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陈荣胜 摘要：早期的森林资源调查，主要依靠人工地面调查，手工进行计算，成本高，效率低，精确度差。随着数学技术、遥感技术与计算机技术的发展，森林资源调查通过人工地面调查与遥感调查相结合，采用现代数学与计算机技术进行数据处理，森林资源调查技术得到了很大程度的提高。在将来，森林资源调查将以遥测为主，并建立起动态TSE森林生态系统仿真模型，对森林生态系统实施精细化管理，为林业生产实践提供基础性数据支撑。 关键词：森林；调查；技术；综述；TSE 1.森林资源调查技术发展概述 1.1早期的森林资源调查 森林资源调查的起源，可追溯到很早以前人类开始有森林经营活动的时候。在中世纪末叶，出现了木材供不应求的现象，这就迫使人们只好按照某种计划来利用乡镇和矿山附近的可及林。为了编制这类早期的森林作业计划，人们收集了最初的有关森林资源的资料，尤其是对可利用森林面积的测定，并绘制了第一批森林地图。当时，在德国，运用适当的数学原理对森林测量面积进行了较大的改进，到19世纪初，全德几乎全部邦有和私有的较大林地到都已有了精确的地图和面积记录资料。 由于早期森林调查技术的发展，使得中欧的森林面积的地面测量和森林地图的绘制，达到非常细致的程度。在这一时期，通过收集一定面积上的立木资料，用来计算总立木蓄积量。尤其是在18世纪到19世纪初期，薪炭材的需要远远超过锯材，当时森林资源调查采用目测来估计经营区每公顷总蓄积量，并以样地上的伐倒木来校正目测值。这种快速森林资源目测调查技术，仍是目前快速估测森林资源立木蓄积的最适宜的办法。到1913年，有人开始研究目测的偶差和偏差，并提出采用回归分析法来校正调查员目测产生的偏差。 到了19世纪，由于中欧工业化进程加快，林产品的需求由薪材转变为对多品种多规格木材的需求，从而促进了测树技术的快速发展，实测法逐渐替代了目测法，并利用胸高直径、树高、形数与材积之间的关系，分树种编制了立木材积表，德国和瑞士还对超过一定年龄或特别贵重的林分进行全林每本调查。在中欧，由于采用皆伐作业和人工更新形成了大片的人工纯林，经过长期林业生产实践和调查研究后，编制了各树种和各生长地区的收获表。 采用抽样调查的方法可以大大降低调查成本，因此，林业上在18世纪末就应用抽样法进行森林资源调查。进入19世纪，带状样地于19世纪40年代在瑞典、19世纪末在挪威和芬兰已用作区域性的森林资源调查。等距带状调查可提供各森林类型的面积以及一定面积上的立术资料，还可以得出中等精度的林相图。调查后所提供的是整个森林面积的原始资料，因此可再整理出较小分区的第二级资料。这和中欧所采取的方法正好相反。 19世纪在热带林资源调查技术上也有重要的发展。在1850年前后，带状调查被介绍到缅甸，以林班为调查单位，采用5％的线性抽样法进行森林资源调查，经过某些修改后的线性抽样法，在现代热带林调查中仍有其重要地位。[1] 1.2二十世纪森林资源调查技术的发展 （1）检查法的应用 20世纪技术上的许多新发明，促进了森林资源调查方法的创新。在中欧，法国A·古尔诺和瑞士的H·比奥莱提出了“检查法”（Method of control），这种方法就是采用连续森林资源调查来比较两个时期的调查结果，加上在这一时期的采伐量，就得出每一个林班的生长量。 （2）数理统计技术的运用 数理统计的迅速发展，尤其是R·A·费希尔于1936年首先发表的方差和协方差分析，对于资源调查技术的发展起了很大的作用。1947年W·毕特利希用抽样法直接求出单位面积的林分总断面积，是森林资源调查技术发展中的一个里程碑。20世纪初叶，斯堪的纳维亚半岛和美国应用大数法则来进行森林资源调查，形成了森林资源调查的特殊方法，并在世界上其他国家也得到了应用与发展。在中欧，采用林分调查法将许多较小调查单位的数据，合并成为整个经营单位数据，这种从小单位汇总而成为较大单位的调查法，在今天仍然是中欧的典型森林资源调查方法。 