森林资源信息管理技术课件

森林资源信息管理技术森林资源信息管理技术12本章主要内容：本章主要内容：介介绍森林森林资源信息管理中的常用技源信息管理中的常用技术：森林森林资源信息源信息获取方式和技取方式和技术；森森林林资源源原原始始数数据据的的储存存和和再再组织以以及及数数据据库与与数数据据仓库、数据挖掘等数据、数据挖掘等数据储存与存与组织技技术森森林林资源源空空间数数据据的的组织方方式式，3S3S技技术等等森森林林资源源空空间信息管理技信息管理技术；森林森林资源多媒体信息管理技源多媒体信息管理技术；森森林林资源源数数据据共共享享的的方方式式，网网络技技术等等森森林林资源源信信息息传输技技术；森林森林资源知源知识与知与知识管理方式、方法、技管理方式、方法、技术等内容。等内容。2本章主要内容：34.14.14.14.1森林资源信息获取技术森林资源信息获取技术森林资源信息获取技术森林资源信息获取技术 从信息从信息载体上划分有体上划分有文本、文本、数数值、图形、形、图像等多种媒体的信息；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来自地面调查的信息、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、有来自基有来自基础地理数据地理数据库的的图形和属性信息等，形和属性信息等，从从时间上划分有上划分有过去的、去的、现在的在的和未来的信息等。和未来的信息等。现阶段主要有地面段主要有地面调查、遥感、遥感获取和全球定位。取和全球定位。34.1森林资源信息获取技术从信息载体上划分有44.1.1.1.1.1.1.1.1森林资源管理需要综合、多样的数据森林资源管理需要综合、多样的数据森林资源管理需要综合、多样的数据森林资源管理需要综合、多样的数据 现代森林代森林资源及其源及其环境管理境管理对信息的基本要求有：信息的基本要求有：l l信息信息时态：过去、去、现状、未来状、未来l l信息范信息范围：点、：点、线（带）、面、域）、面、域l l信息信息载体：文本、数体：文本、数值、图形、形、图像、声音像、声音l l信息信息质量：量：综合、合、动态、最小新度、最小新度l l表表现方式：个体与方式：个体与总体体44.1.1森林资源管理需要综合、多样的数据现代森林资源556现阶段森林段森林资源管理所需要的数据主要有三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)自然条件自然条件 森森林林经营对象象的的自自然然环境境：行行政政及及地地理理位位置置、林林区区走走势（山山脉脉、海海拔拔、坡坡度度等等）、地地质结构构、土土壤壤类型型、河流状况、森林分布、河流状况、森林分布、农林牧比例、生林牧比例、生态平衡等平衡等 自自然然因因素素（气气象象、气气候候、河河川川水水系系、地地质土土壤壤、植植物物动物物等等），及及其其与与森森林林分分布布、发生生、发展展和和消消减减之之间的平衡关系的平衡关系 6现阶段森林资源管理所需要的数据主要有三类：72)2)经济条件条件 当当地地国国民民经济发展展的的方方针和和远景景规划划，林林业在在其其中中的的地地位位和和任任务 当地的当地的农、林、牧、副、林、牧、副、渔各各业生生产情况，以及与林情况，以及与林业的关系的关系 当地工当地工业生生产情况及其情况及其对林林业发展的需求展的需求 森森林林与与生生态环境境的的关关系系（水水土土保保持持、涵涵养养水水源源、防防治治风沙沙、风景保景保护等）等）当地土地利用当地土地利用规划的划的资料料 当地交通运当地交通运输情况，与情况，与发展林展林业的关系的关系 当当地地人人口口密密度度，以以及及当当地地机机关关、企企业情情况况，各各种种生生活活自自用用材材、薪炭材的需要情况和可供林薪炭材的需要情况和可供林业劳动力的情况力的情况 林林权情况和存在情况和存在问题72)经济条件8 