1、森林资源信息管理技术2本章主要内容：本章主要内容： 介绍森林资源信息管理中的常用技术：介绍森林资源信息管理中的常用技术： 森林资源信息获取方式和技术；森林资源信息获取方式和技术； 森林资源原始数据的储存和再组织以及数据库与数据森林资源原始数据的储存和再组织以及数据库与数据仓库、数据挖掘等数据储存与组织技术仓库、数据挖掘等数据储存与组织技术 森林资源空间数据的组织方式，森林资源空间数据的组织方式，3S3S技术等森林资源空技术等森林资源空间信息管理技术；间信息管理技术； 森林资源多媒体信息管理技术；森林资源多媒体信息管理技术； 森林资源数据共享的方式，网络技术等森林资源信息森林资源数据共享的方式，
2、网络技术等森林资源信息传输技术；传输技术； 森林资源知识与知识管理方式、方法、技术等内容。森林资源知识与知识管理方式、方法、技术等内容。3 从信息载体上划分有从信息载体上划分有 文本、文本、 数值、数值、 图形、图形、 图像等多种媒体的信息；图像等多种媒体的信息；从信息源划分有从信息源划分有 来自地面调查的信息、来自地面调查的信息、 有来自航空航天遥感信息、有来自航空航天遥感信息、 有来自基础地理数据库的图形和属性信息等，有来自基础地理数据库的图形和属性信息等，从时间上划分有从时间上划分有 过去的、过去的、 现在的现在的 和未来的信息等。和未来的信息等。现阶段主要有地面调查、遥感获取和全球定位
3、。现阶段主要有地面调查、遥感获取和全球定位。44 现代森林资源及其环境管理对信息的基本要求有：现代森林资源及其环境管理对信息的基本要求有：l l 信息时态：过去、现状、未来信息时态：过去、现状、未来l l 信息范围：点、线（带）、面、域信息范围：点、线（带）、面、域l l 信息载体：文本、数值、图形、图像、声音信息载体：文本、数值、图形、图像、声音l l 信息质量：综合、动态、最小新度信息质量：综合、动态、最小新度l l 表现方式：个体与总体表现方式：个体与总体56现阶段森林资源管理所需要的数据主要有三类：现阶段森林资源管理所需要的数据主要有三类：1 1、基本情况数据、基本情况数据 1)1)自
4、然条件自然条件 森林经营对象的自然环境：行政及地理位置、林区森林经营对象的自然环境：行政及地理位置、林区走势（山脉、海拔、坡度等）、地质结构、土壤类型、走势（山脉、海拔、坡度等）、地质结构、土壤类型、河流状况、森林分布、农林牧比例、生态平衡等河流状况、森林分布、农林牧比例、生态平衡等 自然因素（气象、气候、河川水系、地质土壤、植自然因素（气象、气候、河川水系、地质土壤、植物动物等），及其与森林分布、发生、发展和消减之物动物等），及其与森林分布、发生、发展和消减之间的平衡关系间的平衡关系 72)2)经济条件经济条件 当地国民经济发展的方针和远景规划，林业在其中的地位和任当地国民经济发展的方针和远
5、景规划，林业在其中的地位和任务务 当地的农、林、牧、副、渔各业生产情况，以及与林业的关系当地的农、林、牧、副、渔各业生产情况，以及与林业的关系 当地工业生产情况及其对林业发展的需求当地工业生产情况及其对林业发展的需求 森林与生态环境的关系（水土保持、涵养水源、防治风沙、风森林与生态环境的关系（水土保持、涵养水源、防治风沙、风景保护等）景保护等） 当地土地利用规划的资料当地土地利用规划的资料 当地交通运输情况，与发展林业的关系当地交通运输情况，与发展林业的关系 当地人口密度，以及当地机关、企业情况，各种生活自用材、当地人口密度，以及当地机关、企业情况，各种生活自用材、薪炭材的需要情况和可供林业劳
6、动力的情况薪炭材的需要情况和可供林业劳动力的情况 林权情况和存在问题林权情况和存在问题8 3) 3)经营史经营史 森林经营机构的变动森林经营机构的变动 过去的森林经营工作过去的森林经营工作 过去森林采伐情况过去森林采伐情况 森林更新情况森林更新情况 森林抚育情况森林抚育情况 林分改造工作林分改造工作 森林保护工作森林保护工作 林副产品利用情况林副产品利用情况 森林对环境的影响森林对环境的影响 林区基本建设林区基本建设 企业管理情况企业管理情况9 2 2、森林资源调查数据、森林资源调查数据 1)1)一类调查（全国森林资源清查）一类调查（全国森林资源清查） 区域：省（市、区）等行政区域；企业局（国
