3S技術(shù)在桉樹枝癭姬小蜂監(jiān)測(cè)預(yù)警中的應(yīng)用前景

1、3S技術(shù)在桉樹枝癭姬小蜂監(jiān)測(cè)預(yù)警中的應(yīng)用前景論文導(dǎo)讀:：技術(shù)及應(yīng)用特點(diǎn)。使得實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)桉樹枝癭姬小蜂動(dòng)態(tài)以進(jìn)行科學(xué)決策成為可能。技術(shù)在森林有害生物監(jiān)測(cè)預(yù)警領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀。論文關(guān)鍵詞：3S技術(shù)，桉樹枝癭姬小蜂，監(jiān)測(cè)預(yù)警桉樹是我國(guó)南方的重要速生豐產(chǎn)樹種，年木材生長(zhǎng)量超過3000萬(wàn)立方米，為緩解我國(guó)木材供需矛盾，增加森林資源等方面發(fā)揮了重要作用。桉樹枝癭姬小蜂(Leptocybeinvasa Fisher et 1aSalle)是桉樹枝葉的蟲癭類害蟲，具危險(xiǎn)性和消滅性。20OO年在中東及地中海沿岸國(guó)家首次發(fā)現(xiàn)，然后開始擴(kuò)散，至今已在歐洲、亞洲、非洲約20多個(gè)國(guó)家有分布。在國(guó)內(nèi)，2007年4月廣西防城東

2、興市東興鎮(zhèn)首次發(fā)現(xiàn)該蟲并造成危害。目前，國(guó)內(nèi)僅在廣西、海南、廣東三省的局部地區(qū)發(fā)生，為了防止其傳播和蔓延危害，廣西、海南、廣東等省正加強(qiáng)對(duì)桉樹枝癭姬小蜂危害的宣傳、普查、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等工作。但傳統(tǒng)的測(cè)報(bào)工作靠人工地面調(diào)查方法獲取數(shù)據(jù)信息往往存在現(xiàn)勢(shì)性不夠、準(zhǔn)確性不穩(wěn)定、人力物力消耗巨大等缺乏。以3S為根底，綜合專家知識(shí)、決策知識(shí)等，使得實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)桉樹枝癭姬小蜂動(dòng)態(tài)以進(jìn)行科學(xué)決策成為可能。1 3S技術(shù)及應(yīng)用特點(diǎn)3s技術(shù)是地理信息系統(tǒng)技術(shù)(GIS)、遙感技術(shù)(RS)、全球定位系統(tǒng)技術(shù)GPS三大技術(shù)系統(tǒng)的總稱。11 RS技術(shù)遙感(Remote Sensing，縮寫RS)是從地面以上一定距離的高空或外層空間

3、的人造衛(wèi)星等運(yùn)載工具，利用可見光、紅外、微波等光學(xué)、電子和電子光學(xué)的電磁波探測(cè)儀或傳感器，是在遠(yuǎn)離目標(biāo)、與目標(biāo)不直接接觸的情況下判定、量測(cè)并分析目標(biāo)的性質(zhì)。遙感作為一種重要的信息獲取手段，具有宏觀、動(dòng)態(tài)、便捷、信息豐富等特點(diǎn)。美國(guó)、加拿大、日本和歐洲許多國(guó)家都把航天或航空遙感作為森林健康狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的主要手段和方法，我國(guó)也開展了森林病蟲災(zāi)害的遙感應(yīng)用研究，對(duì)由病蟲危害引起的森林資源質(zhì)量變化監(jiān)測(cè)有著較高的準(zhǔn)確性。12 GIS 技術(shù)地理信息系統(tǒng) (Geographical information systems，縮寫GIS)，是在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，對(duì)具有空間內(nèi)涵的地理信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、處理、