3)3)经营史史 森林森林经营机构的机构的变动 过去的森林去的森林经营工作工作 过去森林采伐情况去森林采伐情况 森林更新情况森林更新情况 森林森林抚育情况育情况 林分改造工作林分改造工作 森林保森林保护工作工作 林副林副产品利用情况品利用情况 森林森林对环境的影响境的影响 林区基本建林区基本建设 企企业管理情况管理情况83)经营史9 2 2、森林、森林资源源调查数据数据 1)1)一一类调查（全国森林（全国森林资源清源清查）区区域域：省省（市市、区区）等等行行政政区区域域；企企业局局（国国有有林林区区与与林林业局局、集体林区与集体林区与县）；其它行政）；其它行政单位或自然区划位或自然区划单位；位；目目的的：编制制全全国国、省省（市市、区区）、大大林林区区各各种种林林业计划划、预测趋势 内内容容：面面积、蓄蓄积量量、各各林林种种和和各各类型型森森林林的的比比例例，以以及及生生长、枯枯损、更新、采伐情况等、更新、采伐情况等 2)2)二二类调查（规划划设计调查）区区域域：国国营林林业局局、场、县（旗旗），并并落落实到到森森林林经营活活动的的基本基本单位小班位小班 目目的的：编制制森森林林经营方方案案、总体体设计、县级林林业区区划划、规划划、基地造林基地造林规划划 内内容容：各各地地类小小班班的的面面积、蓄蓄积量量、生生长量量、枯枯损量量调查；立立地地条条件件和和生生态条条件件的的调查；有有关关自自然然、历史史、经济、经营等等条条件件的的专业调查 92、森林资源调查数据103)3)三三类调查（作（作业设计调查）区域：基区域：基层林林业单位位 目目的的：满足足伐伐区区设计、造造林林设计、抚育育采采伐伐设计、林分改造林分改造 内内容容：查清清一一个个伐伐区区内内、或或一一个个抚育育、改改造造林林分分范范围内的森林内的森林资源数量、出材量、生源数量、出材量、生长状况、状况、结构构规律等律等103)三类调查（作业设计调查）113 3、专业调查数据数据 1)1)设置置标准地与准地与选择标准木、解析木准木、解析木 2)2)生生长量量调查 3)3)立地条件立地条件调查4)4)其其它它调查（消消耗耗量量调查、出出材材量量调查、抚育育采采伐伐调查、低低产林林改改造造调查、森森林林保保护调查、森森林林更更新新调查、母母树林林及及苗苗圃圃调查、林林副副产品品调查、森森林林开开发运运输踏踏勘勘、野野生生动物物资源源调查、林、林业经济调查等）等）这些些数数据据主主要要包包括括文文本本、数数值、图形形和和图像像信信息息，还包包括一部分括一部分视频、音、音频信息。信息。113、专业调查数据124.1.24.1.24.1.24.1.2森林资源原始数据的获取方式森林资源原始数据的获取方式森林资源原始数据的获取方式森林资源原始数据的获取方式 前前面面给出出了了森森林林资源源管管理理所所需需要要的的多多种种数数据据，这些些数数据据类型不同、来源不同，型不同、来源不同，获取的方式方法也不相同。取的方式方法也不相同。1 1、基本情况基本情况调查 搜搜集集当当地地的的已已有有调查、观测材材料料；询问当当地地的的技技术人人员、居居民民；对重重点点项目目和和因因素素的的调查，可可采采取取组织专业调查组的方式的方式进行行现场观测。124.1.2森林资源原始数据的获取方式前面给出了森林资源13 2 2、森林森林资源源调查是一种林分是一种林分调查，可以采用：，可以采用：1)1)目目测调查法法 2)2)标准地准地调查法法 3)3)角角规调查法法 4)4)目（目（实）测调查与抽与抽样调查相相结合合 5)5)回回归估估计法法 航空像片判航空像片判读与地面与地面实测蓄蓄积量的回量的回归估估计法法 利利用用航航空空像像片片对小小班班林林地地进行行调查与与地地面面实测蓄蓄积量量的的回回归估估计法法 利利用用地地形形图、林林相相图或或其其它它图进行行现地地林林班班区区划划测量量，以以及及小小班班林地目林地目测调查与小班与小班实测蓄蓄积量的回量的回归估估计法法3 3、专业调查 在以上的在以上的调查过程中手工或通程中手工或通过各种各种辅助工具得到相关数据。