7、有林区与林业局、区域：省（市、区）等行政区域；企业局（国有林区与林业局、集体林区与县）；其它行政单位或自然区划单位；集体林区与县）；其它行政单位或自然区划单位； 目的：编制全国、省（市、区）、大林区各种林业计划、预测目的：编制全国、省（市、区）、大林区各种林业计划、预测趋势趋势 内容：面积、蓄积量、各林种和各类型森林的比例，以及生长、内容：面积、蓄积量、各林种和各类型森林的比例，以及生长、枯损、更新、采伐情况等枯损、更新、采伐情况等 2)2)二类调查（规划设计调查）二类调查（规划设计调查） 区域：国营林业局、场、县（旗），并落实到森林经营活动的区域：国营林业局、场、县（旗），并落实到森林经营活
8、动的基本单位小班基本单位小班 目的：编制森林经营方案、总体设计、县级林业区划、规划、目的：编制森林经营方案、总体设计、县级林业区划、规划、基地造林规划基地造林规划 内容：各地类小班的面积、蓄积量、生长量、枯损量调查；立内容：各地类小班的面积、蓄积量、生长量、枯损量调查；立地条件和生态条件的调查；有关自然、历史、经济、经营等条件地条件和生态条件的调查；有关自然、历史、经济、经营等条件的专业调查的专业调查 103)3)三类调查（作业设计调查）三类调查（作业设计调查） 区域：基层林业单位区域：基层林业单位 目的：满足伐区设计、造林设计、抚育采伐设计、目的：满足伐区设计、造林设计、抚育采伐设计、林分改
9、造林分改造 内容：查清一个伐区内、或一个抚育、改造林分范内容：查清一个伐区内、或一个抚育、改造林分范围内的森林资源数量、出材量、生长状况、结构规律围内的森林资源数量、出材量、生长状况、结构规律等等113 3、专业调查数据、专业调查数据 1)1)设置标准地与选择标准木、解析木设置标准地与选择标准木、解析木 2)2)生长量调查生长量调查 3)3)立地条件调查立地条件调查4)4)其它调查（消耗量调查、出材量调查、抚育采伐调查、其它调查（消耗量调查、出材量调查、抚育采伐调查、低产林改造调查、森林保护调查、森林更新调查、母低产林改造调查、森林保护调查、森林更新调查、母树林及苗圃调查、林副产品调查、森林开
10、发运输踏勘、树林及苗圃调查、林副产品调查、森林开发运输踏勘、野生动物资源调查、林业经济调查等）野生动物资源调查、林业经济调查等）这些数据主要包括文本、数值、图形和图像信息，还包这些数据主要包括文本、数值、图形和图像信息，还包括一部分视频、音频信息。括一部分视频、音频信息。12 前面给出了森林资源管理所需要的多种数据，这些数据前面给出了森林资源管理所需要的多种数据，这些数据类型不同、来源不同，获取的方式方法也不相同。类型不同、来源不同，获取的方式方法也不相同。1 1、 基本情况调查基本情况调查 搜集当地的已有调查、观测材料；询问当地的技术搜集当地的已有调查、观测材料；询问当地的技术人员、居民；对
11、重点项目和因素的调查，可采取组织人员、居民；对重点项目和因素的调查，可采取组织专业调查组的方式进行现场观测。专业调查组的方式进行现场观测。13 2 2、 森林资源调查森林资源调查是一种林分调查，可以采用：是一种林分调查，可以采用： 1)1)目测调查法目测调查法 2)2)标准地调查法标准地调查法 3)3)角规调查法角规调查法 4)4)目（实）测调查与抽样调查相结合目（实）测调查与抽样调查相结合 5)5)回归估计法回归估计法 航空像片判读与地面实测蓄积量的回归估计法航空像片判读与地面实测蓄积量的回归估计法 利用航空像片对小班林地进行调查与地面实测蓄积量的回归估利用航空像片对小班林地进行调查与地面实
12、测蓄积量的回归估计法计法 利用地形图、林相图或其它图进行现地林班区划测量，以及小利用地形图、林相图或其它图进行现地林班区划测量，以及小班林地目测调查与小班实测蓄积量的回归估计法班林地目测调查与小班实测蓄积量的回归估计法3 3、专业调查、专业调查 在以上的调查过程中手工或通过各种辅助工具得到相关数据。在以上的调查过程中手工或通过各种辅助工具得到相关数据。 14所谓遥感技术（所谓遥感技术（Remote Sensing）是指不接触物体而探）是指不接触物体而探测物体有关信息的技术测物体有关信息的技术 传统监测和调查方法速度慢、周期长，采集、汇总、上报耗费时间多，数据滞后于变化过程，所获结果信息已失去现
13、势性，难于及时、全面地反映生态环境变化 遥感，以其观察地域的广泛性，时空的连续性，较高的空间分辨率和宽的光谱范围，可提供丰富的地物信息，弥补常规资料的不足，提供对自然资源与环境的宏观、综合、动态和快速观测，有效地获取各类统计及分析数据，较为客观地了解资源与环境现状和变化 151 1、遥感的基本原理、遥感的基本原理遥感是通过非直接接触来判定、测量并分析目标性质的遥感是通过非直接接触来判定、测量并分析目标性质的技术。任何地物都具有发射、反射和吸收电磁波的性技术。任何地物都具有发射、反射和吸收电磁波的性质，而不同类型的地物反射与发射电磁波能量的大小质，而不同类型的地物反射与发射电磁波能量的大小不同，
