝影1 500萬(wàn)hm2。

2.3 以小班為基礎(chǔ)的抽樣調(diào)查

由于目測(cè)調(diào)查受調(diào)查員的理論技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)積累影響很大，調(diào)查質(zhì)量參差不齊，調(diào)查數(shù)據(jù)存在偏大的問題。為此，20世紀(jì)60年代初期在森林調(diào)查中進(jìn)行了以數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)理論為基礎(chǔ)，以航測(cè)制圖與航空相片判讀技術(shù)為手段的分層抽樣調(diào)查方法的試驗(yàn)研究。

1973—1976年國(guó)家林業(yè)主管部門部署開展了全國(guó)性森林資源清查(“四五”清查)，是迄今為止唯一的一次全國(guó)性森林資源調(diào)查。調(diào)查以縣(集體林區(qū))或林業(yè)局、林場(chǎng)(國(guó)有林區(qū))為總體進(jìn)行。主要調(diào)查方法為：1)將1:5萬(wàn)地形圖放大至1:2.5萬(wàn)作為工作手圖在實(shí)地勾繪小班，目測(cè)優(yōu)勢(shì)樹種和林木組成、郁閉度(疏密度)、齡組等調(diào)查因子，或采用航空?qǐng)D像區(qū)劃小班，判讀林分調(diào)查因子。小班按一定規(guī)則進(jìn)行分層，如優(yōu)勢(shì)樹種—齡組—密度(疏密度或郁閉度)等。2)在總體范圍內(nèi)，通過機(jī)械或隨機(jī)方法布設(shè)樣地開展實(shí)測(cè)調(diào)查(部分地區(qū)實(shí)行目測(cè)調(diào)查)，將樣地實(shí)測(cè)材料按小班相同的分層規(guī)則進(jìn)行分層，計(jì)算各層的單位面積蓄積量均值。3)各小班的單位面積蓄積量為其所屬層樣地調(diào)查值的均值。

“四五”清查基本實(shí)現(xiàn)了除臺(tái)灣、西藏麥克馬洪線以南地區(qū)外的全國(guó)覆蓋，通過抽樣方法有效控制了總體蓄積量。但也存在同一層小班的單位面積蓄積量均相同，不反映小班之間調(diào)查因子客觀差異的問題。為此，部分地區(qū)采用目測(cè)—實(shí)測(cè)回歸方法估算小班蓄積量。此外，各地還試驗(yàn)和應(yīng)用兩階抽樣、角規(guī)雙重抽樣等多種抽樣方法，對(duì)推動(dòng)抽樣理論的認(rèn)識(shí)、理解及應(yīng)用起到了極大的促進(jìn)作用。

2.4 以地形圖為基礎(chǔ)的小班調(diào)查

我國(guó)于1956年引進(jìn)角規(guī)，1957年開始在森林資源調(diào)查中推廣應(yīng)用。在很多地方，角規(guī)測(cè)樹代替了小班目測(cè)調(diào)查，森林資源調(diào)查技術(shù)取得較大進(jìn)步，小班調(diào)查因子的精度得到了較大幅度的提高。從20世紀(jì)50年代末開始，我國(guó)林業(yè)科技工作者對(duì)角規(guī)測(cè)樹的理論、方法及應(yīng)用進(jìn)行了大量研究，對(duì)推動(dòng)我國(guó)森林資源調(diào)查技術(shù)進(jìn)步起到了重要作用。期間，我國(guó)林業(yè)科技工作者發(fā)明了林分速測(cè)鏡、綜合測(cè)樹器、LG-1型棱鏡角規(guī)、DQW-2型望遠(yuǎn)測(cè)樹鏡等多種新型測(cè)樹儀器并推廣應(yīng)用。角規(guī)測(cè)樹至今仍是我國(guó)森林資源調(diào)查的主要技術(shù)手段之一。