4、分析和再顯地球外表空間及非空間數(shù)據(jù)的信息技術(shù)。一個(gè)GIS系統(tǒng)的功能構(gòu)成由數(shù)據(jù)輸入、存儲(chǔ)、編輯；操作運(yùn)算；數(shù)據(jù)查詢；應(yīng)用分析；數(shù)據(jù)顯示、結(jié)果輸出；數(shù)據(jù)更新等組成，它的最顯著特點(diǎn)是能夠科學(xué)管理和綜合分析空間數(shù)據(jù)。同時(shí)，還可以提供點(diǎn)狀、線狀、面狀等地理要素， 并完成信息的疊加，以圖形和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)形式輸出結(jié)果。此外， GIS的空間分析功能不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析和評(píng)估，更重要的是它能夠通過網(wǎng)絡(luò)、遙感和全球定位系統(tǒng)對(duì)森林病蟲害進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過結(jié)合時(shí)空模型和專家系統(tǒng)對(duì)森林病蟲害未來趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警。13 GPS技術(shù)全球定位系統(tǒng)(Global PositioningSystem，縮寫GPS)是以人造衛(wèi)星組

5、網(wǎng)為根底的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)由衛(wèi)星局部、地面接收局部及用戶組成。利用GPS能進(jìn)行實(shí)時(shí)定位、測(cè)距、收集矢量數(shù)據(jù)等。它主要被用于實(shí)時(shí)、快速地提供目標(biāo)的空間位置。在3s技術(shù)中，GPS主要被應(yīng)用于實(shí)時(shí)、快速地提供目標(biāo)；RS用于實(shí)時(shí)、準(zhǔn)實(shí)地提供目標(biāo)及其環(huán)境信息，及時(shí)對(duì)GIS進(jìn)行數(shù)據(jù)的更新；GIS那么是對(duì)多種來源的時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，在專家系統(tǒng)及各種專業(yè)模型支持下，進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真、模似使森林病蟲害監(jiān)測(cè)與防治工作更趨現(xiàn)代化，采用3s技術(shù)進(jìn)行桉樹枝癭姬小蜂監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)更新不難實(shí)現(xiàn)。23S;技術(shù)在森林有害生物監(jiān)測(cè)預(yù)警領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀隨著航空航天技術(shù)和遙感數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)解澤技術(shù)的不斷開展，以RS為根底

6、，GIS為核心，GPS為必備手段的3s集成技術(shù)更加顯示出科學(xué)、快速、高效和低耗等諸多的優(yōu)點(diǎn)，在林業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。國(guó)外自上世紀(jì)8O年代就開始了基于遙感和GIS的森林有害生物預(yù)警和管理系統(tǒng)的研究，并建立了一些主要病蟲的空間決策支持系統(tǒng)。如構(gòu)建了松毛蟲綜合管理系統(tǒng)、黃淮海地區(qū)麥蚜預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)、濕地松粉蚧預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)信息系統(tǒng)。我國(guó)最早在1978年，中國(guó)科學(xué)院和原林業(yè)部林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院對(duì)云南騰沖地區(qū)的松葉蜂蟲災(zāi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。石雷等應(yīng)用陸地衛(wèi)星TM 圖像監(jiān)測(cè)馬尾松毛蟲發(fā)生狀況獲得可喜成果。劉志明等以1989年和1990年夏季大興安嶺地區(qū)落葉松毛蟲大發(fā)生為背景，探索了利用氣象衛(wèi)星AVHRR資料進(jìn)行大范圍森林

7、蟲害監(jiān)測(cè)的原理、方法。中國(guó)林科院利用ERDAS IMAGINEArcGIS研發(fā)林業(yè)局系統(tǒng)的森林病蟲害監(jiān)測(cè)與預(yù)防信息系統(tǒng)。周立研究各類森林蟲源和林火的生物特性及影響的波譜特性，建立了基于3s的森林災(zāi)害動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)防治與預(yù)測(cè)模型【1】。武紅敢、劉志明等分別利用TM、AVHRR數(shù)據(jù)對(duì)松毛蟲的危害進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，通過分析，建立針葉損失率與數(shù)據(jù)圖像的關(guān)系，找出臨界值，可區(qū)分出各級(jí)松毛蟲危害程度【2】 【3】。武紅智、陳改英等利用GIS的空間分析功能，探討了松毛蟲災(zāi)害的發(fā)生開展、擴(kuò)散、蔓延與環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系，研究馬尾松毛蟲的空間開展規(guī)律【4】。劉書華等開發(fā)了集人工智能與植保專家知識(shí)具有多媒體功能的空間決策支持系