14、同一类型的地物在不同时间反射与发射电磁波不同，同一类型的地物在不同时间反射与发射电磁波能量的大小也不同。遥感的基本原理就是通过分析传能量的大小也不同。遥感的基本原理就是通过分析传感器采集到的某一时间、某一区域内地物的平均电磁感器采集到的某一时间、某一区域内地物的平均电磁波辐射水平数值，按其值大小与变化规律来有效地识波辐射水平数值，按其值大小与变化规律来有效地识别地物。目标地物是遥感的信息源，而目标地物电磁别地物。目标地物是遥感的信息源，而目标地物电磁波的相互作用所构成的目标地物的电磁波特性，就是波的相互作用所构成的目标地物的电磁波特性，就是遥感探测的依据。遥感探测的依据。161) 1) 航空遥
15、感应用航空遥感应用2) 2) 航天遥感应用航天遥感应用17GPS技术是一种利用卫星进行定位、导航、测量的技术。技术是一种利用卫星进行定位、导航、测量的技术。GPS（Global Positioning System）是美国第二代卫星导）是美国第二代卫星导航系统，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航航系统，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力。全球定位系统由空间部分、地面监控部与定位能力。全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。分和用户接收机三大部分组成。 18应用实例一：测定森林分布区域应用实例一：测定森林分布区域美国林业局是根据林区的面积和区内树木的密度来
16、销售木材。对所美国林业局是根据林区的面积和区内树木的密度来销售木材。对所售木材面积的测量闭合差必须小于售木材面积的测量闭合差必须小于1%1%。在一块用经纬仪测量过面。在一块用经纬仪测量过面积的林区，采用积的林区，采用GPSGPS沿林区周边及拐角处进行了沿林区周边及拐角处进行了GPSGPS定位测量并进定位测量并进行偏差纠正，得到的结果与已测面积误差为行偏差纠正，得到的结果与已测面积误差为0.03%0.03%，这一，这一 实验证实验证明了测量人员只要利用明了测量人员只要利用GPSGPS技术和相应的软件沿林区周边使用直升技术和相应的软件沿林区周边使用直升飞机就可以对林区的面积进行测量。过去测定所出售
17、木材的面积飞机就可以对林区的面积进行测量。过去测定所出售木材的面积要求用测定面积的各拐角和沿周边测量两种方法计算面积，要求用测定面积的各拐角和沿周边测量两种方法计算面积， 使用使用GPSGPS进行测量时，沿周边每点上都进行了测量，而且测量的精度很进行测量时，沿周边每点上都进行了测量，而且测量的精度很高很可靠。高很可靠。应用实例二：应用实例二： GPSGPS技术用于森林防火技术用于森林防火利用实时差分利用实时差分GPS技术，美国林业局与加里弗尼亚的喷气推进器实验技术，美国林业局与加里弗尼亚的喷气推进器实验室共同制定了室共同制定了“FRIREFLY”计划。它是在飞机的环动仪上安装热红计划。它是在飞
18、机的环动仪上安装热红外系统和外系统和GPS接收机，接收机， 使用这些机载设备来确定火灾位置，并迅使用这些机载设备来确定火灾位置，并迅速向地面站报告。另一计划是使用直升飞机或轻型固定翼飞机沿速向地面站报告。另一计划是使用直升飞机或轻型固定翼飞机沿火灾周边飞行并记录位置数据，在飞机降落后对数据进行处理并火灾周边飞行并记录位置数据，在飞机降落后对数据进行处理并把火灾的周边绘成图形，以便进一步采取消除森林火灾的措施。把火灾的周边绘成图形，以便进一步采取消除森林火灾的措施。 19数据库技术、数据仓库和数据挖掘技术数据库技术、数据仓库和数据挖掘技术 20略略21数据仓库是基于数据库技术和网络技术的发展，专
19、为支数据仓库是基于数据库技术和网络技术的发展，专为支持管理决策而设计的一种关系型数据库管理系统。持管理决策而设计的一种关系型数据库管理系统。 221) 1) 数据仓库的特点：数据仓库的特点：l l 面向主题：主题是一个在较高层次将数据归类的标准，每一面向主题：主题是一个在较高层次将数据归类的标准，每一个主题对应一个宏观的分析领域。个主题对应一个宏观的分析领域。l l 集成性：数据仓库中的数据来自不同的数据库，在数据进入集成性：数据仓库中的数据来自不同的数据库，在数据进入数据仓库之前，必须经过数据加工和集成，这是建立数据仓库的数据仓库之前，必须经过数据加工和集成，这是建立数据仓库的关键步骤，首先