20世紀(jì)60年代末至20世紀(jì)70年代，國(guó)家測(cè)繪部門陸續(xù)大量生產(chǎn)了1:5萬(wàn)地形圖，直至20世紀(jì)80年代初期之后國(guó)家測(cè)繪部門大量生產(chǎn)1:1萬(wàn)地形圖之前，采用1:5萬(wàn)地形圖勾繪小班，通過角規(guī)測(cè)樹方法測(cè)量小班調(diào)查因子，是這一時(shí)期我國(guó)森林資源調(diào)查的主要技術(shù)手段。由于1:5萬(wàn)地形圖的比例尺太小，小班區(qū)劃不夠細(xì)致，因此森林面積的調(diào)查精度存在一定問題。20世紀(jì)80年代初至21世紀(jì)前10年，我國(guó)大部分地區(qū)森林資源調(diào)查都是采用1:1萬(wàn)地形圖勾繪小班，采用角規(guī)測(cè)樹方法得到小班林分平均高、平均直徑、斷面積和蓄積量等調(diào)查因子，森林面積調(diào)查精度得到了一定的提高。但仍存在著工作量大、勞動(dòng)強(qiáng)度高、效率低、調(diào)查質(zhì)量難以控制等問題。

1982年林業(yè)部頒發(fā)了《森林資源調(diào)查主要技術(shù)規(guī)定》，對(duì)小班劃分條件、調(diào)查內(nèi)容和方法、調(diào)查的詳細(xì)程度和質(zhì)量要求、調(diào)查成果構(gòu)成等作出了較為全面和詳細(xì)的規(guī)定，此后雖經(jīng)1986年、1996年、2003年和2011年修訂，但小班區(qū)劃條件和調(diào)查方法、調(diào)查質(zhì)量要求和成果產(chǎn)出等未有實(shí)質(zhì)性改變。盡管如此，隨著20世紀(jì)80年代末數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的普及和90年代末地理信息系統(tǒng)(GIS)的應(yīng)用，森林資源調(diào)查的數(shù)據(jù)處理技術(shù)出現(xiàn)了根本性的變化。

20世紀(jì)80—90年代，一些森林調(diào)查工作者認(rèn)為小班應(yīng)該是經(jīng)營(yíng)單位而不僅是調(diào)查單元，主張小班界線固定化，并在廣東進(jìn)行了固定(地籍)小班的實(shí)踐。此外，一些森林調(diào)查工作者認(rèn)為需要拓展森林資源調(diào)查內(nèi)容，增加野生經(jīng)濟(jì)植物資源和生態(tài)環(huán)境等調(diào)查。然而，這些探討和實(shí)踐脫離了森林資源調(diào)查的本質(zhì)——摸清森林資源“家底”，混淆了專業(yè)調(diào)查與面上調(diào)查的關(guān)系，在實(shí)踐中并未得到采用或難以長(zhǎng)期堅(jiān)持。

2.5 以高分衛(wèi)星遙感圖像為基礎(chǔ)的小班調(diào)查

1972年世界上第1顆地球資源衛(wèi)星在美國(guó)升空，開啟了地球觀測(cè)新時(shí)代。我國(guó)林業(yè)科技工作者緊跟技術(shù)發(fā)展步伐，較早地進(jìn)行了試驗(yàn)性應(yīng)用衛(wèi)星技術(shù)開展森林資源調(diào)查。1977年利用MSS影像進(jìn)行西藏森林資源清查(一類調(diào)查)，采用MSS-5、MSS-7 2個(gè)波段分別制作1:50萬(wàn)衛(wèi)星影像圖(紙質(zhì)灰度圖)，根據(jù)陰影、灰度、形狀及相關(guān)關(guān)系，通過目視解譯判讀將森林分為暗針葉林、亮針葉林、闊葉林、矮林和灌木林，勾繪其邊界(有航空?qǐng)D像的地區(qū)通過航空?qǐng)D像判讀后在衛(wèi)星影像上勾繪地類邊界)，然后用網(wǎng)點(diǎn)板計(jì)算森林面積。采用類似方法，于1978年對(duì)1954—1964年大興安嶺森林分布圖進(jìn)行了更新，并利用MSS-7進(jìn)行火燒跡地、采伐跡地判讀。由于空間分辨率低(80 m)，MSS圖像實(shí)際上并不適用于小班區(qū)劃。