助工具得到相关数据。132、森林资源调查144.1.34.1.34.1.34.1.3遥感技术遥感技术遥感技术遥感技术所所谓遥感技遥感技术（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144.1.3遥感技术所谓遥感技术（RemoteSensi151 1、遥感的基本原理、遥感的基本原理遥遥感感是是通通过非非直直接接接接触触来来判判定定、测量量并并分分析析目目标性性质的的技技术。任任何何地地物物都都具具有有发射射、反反射射和和吸吸收收电磁磁波波的的性性质，而而不不同同类型型的的地地物物反反射射与与发射射电磁磁波波能能量量的的大大小小不不同同，同同一一类型型的的地地物物在在不不同同时间反反射射与与发射射电磁磁波波能能量量的的大大小小也也不不同同。遥遥感感的的基基本本原原理理就就是是通通过分分析析传感感器器采采集集到到的的某某一一时间、某某一一区区域域内内地地物物的的平平均均电磁磁波波辐射射水水平平数数值，按按其其值大大小小与与变化化规律律来来有有效效地地识别地地物物。目目标地地物物是是遥遥感感的的信信息息源源，而而目目标地地物物电磁磁波波的的相相互互作作用用所所构构成的目成的目标地物的地物的电磁波特性，就是遥感探磁波特性，就是遥感探测的依据。的依据。151、遥感的基本原理162 2 2 2、遥感分类及应用、遥感分类及应用、遥感分类及应用、遥感分类及应用1)1)航空遥感航空遥感应用用2)2)航天遥感航天遥感应用用162、遥感分类及应用1)航空遥感应用174.1.44.1.44.1.44.1.4全球定位系统技术与应用全球定位系统技术与应用全球定位系统技术与应用全球定位系统技术与应用GPS技技术是一种利用是一种利用卫星星进行定位、行定位、导航、航、测量的技量的技术。GPS（Global Positioning System）是美国第二代）是美国第二代卫星星导航系航系统，具有在海、，具有在海、陆、空、空进行全方位行全方位实时三三维导航与航与定位能力。全球定位系定位能力。全球定位系统由空由空间部分、地面部分、地面监控部分和控部分和用用户接收机三大部分接收机三大部分组成。成。174.1.4全球定位系统技术与应用GPS技术是一种利用卫星18应用用实例一：例一：测定森林分布区域定森林分布区域美美国国林林业局局是是根根据据林林区区的的面面积和和区区内内树木木的的密密度度来来销售售木木材材。对所所售售木木材材面面积的的测量量闭合合差差必必须小小于于1%1%。在在一一块用用经纬仪测量量过面面积的的林林区区，采采用用GPSGPS沿沿林林区区周周边及及拐拐角角处进行行了了GPSGPS定定位位测量量并并进行行偏偏差差纠正正，得得到到的的结果果与与已已测面面积误差差为0.03%0.03%，这一一 实验证明明了了测量量人人员只只要要利利用用GPSGPS技技术和和相相应的的软件件沿沿林林区区周周边使使用用直直升升飞机机就就可可以以对林林区区的的面面积进行行测量量。过去去测定定所所出出售售木木材材的的面面积要要求求用用测定定面面积的的各各拐拐角角和和沿沿周周边测量量两两种种方方法法计算算面面积，使使用用GPSGPS进行行测量量时，沿沿周周边每每点点上上都都进行行了了测量量，而而且且测量量的的精精度度很很高高很可靠。很可靠。应用用实例二：例二：GPSGPS技技术用于森林防火用于森林防火利用利用实时差分差分GPS技技术，美国林，美国林业局与加里弗尼局与加里弗尼亚的的喷气推气推进器器实验室共同制定了室共同制定了“FRIREFLY”计划。它是在划。它是在飞机的机的环动仪上安装上安装热红外系外系统和和GPS接收机，接收机，使用使用这些机些机载设备来确定火灾位置，并来确定火灾位置，并迅速向地面站迅速向地面站报告。另一告。