20、要统一原始数据中的矛盾之处，还要将原始数据关键步骤，首先要统一原始数据中的矛盾之处，还要将原始数据结构做一个从面向应用向面向主题的转变。结构做一个从面向应用向面向主题的转变。l l 数据稳定性：数据仓库的主要数据操作是查询、分析，不进数据稳定性：数据仓库的主要数据操作是查询、分析，不进行一般意义上的数据更新。数据仓库反映的是历史数据的内容，行一般意义上的数据更新。数据仓库反映的是历史数据的内容，数据经加工和集成进入数据仓库后是极少或根本不修改的；数据数据经加工和集成进入数据仓库后是极少或根本不修改的；数据仓库强化查询、淡化并发控制和完整性保护等技术。仓库强化查询、淡化并发控制和完整性保护等技术
21、。l l 随时间变化：数据仓库是不同时间的数据集合，它要求数据随时间变化：数据仓库是不同时间的数据集合，它要求数据仓库中的数据保存时限能满足进行决策分析的需要，而且数据仓仓库中的数据保存时限能满足进行决策分析的需要，而且数据仓库中的数据都要标明该数据的历史时期。库中的数据都要标明该数据的历史时期。l l 数据量庞大：数据仓库是多维的，数据仓库的数据量一般都数据量庞大：数据仓库是多维的，数据仓库的数据量一般都很大，一般为数百兆，甚至可以到很大，一般为数百兆，甚至可以到TBTB级。级。23 数 据 仓 库 森 林 资 源 类 数 据 库 社 会 经 济 类数 据 库 添 加 1999 年人 均 收
22、 入 数 据 修 改 2000 年科 技 人 员 数 增 加 2000 年R S 图 像 2000 年 木 材消 耗 数 据 常 规 数 据 库 森 林 资 源 管 理决 策 信 息 木 材 增 长 趋 势如 何 ？ 可 持 续 度 怎样 ？ 覆 盖 率 增 大 对环 境 变 化 ？ 用 于 决 策 的 特 殊格 式 的 数 据 库 数 据 挖 掘 工 具 242) 2) 数据仓库的结构组成数据仓库的结构组成数据仓库主要由数据源、数据仓库、业务数据仓库、数数据仓库主要由数据源、数据仓库、业务数据仓库、数据分析与报表、数据管理、元数据管理、传输和基础据分析与报表、数据管理、元数据管理、传输和基础
23、结构几部分构成。结构几部分构成。3) 3) 联机分析处理联机分析处理联机分析处理（联机分析处理（on-line analytical processing, OLAPon-line analytical processing, OLAP）是用来存储和传送数据仓库信息的程序集合。是针对是用来存储和传送数据仓库信息的程序集合。是针对特定问题的联机访问和分析。通过对信息的很多种可特定问题的联机访问和分析。通过对信息的很多种可能的观察形式进行快速、稳定一致和交互性的存取，能的观察形式进行快速、稳定一致和交互性的存取，允许分析人员对数据进行深入观察。允许分析人员对数据进行深入观察。4) 4) 数据集市（
24、数据集市（Data MartData Mart）数据集市是数据仓库的一个子集。是为满足用户特定需数据集市是数据仓库的一个子集。是为满足用户特定需求而创建的特定的、面向部门的小型数据仓库。求而创建的特定的、面向部门的小型数据仓库。25数据仓库系统包括数据仓库、数据仓库管理系统和数据仓库工具。数据仓库系统包括数据仓库、数据仓库管理系统和数据仓库工具。其中，数据仓库为数据仓库系统的核心，是信息挖掘的基础；数其中，数据仓库为数据仓库系统的核心，是信息挖掘的基础；数据仓库管理系统是整个系统的引擎，负责管理整个系统的运转；据仓库管理系统是整个系统的引擎，负责管理整个系统的运转；数据仓库工具是整个系统发挥作
25、用的关键，包括一般的查询工具数据仓库工具是整个系统发挥作用的关键，包括一般的查询工具和功能强大的分析工具。数据仓库系统以数据仓库为核心，通过和功能强大的分析工具。数据仓库系统以数据仓库为核心，通过数据分析与报表模块的查询和分析工具数据分析与报表模块的查询和分析工具(OLAP(OLAP、决策分析、数据挖、决策分析、数据挖掘掘) )完成对信息的提取，以满足决策的需要。完成对信息的提取，以满足决策的需要。6) 6) 元数据（元数据（MetadataMetadata）元数据是关于数据的数据（元数据是关于数据的数据（data about datadata about data）或者是可以使无序的）或者是
