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雷达点亮印尼林业制图之路

2013-08-25来源:中国林业网

2010年为了加强对本国森林资源的管理,印尼在评价现有森林状况、建立长效监控机制过程中使用了一种创新技术——机载雷达技术(LiDAR)。政府部门、商业林业管理者以及非政府组织机构在降低由森林砍伐和森林退化带来的排放量(REDD)的过程中会遇到种种困难和挑战,该技术对于克服这些困难和挑战具有举足轻重的作用。机载雷达的飞行器飞行高度比森林最高冠层还要高七百五十米,飞行速度约200km/h,因此,该技术具备快速收集高精度森林三维信息的能力。

LiDAR(Light Detection and Ranging)量算距离或范围的工作原理是:机载雷达传感器发出一连串脉冲,然后记录返回脉冲,根据光速将脉冲的往返时间转换成距离。

机载雷达的测量环境是3维(X,Y,Z)环境。当机载雷达系统从机载平台(如固定机翼的飞机或者直升机)往下测量时,系统就能以厘米级的精度绘制出地面、土地覆盖、地面结构(植被、建筑物、电线等)现状。

目前的系统每秒可获取超过100,000条的脉冲,一天内可覆盖10,000公顷的面积。其分辨率和精度与摄影测量相似(但高于卫星数据精度),可保证完整、精确的测量。

LiDAR的另一优点是其测量环境是三维环境。即使激光脉冲不能穿透植被,有些激光还可以穿过树冠间很小的间隙到达地面。每条发射出去的脉冲到达地面之后,就会产生大于一条的“返回”脉冲——如从树冠顶部、树杈、树次冠以及地面。

机载雷达测量可以生成高度详细的地面地图,并可以提供附加信息,包括树冠高度、郁闭度、水文流向和坡度等。相比之下,利用卫星数据就不能解析这些类型的详细信息,同样不能应用于精确监控林分结构和健康状况。森林监控应用考虑的另一方面是激光数据的高像解率和精度带来的可追溯性和可重复性的测量,这对任何实时监控而言都是无价的,如MRV(测量、记录和评价)。

机载雷达测量为印尼林业带来很多益处,包括快速创建精确的遥远森林的3D地图。这样就免去了工作人员几天或几周的实地考察完成地面测绘带来的挑战和成本。此外,事实证明机载雷达测量精度更高,能够避免实地测量中的很多难题。

值得注意的是:国际REED计划并不是影响印尼林业的唯一因素。热带森林基金会(TFF)——致力于建立持续林业,保护热带森林的国际性非盈利教育组织——通过建立示范模型以及开设培训课程展示可持续林业管理的优点和原则。目前,该组织已获得了广泛的认可。TFF的区域计划和减少圆木砍伐影响计划(RIL)的推广和培训内容相似。RIL计划由降低工业木材供应对环境影响的相关技术和措施组成。

TFF在关于RIL标准的文档中描述道:“在最近几十年,人们已经认识到合理规划收获作业,恰当应用新技术能够明显减少传统伐木工作对热带地区带来的危害。”

良好的收获作业规划包括:提前收获,保护水文功能,规划、建设和维护道路、着陆以及滑行道,认定和保护重要的文化和环境特征。这些活动都能对总体作业产生积极的影响。

为了制定可行的收获规划,森林的管理者必须掌握即将作业的森林信息。这就是为什么LiDAR技术可以为RIL展示出如此光明的前景。使用LiDAR进行测量,就会得到如下的成果:

高精度的数字地面或者地形地图,基于此可以得到1m的高程线和坡度信息;

森林的表面图;

树高地图,包括每棵树的编号、定位和量测;

水文流向图,方便溪流和水道的设计。

RIL证实了森林作业能够进一步促进印尼二氧化碳排放量的减少,因为事实证明道路、滑行道数量的减少以及圆木甲板的大小对降低项目碳排放有积极的影响。

目前已经初步证明了LiDAR数据可以以高效、低成本的方式针对现有森林状况进行测量。树冠郁闭度图记录了树冠之间存在的空隙,这在MRV和森林认定活动中实时监控森林变化方面十分有用。

Credent Technology及其合作伙伴继续在LiDAR数据研究以及数据处理方法和软件方面进行投资,争取为后继的管理者提供所需的数据类型。2010年加里曼丹推进了LiDAR数据采集计划,加强激光雷达技术在热带雨林的应用,主要包括:

数据采集战略:标定飞行器收集参数(如:点密度、激光强度、类似垂直飞行线的飞行方向),加强激光穿透冠层、叶子的能力,更加真实地测量热带雨林的类型。

加强与地面点的联系。加强从LiDAR数据集中快速、准确地提取潜在信息的能力。再者,加强自动探测林木密集位置和大小的能力,这在生物量估算过程中非常有用。

将LiDAR测量的结果和基于卫星影像的建模联系起来,使更多的REED区域得益于LiDAR测量。免去以往测量需要100%覆盖的成本,提高解决方案的能力。

过去一年对机载雷达测量的研究可以帮助REED组织的努力取得更好的成果,支持管理者制定的森林保护措施。2011年Credent Technology及其合作伙伴将会进行另外的研究,旨在提高LiDAR信息的质量和获取数据的自动化程度。毫无疑问,对森林和地面进行快速准确的三维制图为印尼的森林资源管理者提供了更多的机会