另一计划是使用直升划是使用直升飞机或机或轻型固定翼型固定翼飞机机沿火灾周沿火灾周边飞行并行并记录位置数据，在位置数据，在飞机降落后机降落后对数据数据进行行处理理并把火灾的周并把火灾的周边绘成成图形，以便形，以便进一步采取消除森林火灾的措施。一步采取消除森林火灾的措施。18应用实例一：测定森林分布区域194.24.24.24.2森林资源数据组织和储存技术森林资源数据组织和储存技术森林资源数据组织和储存技术森林资源数据组织和储存技术数据数据库技技术、数据、数据仓库和数据挖掘技和数据挖掘技术 194.2森林资源数据组织和储存技术数据库技术、数据仓库和数20数据库技术数据库技术数据库技术数据库技术略略20数据库技术略21数据仓库数据仓库数据仓库数据仓库数据数据仓库是基于数据是基于数据库技技术和网和网络技技术的的发展，展，专为支支持管理决策而持管理决策而设计的一种关系型数据的一种关系型数据库管理系管理系统。21数据仓库数据仓库是基于数据库技术和网络技术的发展，专为支221)1)数据数据仓库的特点：的特点：l l面面向向主主题：主主题是是一一个个在在较高高层次次将将数数据据归类的的标准准，每一个主每一个主题对应一个宏一个宏观的分析的分析领域。域。l l集集成成性性：数数据据仓库中中的的数数据据来来自自不不同同的的数数据据库，在在数数据据进入入数数据据仓库之之前前，必必须经过数数据据加加工工和和集集成成，这是是建建立立数数据据仓库的的关关键步步骤，首首先先要要统一一原原始始数数据据中中的的矛矛盾盾之之处，还要要将将原原始始数据数据结构做一个从面向构做一个从面向应用向面向主用向面向主题的的转变。l l数数据据稳定定性性：数数据据仓库的的主主要要数数据据操操作作是是查询、分分析析，不不进行行一一般般意意义上上的的数数据据更更新新。数数据据仓库反反映映的的是是历史史数数据据的的内内容容，数数据据经加加工工和和集集成成进入入数数据据仓库后后是是极极少少或或根根本本不不修修改改的的；数据数据仓库强化化查询、淡化并、淡化并发控制和完整性保控制和完整性保护等技等技术。l l随随时间变化化：数数据据仓库是是不不同同时间的的数数据据集集合合，它它要要求求数数据据仓库中中的的数数据据保保存存时限限能能满足足进行行决决策策分分析析的的需需要要，而而且且数数据据仓库中的数据都要中的数据都要标明明该数据的数据的历史史时期。期。l l数数据据量量庞大大：数数据据仓库是是多多维的的，数数据据仓库的的数数据据量量一一般都很大，一般般都很大，一般为数百兆，甚至可以到数百兆，甚至可以到TBTB级。221)数据仓库的特点：2323242)2)数据数据仓库的的结构构组成成数数据据仓库主主要要由由数数据据源源、数数据据仓库、业务数数据据仓库、数数据据分分析析与与报表表、数数据据管管理理、元元数数据据管管理理、传输和和基基础结构几部分构成。构几部分构成。3)3)联机分析机分析处理理联 机机 分分 析析 处 理理（on-line on-line analytical analytical processing,processing,OLAPOLAP）是是用用来来存存储和和传送送数数据据仓库信信息息的的程程序序集集合合。是是针对特特定定问题的的联机机访问和和分分析析。通通过对信信息息的的很很多多种种可可能能的的观察察形形式式进行行快快速速、稳定定一一致致和和交交互互性性的的存存取取，允允许分析人分析人员对数据数据进行深入行深入观察。察。4)4)数据集市（数据集市（Data MartData Mart）数数据据集集市市是是数数据据仓库的的一一个个子子集集。是是为满足足用用户特特定定需需求而求而创建的特定的、面向部建的特定的、面向部门的小型数据的小型数据仓库。242)数据仓库的结构组成25数数据据仓库系系统包包括括数数据据仓库、数数据据仓库管管理理系系统和和数数据据仓库工工具具。