26、可以使无序的领域信息变得有序的关于数据的结构化数据（领域信息变得有序的关于数据的结构化数据（structured data structured data about that imposes order on a disordered information about that imposes order on a disordered information universeuniverse）。元数据包含了对系统自身有用的各种对象的细节信）。元数据包含了对系统自身有用的各种对象的细节信息。其实元数据对我们并不陌生，息。其实元数据对我们并不陌生，WindowsWindows中的注册表，数据
27、库所中的注册表，数据库所必须的一些系统表和视图都可算是元数据。必须的一些系统表和视图都可算是元数据。 26元数据业务元数据技术元数据构造元数据建立元数据模型元数据管理系统27 随着数据库及其管理系统的广泛应用，全球范围内随着数据库及其管理系统的广泛应用，全球范围内数据库存储的数据量急剧增长。拿全球资源信息数据库数据库存储的数据量急剧增长。拿全球资源信息数据库GRIDGRID为例，它将通过各种方法搜集来的一切有关资源与为例，它将通过各种方法搜集来的一切有关资源与环境的数据分别存储在世界各地的数据库中，至今已形环境的数据分别存储在世界各地的数据库中，至今已形成了海量的数据。面对如此海量的数据，我们
28、如何才能成了海量的数据。面对如此海量的数据，我们如何才能从中获取我们所需要的信息正在成为一个知识热点。数从中获取我们所需要的信息正在成为一个知识热点。数据挖掘据挖掘(Data Mining)(Data Mining)正是一种从信息中发现知识的技术，正是一种从信息中发现知识的技术，也称数据库中的知识发现也称数据库中的知识发现(Knowledge Discovery in (Knowledge Discovery in DatabaseDatabase， KDD)KDD)。28291 1、数据挖掘所能发现的典型知识主要包括：、数据挖掘所能发现的典型知识主要包括：1) 1) 关联规则关联规则(Ass
29、ociation rule)(Association rule) 所谓关联规则所谓关联规则, ,是指数据对象之间的相互依赖关系是指数据对象之间的相互依赖关系, ,而发现规则而发现规则的任务就是从数据库中发现那些确信度的任务就是从数据库中发现那些确信度(Confidence)(Confidence)和支持度和支持度(Support)(Support)都大于给定值的强壮规则。都大于给定值的强壮规则。2 2）分类）分类(Classification)(Classification) 分类是最基本的一种认知形式。数据分类就是对数据库中的每分类是最基本的一种认知形式。数据分类就是对数据库中的每一类数据，
30、挖掘出关于该类数据的描述或模型，在数据挖掘中一类数据，挖掘出关于该类数据的描述或模型，在数据挖掘中, ,分类分类算法的研究成果较多，常用的数据分类算法有算法的研究成果较多，常用的数据分类算法有CARTCART、C45C45、ID3ID3、SLIQSLIQ、KnnKnn、GA-KnnGA-Knn等。等。3) 3) 聚类聚类(Clustering)(Clustering) 聚类分析和分类分析是一个互逆的过程。聚类分析是通过分析聚类分析和分类分析是一个互逆的过程。聚类分析是通过分析数据库中的记录数据，根据一定的分类规则，合理地划分记录集合，数据库中的记录数据，根据一定的分类规则，合理地划分记录集合，
31、确定每个记录所在类别。它所采用的分类规则是由聚类分析工具决确定每个记录所在类别。它所采用的分类规则是由聚类分析工具决定的。类分析的方法很多，其中包括系统聚类法、分解法、加入法、定的。类分析的方法很多，其中包括系统聚类法、分解法、加入法、动态聚类法、模糊聚类法、运筹方法等。采用不同的聚类方法，对动态聚类法、模糊聚类法、运筹方法等。采用不同的聚类方法，对于相同的记录集合可能有不同的划分结果。于相同的记录集合可能有不同的划分结果。302 2、数据挖掘分析方法、数据挖掘分析方法 数据挖掘的技术方法很多数据挖掘的技术方法很多, ,主要包括主要包括: :统计分析方法、统计分析方法、遗传算法、粗集方法、决策