美国在20世纪以前没有进行过森林资源调查，到了数理统计引入林学领域之后才开始进行森林资源调查。大面积的森林资源加上缺乏详细的森林地图，使美国森林资源调查技术的发展走了与中欧完全相反的道路，即对大单位进行抽样，至于小的、次级调查单位的资料则从大单位推算。 （3）遥感技术的应用 20世纪20年代，德国首创用航空像片进行森林资源调查，这一技术在美国、非洲、英国以及加拿大、澳大利亚、新西兰等国得到了进一步发展。用航空像片进行森林资源调查，可能供有关森林面积、一些单株树木和一定面积上的立木资料，在当时，这对于那些难以到达的粗放经营和边远的森林特别适用。此外，现代统计学的发展，也推动了从航空像片上廉价取得森林资源资料方法的发展，采用抽样技术对森林类型面积作出全面估计，即使在无地图的大林区的调查中，就可以从像片上来辨认森林类型，测得树高、树冠直径或郁闭度后，运用复相关分析和适当的抽样技术，可以很好地估计出立木蓄积。在地面检查后，再用回归分析就可以消除判读航空像片的偏差。 （4）计算机技术的应用 在19世纪，所有的森林资源调查数据都是用手工整理计算的，根据穿孔卡片用手工机械的方法来处理数据，这种方法在区域性及大面积调查中，费用高而且不能得到令人满意的精确。 随着电子计算机的出现，可以在最短时间内，处理用手工要几个月甚至几年才能编算完的大量资料，并且还可以从根本上杜绝用手工处理所可能产生的差错。电子计算机的运用，不仅仅是提高了运算速度与精度，还可以将森林资源调查数据储存在存贮介质上，可以十分方便地随时调用，大大提高了森林资源调查数据的使用效益。[2～5] 2.当前国外主要森林资源调查技术 （1）美国 全美森林资源调查开始于1928年《麦克斯威尼-麦克纳瑞森林研究条例》的颁布，到20世纪60年代完成了全美大陆上所有州的森林资源调查。1974年美国颁布了《森林与草地可更新资源规划条例》，森林资源调查对象扩展到了包括牧草、木材、水、野生动物栖息地、游憩等广义森林资源调查。 在调查方法上，美国最初是采用地面样地为主的调查方法，二战之后由样线改为固定面积的群团（Cluster）圆形样地调查，并采用航片和地面调查相结合的方法。20世纪50年代末引进了角规抽样技术，开始采用两相抽样或双重抽样技术，第一重样本用遥感资料抽取,第二重样本为系统布设的地面样地，全美共布设650万个遥感样地，41万个地面样地（其中13万有林地样地，28万个非有林地样地）。 在遥感与地理信息系统应用方面，美国的森林清查与分析（Forest Inventory andAnalysis，FIA）主要是利用遥感图像进行野外导航，通过遥感图像进行有林地与非有林地分层分析，以提高估计精度。美国林务局在尤他州盐湖城设立了遥感应用中心和地理空间服务与技术中心，为林务局在遥感与地理信息系统应用方面提供技术支持。 （2）瑞典 1923～1929年瑞典建立了覆盖全国的国家森林资源调查体系（the Swedish National Forest Inventory，NFI），1953～1962年开展的第三次调查时引入了方阵法（Tract system），每年进行一次全国调查。1982年以前，瑞典的国家森林资源调查的采用的都是临时样地，1983年起则同时使用临时样地和固定样地，1983～1987年的5年完成了23500个固定样地，并建立了相应的数据库。 同样地，瑞典森林资源调查对象也拓展到了森林生态环境和生物多样性方面，目前，瑞典已将森林土壤调查系统与国家森林资源调查系统合并为国家森林资源清查系统（RIS），该调查系统覆盖全国所有地类，重点是林地调查，调查内容涵盖森林和土壤调查、森林和土壤碳储量估计和生物多样性监测等，每年进行18000个样地的200个调查变量调查，外业中每个调查小队携带两台便携式计算机，现场采集数据并完成严格的数据合法性检查，然后通过车载移动电话传到中心计算机。 （3）日本 日本的森林调查历史悠久，调查类型包括事业计划所需要的森林调查、经营计划所需要的森林调查和国家森林资源清查。二战之后，日本引进了抽样调查、航空摄影调术和电子计算机数据处理技术，建立了完善的森林调查体系。第一次全日森林调查在1953～1954年进行，采取机械抽样共布设30000个样地，采用20万分之一与5万分之一地形图标点，用罗盘仪或平板测量仪对样地进行定位，调查内容包括土地种类、林种、所有权、树种、材积以及海拔、坡度、坡向、土壤、立地等级、地利等级等；1961年开展了第二次全日森林资源调查，共布设10000个0.1hm2样地；1966开展了全日第三次森林资源调查，样地数增加到107004个。[3～5] 3.我国森林资源调查技术的发展历程 我国的森林资源调查是中华人民共和国成立后才发展起来的，1950年首先在东北组建森林调查队伍并开展了长白山、小兴安岭林区的森林调查工作，随后在全国相继组建森林调查队伍并开展森林资源调查工作。 （1）传统技术的应用与发展 20世纪50年代初期，主要采用经纬仪或罗盘仪进行森林面积测量来控制调查面积，利用方格法或者采用人工区划和自然区划相结合的方法来区划林班、小班与设置带状标准地，然后进行每木检尺计算森林蓄积。到20世纪50年代中期，还开展了森林航空调查，并据此建立了以航空像片判读、目测调查和样地调查为基础的森林调查技术体系，到20世纪90年代，全国范围内建立了25万个固定样地的森林资源连续清查体系。[6] 20世纪50年代后期，引进了角规测树技术，并迅速在全国推广泛应用。20世纪60年代中期引进了现代数理统计技术，在全国范围内广泛推广应用了以分层抽样调查技术为主的多种抽样调查技术，森林资源调查质量得到显著提高。进入20世纪80年代，拉杆测高器（潘宗礼，1985）、自动调焦透光缩放仪（孔令华，1986）、DQS/A无标尺森林罗盘（骆期邦，王德皓，1985）、SC-16型森林勘测仪（虞岳世，1986）、郁闭度测定器（林业部调查规划设计院，1985）、林分平均高测定器（郝纪鹤，夏日顶，1985）、林冠郁闭度测定器（郝纪鹤，1985）、多功能测树尺（倪万华，1985）、半月形自改坡度角规（曹世恩，1981）、电子角规（冯仲科，2005）、三维激光扫描仪（唐雪海，2010）、超声波定高树径测量仪（关强，2006）、数字式测高测距仪（鄢前飞，2007）和数字式测径仪（鄢前飞，2008）的等森林资源调查仪器的研发与应用，以及的测树全站仪、GPS、PDA的引进与应用，大大提高了森林资源调查外业速度与质量。[7] （2）现代信息技术的应用 随着计算机技术的发展，计算机在森林资源清查的数据处理中得到了广泛应用。在早期，由于台式计算机价格昂贵，基层单位无力购买，一些学者和基层一线人员，利用可编程计算器开展森林资源调查数据处理，如郭永台（1983）利用CASIO fx-180P和CASIO fx-3600P，编制了大量标准地调查、测树材积计算等程序；张国庆（1986）编写了罗盘仪外业测量面积计算BASIC程序；朱化和（1985）应用SHARP PC-1500编写了高斯、克吕格投影大地坐标换带计算BASIC程序。1985年前后开展的全国森林资源清查，一些一线数据处理人员和单位根据实际需要，研发了相应的数据处理系统，如祝建锋、金天伟、李增（1979,1984），李东灿、金洪柱（1985），陈滨、宗有生（1985），张淑娟、华网坤、李希菲（1985），郎奎建（1985），曹世恩、肖传刚、张修如、李颖、陈遐林（1985），杜中柱（1985），邓桂林、廖泽钊、黎业骧、梁平、欧阳权、郑玉昆、韦树球、黄建锦（1985），陕西省林业勘察设计院（1984），华南农业大学森林经理研究室、广东省林业厅科技处、林政处（1985），四川省第二森林勘察大队（1985），林业部林业调查规划设计院（1985），福建林学院（1983），中国林业科学研究院森调计算中心、森林经理研究室（1985），河北省林业勘察设计院（1985），广东省林业勘察设计院情报电算室（1985）利用BASIC或DBASE编写了森林资源数据处理程序；吉林省林业设计院（1985）编写了森林资源抽样样地统计计算BASIC程序。