隨著計(jì)算機(jī)的普及和遙感圖像處理技術(shù)的發(fā)展，商業(yè)遙感圖像處理軟件逐步應(yīng)用，我國(guó)森林調(diào)查工作者積極探索衛(wèi)星遙感在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用技術(shù)。20世紀(jì)90年代中后期至21世紀(jì)初，云南、內(nèi)蒙古、廣西、貴州、青海、大興安嶺等地較大規(guī)模地嘗試采用Landsat 5TM(空間分辨率為30m)開展森林資源調(diào)查，大多是在紙質(zhì)的彩色合成影像圖進(jìn)行小班區(qū)劃和地類、優(yōu)勢(shì)樹種判讀，也有小部分直接在計(jì)算機(jī)GIS平臺(tái)上進(jìn)行小班區(qū)劃和判讀，然后在實(shí)地進(jìn)行小班調(diào)查。由于較低空間分辨率的Landsat圖像既不能保證小班區(qū)劃精度，紋理信息不明顯，有限的光譜信息不足以確保優(yōu)勢(shì)樹種判讀的正確率，因此這些試驗(yàn)難說成功。但是通過這些試驗(yàn)，培養(yǎng)了大量遙感應(yīng)用人才，并且積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為航天遙感技術(shù)的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。從20世紀(jì)80年代開始，趙憲文等對(duì)利用TM圖像開展森林蓄積量估測(cè)進(jìn)行了大量深入的研究，21世紀(jì)初李崇貴等學(xué)者的加入，TM圖像森林蓄積量估測(cè)研究更加系統(tǒng)深入，初步構(gòu)建了較為完善的理論技術(shù)體系，但由于前述原因，加上光學(xué)衛(wèi)星圖像估測(cè)森林參數(shù)的物理基礎(chǔ)不夠牢靠，研究成果在森林資源調(diào)查中沒有得到大規(guī)模應(yīng)用。

自2000年以后，IKONOS(1 m)、QuickBird(0.61 m)、SPOT5(2.5m)等高空間分辨率衛(wèi)星的陸續(xù)發(fā)射，由于具有較好的性能/價(jià)格比，SPOT5圖像大規(guī)模應(yīng)用于森林資源調(diào)查。云南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院對(duì)應(yīng)用SPOT5圖像進(jìn)行森林資源調(diào)查進(jìn)行了較為系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，主要內(nèi)容包括：1)通過目視解譯方法由圖像獲取優(yōu)勢(shì)樹種組、齡組、郁閉度等數(shù)據(jù)；2)采用圖像數(shù)據(jù)通過數(shù)量化模型Ⅰ、嶺估計(jì)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行小班蓄積量估測(cè)結(jié)果表明，小班優(yōu)勢(shì)樹種正判率為80.7%，約50%的小班蓄積量估測(cè)精度達(dá)到75%，結(jié)果不甚理想。但SPOT5圖像可通過圖像分割方法進(jìn)行小班初步區(qū)劃，經(jīng)過編輯后通過紙質(zhì)手圖或平板電腦在外業(yè)進(jìn)行核對(duì)修正，極大提高了小班區(qū)劃的效率和精度。在云南(2003—2013年)、寧夏(2006—2007年)、廣西(2008—2009年)等省(區(qū))的大規(guī)模森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查中，都采用了SPOT5等高空間分辨率遙感圖像進(jìn)行小班區(qū)劃。由于SPOT5等高空間分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)具有較好的區(qū)分森林、無林地、采伐跡地、非林地的能力，在森林破碎的南方林區(qū)極大地提高了森林面積調(diào)查精度。自2010年以來，隨著國(guó)產(chǎn)天繪一號(hào)、資源三號(hào)、北京二號(hào)、高分一/二號(hào)衛(wèi)星的陸續(xù)升空，森林資源調(diào)查大量采用了高空間分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)。

我們的試驗(yàn)表明，在光譜分辨率有限的情況下，光學(xué)衛(wèi)星遙感圖像優(yōu)勢(shì)樹種的解譯主要依靠圖案、紋理、形狀、大小等圖像特征，要求圖像的空間分辨率必須優(yōu)于0.5 m，當(dāng)前只有WorldView-2/3等少數(shù)衛(wèi)星符合這種要求。

3 中國(guó)森林資源調(diào)查的最新進(jìn)展與趨勢(shì)