32、树、人工神经网络、模糊逻遗传算法、粗集方法、决策树、人工神经网络、模糊逻辑、规则归纳、聚类分析和模式识别、最近邻技术、可辑、规则归纳、聚类分析和模式识别、最近邻技术、可视化技术等。视化技术等。31 森林资源的空间性决定了森林资源数据的空间性。森林资源的空间性决定了森林资源数据的空间性。因此，森林资源信息管理过程中要获取、组织和管理大因此，森林资源信息管理过程中要获取、组织和管理大量具有空间特性的数据和信息。空间信息管理技术是森量具有空间特性的数据和信息。空间信息管理技术是森林资源信息管理的关键技术之一。而空间信息管理技术林资源信息管理的关键技术之一。而空间信息管理技术的核心是的核心是地理信息系
33、统。 32 森林资源及其管理的空间性，是指为实现森林资源森林资源及其管理的空间性，是指为实现森林资源可持续发展的目标，对森林资源的空间结构进行控制和可持续发展的目标，对森林资源的空间结构进行控制和调整的属性。它是森林资源及其管理的重要特性。包括调整的属性。它是森林资源及其管理的重要特性。包括空间差异性和空间协同性。 331 1、森林资源及其管理的森林资源及其管理的空间差异性空间差异性 森林资源及其管理必须反映和分析区域中各种资源、森林资源及其管理必须反映和分析区域中各种资源、环境和经济要素的空间分布及发展规律，同时协调它们环境和经济要素的空间分布及发展规律，同时协调它们之间的关系，使得经济发展
34、、资源有效利用、环境的合之间的关系，使得经济发展、资源有效利用、环境的合理保护以及人口适度增长等能够相互制约和统一。由于理保护以及人口适度增长等能够相互制约和统一。由于区域之间自然环境不同、发展水平不同，空间结构表现区域之间自然环境不同、发展水平不同，空间结构表现出较大差异；即使是有较相似环境的某一区域内部，也出较大差异；即使是有较相似环境的某一区域内部，也会由于自身多层次、多要素的不同组合表现出一定程度会由于自身多层次、多要素的不同组合表现出一定程度的区域内部差异。森林资源及其管理要针对区域之间和的区域内部差异。森林资源及其管理要针对区域之间和区域内部空间结构的不同，通过管理活动，谋求区域发
35、区域内部空间结构的不同，通过管理活动，谋求区域发展。展。342 2、森林资源及其管理的、森林资源及其管理的空间协同空间协同 所谓所谓森林资源及其管理的森林资源及其管理的空间协同即空间协同即森林资源及森林资源及其管理的其管理的区域协同，是指在不同管理区域内，不因对区域协同，是指在不同管理区域内，不因对森林生态系统的开发利用不当，导致虽然在本区域内森林生态系统的开发利用不当，导致虽然在本区域内维持了基本生态过程及环境服务，却损害和削弱了森维持了基本生态过程及环境服务，却损害和削弱了森林生态系统满足其它区域的需求。区域协同是可持续林生态系统满足其它区域的需求。区域协同是可持续发展在空间尺度上区际间公
36、平性的一种体现。发展在空间尺度上区际间公平性的一种体现。 35森林资源空间数据是指森林资源的数据中森林资源空间数据是指森林资源的数据中描述空间特征部分的数据，即，即空间位置、形状、大小以及相互关系的数据空间位置、形状、大小以及相互关系的数据。 森林资源具有一定的空间结构。森林资源空间结构的要素包森林资源具有一定的空间结构。森林资源空间结构的要素包括点、线、面和网络，这些要素经过数字化后便可通过地理信括点、线、面和网络，这些要素经过数字化后便可通过地理信息系统进行点、线、面和网络的大小、面积、形状及其质心的息系统进行点、线、面和网络的大小、面积、形状及其质心的量算和确定（对于面、线状图，量算和确
37、定（对于面、线状图，GISGIS可以根据其算法规则自动可以根据其算法规则自动进行面积值或线长度的量算、位置的确定，并自动填入相应的进行面积值或线长度的量算、位置的确定，并自动填入相应的属性数据库中。如对林相图中的每个小班，可以求其面积）。属性数据库中。如对林相图中的每个小班，可以求其面积）。森林资源空间数据可以用来分析评价森林资源的空间状态和空森林资源空间数据可以用来分析评价森林资源的空间状态和空间过程，并根据各项分析指标进行森林资源内部结构合理程度间过程，并根据各项分析指标进行森林资源内部结构合理程度即现有状态的评价、森林资源动态演变的评价以及在整个区域即现有状态的评价、森林资源动态演变的评
38、价以及在整个区域中森林资源的经济价值、社会价值、生态环境价值的评价。中森林资源的经济价值、社会价值、生态环境价值的评价。36 森林资源空间数据的组织是采用森林资源空间数据的组织是采用地理信息系统和数据库管理系地理信息系统和数据库管理系统相结合统相结合的方式完成的。的方式完成的。 大量的图形数据，如大量的图形数据，如行政区划图、资源分布图，林相图、地形行政区划图、资源分布图，林相图、地形图、区划图、林班图、小班图、土地类型图、水系图图、区划图、林班图、小班图、土地类型图、水系图等都是利用地等都是利用地理信息系统进行组织的。地理信息系统将这些图形数据以图形文件理信息系统进行组织的。地理信息系统将这