[7]随着计算机硬件技术的发展，台式计算机逐渐进入基层单位，计算机在森林资源调查数据处理中发挥了重要作用，张国庆（1996,2002）编写了森林资源调查外业数据采集BASIC程序和Foxpro森林资源信息管理系统（Forestry Management Information System，FMIS），外业人员携带装有外业数据采集BASIC程序的PDA，将现场采集的森林资源原始信息直接输入PDA，交由PDA进行现场智能纠错和派生数据计算，然后回传给台式计算机，由FMIS进行进一步数据处理与数据管理。[8～10] （3）3S技术的运用 我国林业遥感（Remote Sensing，RS）始于1936年，1954年开始应用航空像片进行森林资源航空调查，先后在东北、西南、西北及南方等主要林区进行过航空遥感森林资源调查。目前，全球定位系统（Global Positioning System，GPS）技术在我国森林资源调查，特别是二类调查中已经被逐步推广使用，并取得了良好的效益。利用地理信息系统（Geographic Information System，GIS），设计和建立森林资源地理信息系统，对森林资源进行科学化管理，不但可充分利用卡片数据和图面信息进行查询分析，而且使外业调查工作量大为减少，节约成本，并可随时更新图面信息和调查卡片的数据，掌握森林资源动态变化情况。目前，森林资源地理信息系统在调查规划设计调查领域的应用，主要在调查材料成果的更新修改、查询分析、自动成图等方面。 （4）森林资源的精细化管理 森林资源的精细化管理，目前尚处在理论探讨阶段。张国庆（2014）将复杂系统生态论应用于林业生物灾害以及生态系统精细化管理，提出了包括基于高分辨率遥感数据的森林资源精细化管理的生态系统精密监测方法，并建立TSE仿真模型，同时通过系统关键因子分析与健康管理，实现对森林资源、生物灾害、土地利用、区域规划、交通管理、减商化等的精细化管理。[11～18] 4.森林资源调查技术发展展望 （1）调查内容的不断扩展 现代生态学和系统学的进步，使得我们人类充分认识到森林资源不仅仅是木材，而是整个生态系统，并与地球上的其它生态系统发生着密切联系，因此，森林资源调查的对象，也即调查内容不断扩展，只有对森林生态系统的整体进行系统性调查，才能真实反映森林生态系统变化情况，才能对森林生态系统的健康状况进行客观科学的评价，才能为森林生态系统的科学管理提供科学的依据。 （2）由地面调查为主发展为遥测为主 包括地面视频远程遥测、航空和航天遥测等多种高分辨率遥测手段的运用，大大降低森林资源调查成本，大大提高森林资源调查时间与空间精细程度，为森林生态系统健康评估和建模仿真提供精确的基础型数据。 （3）数据的动态精细化管理 由目前的数据的静态管理，发展为基于TSE仿真模型的时空动态精细化管理，将分析结果应用于森林健康评估、林业工程建设管理（规划设计、施工进程管理与检查验收监督）、森林灾害监测，为林业实施PDCS管理提供基础性数据支撑，以充分提高森林资源调查数据的效用。 5.参考文献 [1]F·洛茨，K·E·哈勒，F·佐勒，森林资源清查[M],北京：中国林业出版社，1985:5～7 [2] 闫飞，森林资源调查技术与方法研究[D]，北京：北京林业大学，2014:1～18 [3]肖兴威，姚昌恬，陈雪峰，宋常青，曾伟生，张铁平，美国森林资源清查的基本做法和启示[J]，林业资源管理，2005，（2）:27～33 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