3.1 機(jī)載激光雷達(dá)森林資源調(diào)查應(yīng)用

隨著全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)的集成應(yīng)用，激光掃描儀實(shí)現(xiàn)了精確定位定姿，點(diǎn)云位置精度得到了嚴(yán)格保證，激光雷達(dá)(LiDAR)于20世紀(jì)90年代中期開始實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。由于機(jī)載激光雷達(dá)(ALS)具有精確測(cè)距和穿透樹冠的能力，能夠精確描繪森林冠層三維結(jié)構(gòu)，由LiDAR點(diǎn)云提取的高度、密度等統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)與樣地林分蓄積量、斷面積、平均高等森林參數(shù)具有良好的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，因此ALS應(yīng)用成為當(dāng)前森林資源調(diào)查和生態(tài)監(jiān)測(cè)的先進(jìn)技術(shù)手段。盡管ALS數(shù)據(jù)獲取比較昂貴，但因降低了地面調(diào)查成本并且ALS數(shù)據(jù)具有廣泛的用途，比傳統(tǒng)的林分調(diào)查方法具有更好的精度/成本比，因此廣泛用于各個(gè)尺度的森林參數(shù)估測(cè)與制圖。挪威于2002年開始采用ALS開展森林資源調(diào)查，此后成為芬蘭、瑞典和加拿大等國(guó)家森林資源調(diào)查監(jiān)測(cè)的常規(guī)技術(shù)手段。在其他很多國(guó)家和地區(qū)，ALS在人工林監(jiān)測(cè)、生態(tài)監(jiān)測(cè)中也得到了大面積應(yīng)用。

2016年廣西大學(xué)、廣西林業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)院和中國(guó)林科院資源信息研究所在廣西國(guó)有高峰林場(chǎng)開展了小區(qū)域(4770 hm2)的ALS森林資源調(diào)查應(yīng)用試驗(yàn)，2017年在南寧市開展了大區(qū)域(2.21萬(wàn)km2)應(yīng)用推廣，2018—2019年在廣西全境推廣(21.55萬(wàn)km2，不含南寧市)，取得良好效果，實(shí)現(xiàn)了森林資源調(diào)查技術(shù)突破性進(jìn)步。其技術(shù)路線如下：

1)利用2015—2016年數(shù)字正射航空?qǐng)D像(空間分辨率0.2 m)進(jìn)行小班區(qū)劃和基本屬性識(shí)別(土地類型、優(yōu)勢(shì)樹種、伴生樹種和林木起源)。通過當(dāng)年高空間分辨率(優(yōu)于3 m)衛(wèi)星遙感圖像變化檢測(cè)結(jié)果和CHM修正小班邊界和基本屬性，不能確定基本屬性的小班通過外業(yè)補(bǔ)充調(diào)查進(jìn)行修正、確認(rèn)。

2)獲取調(diào)查區(qū)域全覆蓋機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)(點(diǎn)云密度≥2.0點(diǎn)/m2)，生產(chǎn)數(shù)字高程模型(DEM)、數(shù)字表面模型(DSM)、冠層高度模型(CHM)(空間分辨率均為2 m)和高程歸一化點(diǎn)云等產(chǎn)品。

3)每個(gè)調(diào)查區(qū)域(分3個(gè)年度完成，故分3個(gè)區(qū)域)的每個(gè)森林類型(優(yōu)勢(shì)樹種組)布設(shè)100個(gè)左右樣地(面積為667 m2)進(jìn)行每木檢尺調(diào)查，并測(cè)定林分平均高及下木層、草本層生物量。

4)通過樣地調(diào)查材料和LiDAR變量建立森林參數(shù)估測(cè)模型，并采用小班全林實(shí)測(cè)小班調(diào)查材料進(jìn)行檢驗(yàn)。以20 m×20 m的格網(wǎng)進(jìn)行全區(qū)域森林參數(shù)制圖。

5)以LiDAR點(diǎn)云生產(chǎn)的DEM、生態(tài)公益區(qū)劃調(diào)整材料、歷史調(diào)查資料等為基礎(chǔ)，自動(dòng)提取小班的自然環(huán)境和管理屬性因子。

以上技術(shù)方法的特點(diǎn)是：1)小班區(qū)劃精細(xì)、調(diào)查因子精度高且質(zhì)量可控；2)大幅度減少調(diào)查工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短調(diào)查工期；3)實(shí)現(xiàn)了全區(qū)域森林參數(shù)制圖，調(diào)查成果更為豐富；4)與現(xiàn)行以地面調(diào)查方法相比，調(diào)查成本不增加并有所降低。

然而經(jīng)過多年實(shí)踐，上述技術(shù)方法仍存在以下問題：1)小班區(qū)劃和基本屬性識(shí)別由調(diào)查人員在GIS平臺(tái)上通過人機(jī)交互方法進(jìn)行，工作量大仍較大，并且質(zhì)量和精度受到調(diào)查員理論技術(shù)水平、經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心的嚴(yán)重影響；2)小班區(qū)劃和基本屬性識(shí)別依賴于航空?qǐng)D像，存在著數(shù)據(jù)源時(shí)效性差的問題；3)樣地調(diào)查仍采用傳統(tǒng)方法，工作量大、效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度高，并且屬于有損測(cè)量，在保護(hù)區(qū)、森林公園中不宜布設(shè)樣地。