39、些图形数据以图形文件或地理信息数据库的形式进行组织管理。而那些与图形相关的各种或地理信息数据库的形式进行组织管理。而那些与图形相关的各种属性数据则是通过数据库管理系统进行组织的。森林资源空间状态属性数据则是通过数据库管理系统进行组织的。森林资源空间状态的分析和评价多数是基于地理信息系统平台实现的。在地理信息系的分析和评价多数是基于地理信息系统平台实现的。在地理信息系统的支持下，各种统计数据和分析数据可以利用相关的图形信息来统的支持下，各种统计数据和分析数据可以利用相关的图形信息来表述。而且，森林资源调查和监测所采用遥感技术获取的数据可以表述。而且，森林资源调查和监测所采用遥感技术获取的数据可以
40、作为地理信息系统的数据源，将遥感数据叠加到地理数据之上，快作为地理信息系统的数据源，将遥感数据叠加到地理数据之上，快速的得出资源变化情况，并能够以图形图像的方式给出直观的信息，速的得出资源变化情况，并能够以图形图像的方式给出直观的信息，供管理和决策使用。供管理和决策使用。 3738 地理信息系统能进行地理分析、预测和规划，具有地理信息系统能进行地理分析、预测和规划，具有可信度大、容量大、数据共享、结果稳定等特点可信度大、容量大、数据共享、结果稳定等特点 主要的应用方面及相关的系统如：主要的应用方面及相关的系统如：1.1.自然资源调查自然资源调查2.2.环环境整治境整治 3.3.景观生态管理景观
41、生态管理 1.1.森林档案管理森林档案管理 2.2.资源状态分析资源状态分析 3.3.经营管理工具经营管理工具 39 在森林资源管理以及森林资源信息管理系统建设过在森林资源管理以及森林资源信息管理系统建设过程中，地理信息系统和遥感、全球定位技术的应用越来程中，地理信息系统和遥感、全球定位技术的应用越来越广泛，这三项技术合称越广泛，这三项技术合称3S技术。技术。3S技术在森林资源信技术在森林资源信息管理过程的地位是不均衡的，三者中息管理过程的地位是不均衡的，三者中地理信息系统技地理信息系统技术是基础平台术是基础平台，是信息的组织者，在信息采集、测量、，是信息的组织者，在信息采集、测量、定位过程中
42、使用遥感和定位过程中使用遥感和GPS技术，作为信息的采集，并将技术，作为信息的采集，并将二者与二者与GIS技术相结合，建立综合集成的技术环境。实践技术相结合，建立综合集成的技术环境。实践中，一般也是以地理信息系统为基础，建立林业集成信中，一般也是以地理信息系统为基础，建立林业集成信息管理系统，而息管理系统，而GPS技术则在信息采集过程中起辅助测量、技术则在信息采集过程中起辅助测量、定位等作用。定位等作用。 40 数字图像数字图像是指能够用计算机存储、处理和使用的图是指能够用计算机存储、处理和使用的图像。遥感图像是获取空间信息的一个重要信息源。通过像。遥感图像是获取空间信息的一个重要信息源。通过
43、现代技术获取的遥感图像主要是数字图像，要想从遥感现代技术获取的遥感图像主要是数字图像，要想从遥感图像中提取有用信息，必须依靠有关的数字图像处理技图像中提取有用信息，必须依靠有关的数字图像处理技术。地理信息系统中很多的空间分析功能是基于栅格数术。地理信息系统中很多的空间分析功能是基于栅格数据的空间模型，而据的空间模型，而栅格结构栅格结构的数据就是数字图像。此外，的数据就是数字图像。此外，地图数字化的一种快速手段就是地图扫描数字化，多数地图数字化的一种快速手段就是地图扫描数字化，多数情况下这些扫描得到的栅格数据要进一步处理并转化为情况下这些扫描得到的栅格数据要进一步处理并转化为矢量结构矢量结构的数
44、据。所有这些工作都离不开数字图像处理的数据。所有这些工作都离不开数字图像处理技术。技术。 41模拟图像是空间上连续的图像，可以用函数f (x, y)表示 而数字图像是用离散函数表示的数字矩阵。 42 把模拟图像转换为数字图像的过程称为连续图像的离散化，也把模拟图像转换为数字图像的过程称为连续图像的离散化，也称称模模/数转换数转换，记作，记作A/D转换。离散化包括采样和量化两部分内容。采转换。离散化包括采样和量化两部分内容。采样是对空间连续坐标进行离散化，即每隔一定的间隔抽取一个样本样是对空间连续坐标进行离散化，即每隔一定的间隔抽取一个样本点，形成一个二维点阵。对连续图像函数点，形成一个二维点阵