8、統(tǒng)，能將病蟲害的險(xiǎn)情轉(zhuǎn)化成電子地圖，實(shí)現(xiàn)了蟲害動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)及空間決策【5】。安樹杰以松材線蟲入侵的森林生態(tài)系統(tǒng)為主要研究對(duì)象，通過航天遙感數(shù)據(jù)以及地面遙感測(cè)定，應(yīng)用GIS的空間分析功能，對(duì)馬尾松的受害程度、受害時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，到達(dá)預(yù)警的目的【6】。劉震宇通過航空錄像獲得航片信息，GPS技術(shù)采集地面信息，實(shí)時(shí)獲得松材線蟲病的屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，運(yùn)用GIS的技術(shù)，根據(jù)松材線蟲病發(fā)生和防治數(shù)據(jù)、松樹資源及監(jiān)測(cè)信息、氣象信息等因素進(jìn)行綜合分析，對(duì)不同區(qū)域、不同時(shí)期發(fā)生和危害情況的松材線蟲病的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)【7】。張志誠(chéng)利用GIS對(duì)媒介昆蟲、寄主樹木、病原線蟲以及氣候等空間信息處理和分析，得出松材線蟲在中國(guó)發(fā)生的趨

9、勢(shì)預(yù)測(cè)。3 3S技術(shù)在桉樹枝癭姬小蜂監(jiān)測(cè)預(yù)警中的應(yīng)用前景桉樹枝癭姬小蜂是從國(guó)外傳入我國(guó)的外來有害生物，它對(duì)桉樹造成的災(zāi)害要經(jīng)歷發(fā)生、蔓延和成災(zāi)等多個(gè)階段，在空間范圍上表現(xiàn)出由點(diǎn)到面的不斷擴(kuò)展過程，具有很強(qiáng)的空間特征。為了最大程度地降低災(zāi)害損失，就必須及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期的災(zāi)害點(diǎn)，對(duì)它的發(fā)生蔓延情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。桉樹枝癭姬小蜂監(jiān)測(cè)和預(yù)警內(nèi)涵3個(gè)方面內(nèi)容：一是在發(fā)生前，對(duì)發(fā)生的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握可能孕育其發(fā)生的環(huán)境；二是在發(fā)生過程中，及時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)生的空間范圍；三是在發(fā)生之后，了解災(zāi)情和損失。桉樹枝癭姬小蜂主要為害桉樹的嫩枝、嫩芽，在葉片、主脈、葉柄及當(dāng)年生枝條上形成蟲癭，導(dǎo)致枝葉變小，樹冠成叢枝狀。危

10、害嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致落葉、植株矮化、枝梢枯死，甚至致樹木死亡。林區(qū)發(fā)生蟲害時(shí)，受害林區(qū)的反射和輻射光譜就會(huì)發(fā)生變化，在Rs影像上能夠表達(dá)出來?？筛鶕?jù)不同時(shí)相衛(wèi)星植被指數(shù)的變化監(jiān)測(cè)該害蟲的分布與發(fā)生情況。桉樹枝癭姬小蜂監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，是以地理信息和森林資源數(shù)據(jù)為根底，從RS技術(shù)中獲取多時(shí)相的遙感信息，由GPS定位和導(dǎo)航，進(jìn)入GIS進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，從RS和GPS提供的浩如煙海的數(shù)據(jù)中提取有用信息，進(jìn)行綜合集成，提供動(dòng)態(tài)的資源數(shù)據(jù)和豐富的圖文數(shù)表，有效地對(duì)害蟲進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、災(zāi)情監(jiān)測(cè)和損失估算，最終提出決策與實(shí)施方案。31 遙感技術(shù)應(yīng)用3S監(jiān)測(cè)桉樹枝癭姬小蜂根本技術(shù)線路為：衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取一衛(wèi)星數(shù)據(jù)校正一多時(shí)相圖