其其中中，数数据据仓库为数数据据仓库系系统的的核核心心，是是信信息息挖挖掘掘的的基基础；数数据据仓库管管理理系系统是是整整个个系系统的的引引擎擎，负责管管理理整整个个系系统的的运运转；数数据据仓库工工具具是是整整个个系系统发挥作作用用的的关关键，包包括括一一般般的的查询工工具具和和功功能能强大大的的分分析析工工具具。数数据据仓库系系统以以数数据据仓库为核核心心，通通过数数据据分分析析与与报表表模模块的的查询和和分分析析工工具具(OLAP(OLAP、决决策策分分析析、数数据据挖挖掘掘)完成完成对信息的提取，以信息的提取，以满足决策的需要。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）或者是可以使无序的领域信息域信息变得有序的关于数据的得有序的关于数据的结构化数据（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）。元数据包含了对系系统自身有用的各种自身有用的各种对象的象的细节信息。信息。其其实元数据元数据对我我们并不陌生，并不陌生，WindowsWindows中的注册表，数据中的注册表，数据库所必所必须的一些系的一些系统表和表和视图都可算是元数据。都可算是元数据。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274.2.44.2.44.2.44.2.4数据挖掘技术数据挖掘技术数据挖掘技术数据挖掘技术 随随着着数数据据库及及其其管管理理系系统的的广广泛泛应用用，全全球球范范围内内数数据据库存存储的的数数据据量量急急剧增增长。拿拿全全球球资源源信信息息数数据据库GRIDGRID为例例，它它将将通通过各各种种方方法法搜搜集集来来的的一一切切有有关关资源源与与环境境的的数数据据分分别存存储在在世世界界各各地地的的数数据据库中中，至至今今已已形形成成了了海海量量的的数数据据。面面对如如此此海海量量的的数数据据，我我们如如何何才才能能从从中中获取取我我们所所需需要要的的信信息息正正在在成成为一一个个知知识热点点。数数据据挖挖掘掘(Data(Data Mining)Mining)正正是是一一种种从从信信息息中中发现知知识的的技技术，也也称称数数据据库中中的的知知识发现(Knowledge(Knowledge Discovery Discovery in in DatabaseDatabase，KDD)KDD)。274.2.4数据挖掘技术随着数据库及其管理系统的28数据挖掘工具数据挖掘工具数据挖掘工具数据挖掘工具28数据挖掘工具291 1、数据挖掘所能、数据挖掘所能发现的典型知的典型知识主要包括：主要包括：1)1)关关联规则(Association rule)(Association rule)所所谓关关联规则,是是指指数数据据对象象之之间的的相相互互依依赖关关系系,而而发现规则的的任任务就就是是从从数数据据库中中发现那那些些确确信信度度(Confidence)(Confidence)和和支支持持度度(Support)(Support)都大于都大于给定定值的的强壮壮规则。2 2）分）分类(Classification)(Classification)分分类是是最最基基本本的的一一种种认知知形形式式。数数据据分分类就就是是对数数据据库中中的的每每一一类数数据据，挖挖掘掘出出关关于于该类数数据据的的描描述述或或模模型型，在在数数据据挖挖掘掘中中,分分类算算法法的的研研究究成成果果较多多，常常用用的的数数据据分分类算算法法有有CARTCART、C45C45、ID3ID3、SLIQSLIQ、KnnKnn、GA-KnnGA-Knn等。等。3)3)聚聚类(Clustering)(Clustering)聚聚类分分析析和和分分类分分析析是是一一个个互互逆逆的的过程程。聚聚类分分析析是是通通过分分析析数数据据库中中的的记录数数据据，根根据据一一定定的的分分类规则，合合理理地地划划分分记录集集合合，确确定定每每个个记录所所在在类别。