45、。对连续图像函数f（x, y），沿），沿x方向以等间方向以等间隔隔 x采样，采样点数为采样，采样点数为M，沿，沿y方向以等间隔方向以等间隔y采样，采样点数为采样，采样点数为N，于是得到一个，于是得到一个MN的离散样本阵列的离散样本阵列f (m, n)MN 。量化就是对样。量化就是对样本点的亮度或颜色值进行离散化，在样本值的变化范围内进行分层、本点的亮度或颜色值进行离散化，在样本值的变化范围内进行分层、取整，用数值表示颜色或亮度等级。一幅黑白灰度图像，在计算机取整，用数值表示颜色或亮度等级。一幅黑白灰度图像，在计算机中灰度级以中灰度级以2的整数幂表示，即的整数幂表示，即G=2当当m=8，7，6，
46、1时，其对应时，其对应的灰度等级为的灰度等级为256，128，64，2。2级灰度构成二值图像，画级灰度构成二值图像，画面只有黑白之分，没有灰度层次，通常的面只有黑白之分，没有灰度层次，通常的AD变换设备产生变换设备产生256级灰级灰度，以保证有足够的灰度层次。度，以保证有足够的灰度层次。 43 数字图像处理数字图像处理（Digital Image ProcessingDigital Image Processing）又称）又称为计算机图像处理，它是指将为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程并利用计算机对其进行处理的过程。数字图像处理
47、最早。数字图像处理最早出现于出现于2020世纪世纪5050年代，当时的电子计算机已经发展到一年代，当时的电子计算机已经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和图像信息。定水平，人们开始利用计算机来处理图形和图像信息。早期的图像处理的目的是改善图像的质量，以改善人的早期的图像处理的目的是改善图像的质量，以改善人的视觉效果为目的。随着技术的发展，数字图像处理的研视觉效果为目的。随着技术的发展，数字图像处理的研究和应用范围不断拓宽，数字图像处理的主要内容包括究和应用范围不断拓宽，数字图像处理的主要内容包括图像变换、图像编码、图像增强、图像恢复、图像分割、图像变换、图像编码、图像增强、图像恢复、
48、图像分割、图像的理解和识别等。图像的理解和识别等。44 数字图像处理与光学图像处理相比，具有以下优点：数字图像处理与光学图像处理相比，具有以下优点：1 1） 再现性好再现性好。数字图像处理不会因图像的存储、传输或复制等一。数字图像处理不会因图像的存储、传输或复制等一系列变换操作而降低图像质量。只要图像在数字化时准确地表现系列变换操作而降低图像质量。只要图像在数字化时准确地表现了原稿，则数字图像处理过程始终能保持图像的再现。了原稿，则数字图像处理过程始终能保持图像的再现。 2 2）处理精度高处理精度高。按目前的技术，几乎可将一幅模拟图像数字化为任。按目前的技术，几乎可将一幅模拟图像数字化为任意大
49、小的二维数组，这主要取决于图像数字化设备的能力。意大小的二维数组，这主要取决于图像数字化设备的能力。3 3）适用面宽适用面宽。图像可以来自多种信息源，它们可以是可见光图像，。图像可以来自多种信息源，它们可以是可见光图像，也可以是不可见的波谱图像（例如也可以是不可见的波谱图像（例如X X射线图像、射线图像、 射线图像、超声射线图像、超声波图像或红外图像等）。从图像反映的客观实体尺度看，可以小波图像或红外图像等）。从图像反映的客观实体尺度看，可以小到电子显微镜图像，大到航空照片、遥感图像甚至天文望远镜图到电子显微镜图像，大到航空照片、遥感图像甚至天文望远镜图像。像。4）灵活性大灵活性大。图像处理大
50、体上可分为图像的像质改善、图像分析和。图像处理大体上可分为图像的像质改善、图像分析和图像重建三大部分，每一部分均包含丰富的内容。由于图像的光图像重建三大部分，每一部分均包含丰富的内容。由于图像的光学处理从原理上讲只能进行线性运算，这极大地限制了光学图像学处理从原理上讲只能进行线性运算，这极大地限制了光学图像处理能实现的目标。而数字图像处理不仅能完成线性运算，而且处理能实现的目标。而数字图像处理不仅能完成线性运算，而且能实现非线性处理，即凡是可以用数学公式或逻辑关系来表达的能实现非线性处理，即凡是可以用数学公式或逻辑关系来表达的一切运算均可用数字图像处理实现。一切运算均可用数字图像处理实现。 4