11、像數(shù)據(jù)復(fù)合一資源圖像信息提取一結(jié)合GPS實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和資料一更新數(shù)據(jù)和專題圖件一實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。衛(wèi)星影像如TM、ASTER、IRSP6、中巴衛(wèi)星數(shù)據(jù)具有本錢低，易獲得、能滿足大尺度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用分析的特點(diǎn)。衛(wèi)星影像在森林有害生物監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用主要在于對(duì)森林植被面狀信息的準(zhǔn)確把握，但分辨率較低，而航空遙感具有快速機(jī)動(dòng)性和高分辨率的顯著特點(diǎn)，故對(duì)于災(zāi)害點(diǎn)的探測(cè)還需要高分辨的航空遙感技術(shù)的支持。Franklin運(yùn)用SPOT與TM衛(wèi)星數(shù)據(jù)，分別對(duì)鐵杉尺蠖和黑頭蚜蟲落葉病的危害區(qū)進(jìn)行了監(jiān)督分類，其精度到達(dá)906和82； Joria等也利用SPOT和TM數(shù)據(jù)在美國(guó)密歇根州進(jìn)行了舞毒蛾失葉率的監(jiān)測(cè)研究，通過數(shù)字林相圖

12、等數(shù)據(jù)的輔助分析后，認(rèn)為TM非監(jiān)督分類可較準(zhǔn)確地識(shí)別林分的危害程度差異。32 GIS信息管理系統(tǒng)321 專題GIS數(shù)據(jù)庫(kù)要真正將GIS技術(shù)在桉樹枝癭姬小蜂危害預(yù)測(cè)和防治中發(fā)揮作用，桉樹枝癭姬小蜂專題GIS數(shù)據(jù)庫(kù)是根底。桉樹枝癭姬小蜂專題GIS數(shù)據(jù)庫(kù)分圖形庫(kù)和屬性庫(kù)兩局部。圖形數(shù)據(jù)內(nèi)容可以分為森林分布圖、林相圖、害蟲監(jiān)測(cè)圖、害蟲預(yù)測(cè)圖、發(fā)生區(qū)圖、防治區(qū)圖等，可以利用地理信息系統(tǒng)的空間、屬性數(shù)據(jù)分析處理功能被制作出來。屬性數(shù)據(jù)主要包括桉樹枝癭姬小蜂預(yù)測(cè)和防治檔案信息。312 GIS管理模塊GIS管理模塊主要包括：地圖編輯功能、視圖管理、圖層管理、縮微圖功能、圖例顯示功能、標(biāo)注功能、根本屬性瀏覽功能

13、、專題圖制作功能和地圖輸出功能等。地圖編輯功能：可以在GIS圖上對(duì)圖形進(jìn)行編輯，能刪除、增加圖形等功能；視圖管理功能：可進(jìn)行開窗放大、開窗縮小、漫游、可以刷新，可按照特定比例顯示、可以指定空間范圍進(jìn)行視窗定位；圖層管理功能：可進(jìn)行圖層控制，可顯示或隱藏所選擇的圖層，可以設(shè)置各個(gè)圖層的編輯狀態(tài)、捕捉狀態(tài)，可以設(shè)置各個(gè)圖層顯示風(fēng)格等功能；圖例顯示功能：標(biāo)識(shí)地圖中各類地理要素所代表的意義；桉樹枝癭姬小蜂分布標(biāo)注功能：根據(jù)桉樹枝癭姬小蜂危害程度、樹木種類、分布區(qū)等在圖上進(jìn)行標(biāo)注，形成桉樹枝癭姬小蜂監(jiān)測(cè)預(yù)警專題圖層；專題圖制作功能：可以根據(jù)其危害的區(qū)域范圍、桉屬植物種類、危害程度等信息自動(dòng)生成各種桉樹枝

14、癭姬小蜂專題圖，如某地區(qū)桉樹枝癭姬小蜂危害高發(fā)區(qū)域圖；地圖輸出功能：主要包括地圖打印、專題圖外網(wǎng)發(fā)布等功能。313 預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)測(cè)報(bào)人員通過在前端瀏覽器中選擇或輸入變量并提交，在效勞器端就能自動(dòng)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)、模型和方法進(jìn)行邏輯運(yùn)算，對(duì)害蟲的發(fā)生情況進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，然后將測(cè)報(bào)結(jié)果返回前端，測(cè)報(bào)人員就能掌握害蟲的發(fā)生情況33 GPS技術(shù)應(yīng)用GPS在病蟲害動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用主要表達(dá)在災(zāi)害點(diǎn)的定位、測(cè)面積、損失計(jì)算、輔助遙感數(shù)據(jù)處理與信息提取、數(shù)據(jù)更新及監(jiān)測(cè)路線導(dǎo)航等。采用GPS進(jìn)行災(zāi)害點(diǎn)的定位、測(cè)面積、損失計(jì)算，精確度高，平安性強(qiáng)，能夠?qū)崟r(shí)、快速、準(zhǔn)確地測(cè)定災(zāi)害點(diǎn)位置和危害范圍。桉樹枝癭姬小蜂危害