它它所所采采用用的的分分类规则是是由由聚聚类分分析析工工具具决决定定的的。类分分析析的的方方法法很很多多，其其中中包包括括系系统聚聚类法法、分分解解法法、加加入入法法、动态聚聚类法法、模模糊糊聚聚类法法、运运筹筹方方法法等等。采采用用不不同同的的聚聚类方方法法，对于相同的于相同的记录集合可能有不同的划分集合可能有不同的划分结果。果。291、数据挖掘所能发现的典型知识主要包括：302 2、数据挖掘分析方法、数据挖掘分析方法 数数据据挖挖掘掘的的技技术方方法法很很多多,主主要要包包括括:统计分分析析方方法法、遗传算算法法、粗粗集集方方法法、决决策策树、人人工工神神经网网络、模模糊糊逻辑、规则归纳、聚聚类分分析析和和模模式式识别、最最近近邻技技术、可可视化技化技术等。等。302、数据挖掘分析方法314.34.34.34.3森林资源空间信息管理技术森林资源空间信息管理技术森林资源空间信息管理技术森林资源空间信息管理技术 森林森林资源的空源的空间性决定了森林性决定了森林资源数据的空源数据的空间性。性。因此，森林因此，森林资源信息管理源信息管理过程中要程中要获取、取、组织和管理大和管理大量具有空量具有空间特性的数据和信息。空特性的数据和信息。空间信息管理技信息管理技术是森是森林林资源信息管理的关源信息管理的关键技技术之一。而空之一。而空间信息管理技信息管理技术的核心是的核心是地理信息系统。314.3森林资源空间信息管理技术森林资源的空间性324.3.14.3.14.3.14.3.1森林资源及其管理的空间性森林资源及其管理的空间性森林资源及其管理的空间性森林资源及其管理的空间性 森林森林资源及其管理的空源及其管理的空间性，是指性，是指为实现森林森林资源源可持可持续发展的目展的目标，对森林森林资源的空源的空间结构构进行控制和行控制和调整的属性。它是森林整的属性。它是森林资源及其管理的重要特性。包括源及其管理的重要特性。包括空间差异性和空间协同性。324.3.1森林资源及其管理的空间性森林资源及其管331 1、森林森林资源及其管理的源及其管理的空空间差异性差异性 森森林林资源源及及其其管管理理必必须反反映映和和分分析析区区域域中中各各种种资源源、环境境和和经济要要素素的的空空间分分布布及及发展展规律律，同同时协调它它们之之间的的关关系系，使使得得经济发展展、资源源有有效效利利用用、环境境的的合合理理保保护以以及及人人口口适适度度增增长等等能能够相相互互制制约和和统一一。由由于于区区域域之之间自自然然环境境不不同同、发展展水水平平不不同同，空空间结构构表表现出出较大大差差异异；即即使使是是有有较相相似似环境境的的某某一一区区域域内内部部，也也会会由由于于自自身身多多层次次、多多要要素素的的不不同同组合合表表现出出一一定定程程度度的的区区域域内内部部差差异异。森森林林资源源及及其其管管理理要要针对区区域域之之间和和区区域域内内部部空空间结构构的的不不同同，通通过管管理理活活动，谋求求区区域域发展。展。331、森林资源及其管理的空间差异性342 2、森林、森林资源及其管理的源及其管理的空空间协同同 所所谓森森林林资源源及及其其管管理理的的空空间协同同即即森森林林资源源及及其其管管理理的的区区域域协同同，是是指指在在不不同同管管理理区区域域内内，不不因因对森森林林生生态系系统的的开开发利利用用不不当当，导致致虽然然在在本本区区域域内内维持持了了基基本本生生态过程程及及环境境服服务，却却损害害和和削削弱弱了了森森林林生生态系系统满足足其其它它区区域域的的需需求求。区区域域协同同是是可可持持续发展展在在空空间尺度上区尺度上区际间公平性的一种体公平性的一种体现。342、森林资源及其管理的空间协同354.3.24.3.24.3.24.3.2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森林森林资源空源空间数据是指森林数据是指森林资源的数据中源的数据中描述空间特征部分的数据，即，即空空间位置、形状、大小以及相互关系的数据位置、形状、大小以及相互关系的数据。