3.2 中國(guó)森林資源調(diào)查的發(fā)展趨勢(shì)

ALS作為當(dāng)前最先進(jìn)的森林資源調(diào)查監(jiān)測(cè)技術(shù)，必將在今后森林資源調(diào)查中得到廣泛應(yīng)用，隨著研究的深入和經(jīng)驗(yàn)的積累，可以期望中國(guó)森林資源調(diào)查將在以下幾個(gè)方面取得顯著進(jìn)展。

1）超高空間分辨率衛(wèi)星遙感影像+機(jī)載激光雷達(dá)的大區(qū)域森林資源調(diào)查應(yīng)用。隨著衛(wèi)星技術(shù)的高速發(fā)展，米級(jí)、亞米級(jí)、分米級(jí)(例如：高分二號(hào)，0.8 m；高景一號(hào)，0.5 m；WorldView-3，0.3m；Pléiades-1，0.4 m等)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)越來越多，獲取越來越容易、成本越來越低，小班區(qū)劃和基本屬性識(shí)別可用的數(shù)據(jù)源越來越多、時(shí)效性更強(qiáng)，小班區(qū)劃和基本屬性識(shí)別更準(zhǔn)確。近年來，建立在概率統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，包括支持向量機(jī)(SVM)、決策樹(Decision Tree)、主成分分析法(PCA)、k均值聚類(K-means)和稀疏表示(Sparse representation)等，為遙感圖像分類提供了許多可靠的方法。自動(dòng)編碼器(AE)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)、深度信念網(wǎng)絡(luò)(DBN)和遷移學(xué)習(xí)(TL)等深度學(xué)習(xí)(DL)在圖像分類應(yīng)用中取得了有效的成效，在Pléiades-1和WorldView-3圖像分類與變化檢測(cè)的小區(qū)域?qū)嶒?yàn)性應(yīng)用中結(jié)果良好，為小班區(qū)劃和基本屬性識(shí)別的自動(dòng)化提供了現(xiàn)實(shí)可行性。

2）低空無人機(jī)廣泛用于中小區(qū)域森林資源調(diào)查。近10年來，低空無人機(jī)以驚人的速度進(jìn)入了大眾消費(fèi)領(lǐng)域和專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，在快速、實(shí)時(shí)、低成本獲取小區(qū)域光學(xué)圖像方面具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)。隨著電池技術(shù)的突破、續(xù)航時(shí)間的提高，無人機(jī)將在較大區(qū)域(如國(guó)有林場(chǎng)，甚至是一個(gè)縣域)光學(xué)遙感圖像實(shí)時(shí)獲取中得到廣泛應(yīng)用，為小班區(qū)劃和基本屬性識(shí)別提供更可靠的數(shù)據(jù)源。隨著激光傳感器技術(shù)的發(fā)展，小型化、低成本、長(zhǎng)量程激光掃描儀的出現(xiàn)，無人機(jī)激光雷達(dá)將為中小區(qū)域森林參數(shù)估測(cè)與制圖提供可靠的技術(shù)手段。可以預(yù)見在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，無人機(jī)遙感(光學(xué)和激光雷達(dá))將廣泛應(yīng)用于中小區(qū)域森林資源調(diào)查和監(jiān)測(cè)。

3）地基和移動(dòng)激光雷達(dá)應(yīng)用。地基激光雷達(dá)(TLS)和移動(dòng)式激光雷達(dá)(也稱背包式或手持式激光雷達(dá))可以快速獲得極為詳細(xì)的森林三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，能有效提取單木的樹干、枝葉信息，更準(zhǔn)確地獲取樣地林分參數(shù)信息，并且具有無損測(cè)量的特點(diǎn)，在樣地測(cè)量和調(diào)查中具有廣闊的應(yīng)用前景，也將成為森林資源調(diào)查的重要技術(shù)手段。

第一作者：李春干，教授，博士，主要研究方向?yàn)樯仲Y源監(jiān)測(cè)與管理，林業(yè)遙感與空間信息，E-mail: gxali@126.com。

來源：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)科技信息研究所《世界林業(yè)研究》2021年第6期

林業(yè)知識(shí)服務(wù)專題　2022年第11期