15、預(yù)測(cè)和控制，不僅要在數(shù)量上和發(fā)生時(shí)間上，而且要在空間位置上掌握其發(fā)生開展情況。空間定位是否準(zhǔn)確，直接影響到桉樹枝癭姬小蜂發(fā)生面積確實(shí)定和控制方案的制定。4、問題與展望。3S技術(shù)在林業(yè)中的應(yīng)用過去已取得了一定的成就，但大多是單項(xiàng)的RS、GIS或GPS的應(yīng)用，而3S集成的應(yīng)用較少，3S一體化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和潛力還沒有得到充分的發(fā)揮，原因主要有:(1)可獲取衛(wèi)片資料多，如AVHRR、TM、SPOT SAR、IKONOS等，但適合研究用的高分辨率圖片價(jià)格太高。象IKONOS，它的空間分辨率完全可以與航空像片媲美，可目前價(jià)格又太高。(2)GPS定位過程中易受林區(qū)高大喬木或特殊地形的遮蔽，使得衛(wèi)星信號(hào)受到干擾

16、，導(dǎo)致定位精度降低，空間定位精度有待提高。(3)現(xiàn)階段遙感圖像解譯技術(shù)相對(duì)成熟，但遙感圖片信息豐富，目前用于林業(yè)有害生物的預(yù)警和控制各項(xiàng)研究挖掘工作還不夠。建議：1開展中國(guó)的對(duì)地觀測(cè)小衛(wèi)星技術(shù)和機(jī)載遙感集成平臺(tái)技術(shù)，以便為國(guó)內(nèi)用戶提供時(shí)效性強(qiáng)、分辨率高，價(jià)格廉價(jià)的遙感信息源；2提高遙感分類精度，進(jìn)行多維信息復(fù)合分析，加快3s的集成和綜合運(yùn)用；3加強(qiáng)林業(yè)遙感圖像處理，圖像分類技術(shù)的研究，最大限度的提取出有用的專題信息；4面對(duì)復(fù)雜的森林資源、森林環(huán)境等問題，單純依靠遙感信息或者單純依靠地面資料都不能很好地滿足需要。如何實(shí)現(xiàn)RS、GPS等多源信息的有效融合，并借助GIS工具實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資料的自動(dòng)更新，研

17、究與3S技術(shù)緊密銜接的軟件推動(dòng)一體化進(jìn)程。參考文獻(xiàn)：【1】周立森林蟲害監(jiān)測(cè)與防治綜合管理系統(tǒng)中3s集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)林業(yè)資源管理，1999(1)：5962【2】武紅敢，石進(jìn)松毛蟲災(zāi)害的TM影像監(jiān)測(cè)技術(shù)遙感學(xué)報(bào)，2004，8(2)：172177【3】崔恒建，武紅敢，喬彥友，等馬尾松毛蟲災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)模型的建立生物數(shù)學(xué)學(xué)報(bào)，1997，12(5)：611-616【4】武紅智，陳改英基于GIS的馬尾松毛蟲災(zāi)害空間擴(kuò)散規(guī)律分析遙感學(xué)報(bào)，2004，8(5)：475480?！?】劉書華，楊曉紅。蔣文科，等基于GIS的農(nóng)作物病蟲害防治決策支持系統(tǒng)農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)?！?】安樹杰應(yīng)用遙感與GIS的松材線蟲病預(yù)測(cè)模型的研究北京：北京林業(yè)大學(xué)，200615【7】劉震宇廣州市松材線蟲病管理信息系統(tǒng)研建湖南：中南林學(xué)院碩士學(xué)位論文，200419張志誠(chéng)，牛海山，黃保續(xù)，等基于GIS的中國(guó)松樹萎蔫病發(fā)生的適應(yīng)性評(píng)價(jià)蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005， (10)：27-32FranklinSClassification of Hemlock Looper defoliation usingS