森森林林资源源具具有有一一定定的的空空间结构构。森森林林资源源空空间结构构的的要要素素包包括括点点、线、面面和和网网络，这些些要要素素经过数数字字化化后后便便可可通通过地地理理信信息息系系统进行行点点、线、面面和和网网络的的大大小小、面面积、形形状状及及其其质心心的的量量算算和和确确定定（对于于面面、线状状图，GISGIS可可以以根根据据其其算算法法规则自自动进行行面面积值或或线长度度的的量量算算、位位置置的的确确定定，并并自自动填填入入相相应的的属属性性数数据据库中中。如如对林林相相图中中的的每每个个小小班班，可可以以求求其其面面积）。森森林林资源源空空间数数据据可可以以用用来来分分析析评价价森森林林资源源的的空空间状状态和和空空间过程程，并并根根据据各各项分分析析指指标进行行森森林林资源源内内部部结构构合合理理程程度度即即现有有状状态的的评价价、森森林林资源源动态演演变的的评价价以以及及在在整整个个区区域域中森林中森林资源的源的经济价价值、社会价、社会价值、生、生态环境价境价值的的评价。价。354.3.2森林资源空间数据的组织方式森林资源空间数据36 森林森林资源空源空间数据的数据的组织是采用是采用地理信息系地理信息系统和数据和数据库管理系管理系统相相结合合的方式完成的。的方式完成的。大量的大量的图形数据，如形数据，如行政区划行政区划图、资源分布源分布图，林相，林相图、地形、地形图、区划、区划图、林班、林班图、小班、小班图、土地、土地类型型图、水系、水系图等都是利用地等都是利用地理信息系理信息系统进行行组织的。地理信息系的。地理信息系统将将这些些图形数据以形数据以图形文件形文件或地理信息数据或地理信息数据库的形式的形式进行行组织管理。而那些与管理。而那些与图形相关的各种形相关的各种属性数据属性数据则是通是通过数据数据库管理系管理系统进行行组织的。森林的。森林资源空源空间状状态的分析和的分析和评价多数是基于地理信息系价多数是基于地理信息系统平台平台实现的。在地理信息系的。在地理信息系统的支持下，各种的支持下，各种统计数据和分析数据可以利用相关的数据和分析数据可以利用相关的图形信息来形信息来表述。而且，森林表述。而且，森林资源源调查和和监测所采用遥感技所采用遥感技术获取的数据可以取的数据可以作作为地理信息系地理信息系统的数据源，将遥感数据叠加到地理数据之上，快的数据源，将遥感数据叠加到地理数据之上，快速的得出速的得出资源源变化情况，并能化情况，并能够以以图形形图像的方式像的方式给出直出直观的信息，的信息，供管理和决策使用。供管理和决策使用。36森林资源空间数据的组织是采用地理信息系统和数据库3737384.3.3 4.3.3 4.3.3 4.3.3 地理信息系统技术与应用地理信息系统技术与应用地理信息系统技术与应用地理信息系统技术与应用 地理信息系地理信息系统能能进行地理分析、行地理分析、预测和和规划，具有划，具有可信度大、容量大、数据共享、可信度大、容量大、数据共享、结果果稳定等特点定等特点 主要的主要的应用方面及相关的系用方面及相关的系统如：如：1.1.自然自然资源源调查2.2.环境整治境整治 3.3.景景观生生态管理管理 1.1.森林档案管理森林档案管理 2.2.资源状源状态分析分析 3.3.经营管理工具管理工具 384.3.3地理信息系统技术与应用地理信息系统能394.3.44.3.44.3.44.3.4遥感、地理信息系统与遥感、地理信息系统与遥感、地理信息系统与遥感、地理信息系统与GPSGPSGPSGPS应用策略应用策略应用策略应用策略 在森林在森林资源管理以及森林源管理以及森林资源信息管理系源信息管理系统建建设过程中，地理信息系程中，地理信息系统和遥感、全球定位技和遥感、全球定位技术的的应用越来用越来越广泛，越广泛，这三三项技技术合称合称3S技技术。3S技技术在森林在森林资源信源信息管理息管理过程的地位是不均衡的，三者中程的地位是不均衡的，三者中地理信息系地理信息系统技技术是基是基础平台平台，是信息的，是信息的组织者，在信息采集、者，在信息采集、测量、量、定位定位过程中使用遥感和程中使用遥感和GPS技技术，作，作为信息的采集，并将信息的采集，并将二者与二者与GIS技技术相相结合，建立合，建立综合集成的技合集成的技术环境。境。实践践中，一般也是以地理信息系中，一般也是以地理信息系统为基基础，建立林，建立林业集成信集成信息管理系息管理系统，而，而GPS技技术则在信息采集在信息采集过程中起程中起辅助助测量、量、定位等作用。定位等作用。394.3.4遥感、地理信息系统与GPS应用策略在404.4 4.4 4.4 4.4 数字图像处理技术与应用数字图像处理技术与应用数字图像处理技术与应用数字图像处理技术与应用 数字数字图像像是指能是指能够用用计算机存算机存储、处理和使用的理和使用的图像。遥感像。遥感图像是像是获取空取空间信息的一个重要信息源。通信息的一个重要信息源。通过现代技代技术获取的遥感取的遥感图像主要是数字像主要是数字图像，要想从遥感像，要想从遥感图像中提取有用信息，必像中提取有用信息，必须依靠有关的数字依靠有关的数字图像像处理技理技术。地理信息系。地理信息系统中很多的空中很多的空间分析功能是基于分析功能是基于栅格数格数据的空据的空间模型，而模型，而栅格格结构构的数据就是数字的数据就是数字图像。此外，像。此外，地地图数字化的一种快速手段就是地数字化的一种快速手段就是地图扫描数字化，多数描数字化，多数情况下情况下这些些扫描得到的描得到的栅格数据要格数据要进一步一步处理并理并转化化为矢量矢量结构构的数据。所有的数据。所有这些工作都离不开数字些工作都离不开数字图像像处理理技技术。404.4数字图像处理技术与应用数字图像是指能够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。41模拟图像是空间上连续的图像，可以用函数f(x,y)表42 把模把模拟图像像转换为数字数字图像的像的过程称程称为连续图像的离散化，也像的离散化，也称称模模/数数转换，记作作A/D转换。离散化包括采。离散化包括采样和量化两部分内容。采和量化两部分内容。采样是是对空空间连续坐坐标进行离散化，即每隔一定的行离散化，即每隔一定的间隔抽取一个隔抽取一个样本本点，形成一个二点，形成一个二维点点阵。对连续图像函数像函数f（x,y），沿），沿x方向以等方向以等间隔隔 x采采样，采，采样点数点数为M，沿，沿y方向以等方向以等间隔隔y采采样，采，采样点数点数为N，于是得到一个，于是得到一个MN的离散的离散样本本阵列列f(m,n)MN。量化就是。量化就是对样本本点的亮度或点的亮度或颜色色值进行离散化，在行离散化，在样本本值的的变化范化范围内内进行分行分层、取整，用数取整，用数值表示表示颜色或亮度等色或亮度等级。一幅黑白灰度。一幅黑白灰度图像，在像，在计算机算机中灰度中灰度级以以2的整数的整数幂表示，即表示，即G=2当当m=8，7，6，1时，其，其对应的灰度等的灰度等级为256，128，64，2。2级灰度构成二灰度构成二值图像，画像，画面只有黑白之分，没有灰度面只有黑白之分，没有灰度层次，通常的次，通常的AD变换设备产生生256级灰灰度，以保度，以保证有足有足够的灰度的灰度层次。次。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43数字图像处理数字图像处理数字图像处理数字图像处理 数数字字图像像处理理（Digital Digital Image Image ProcessingProcessing）又又称称为计算算机机图像像处理理，它它是是指指将将图像像信信号号转换成成数数字字信信号号并并利利用用计算算机机对其其进行行处理理的的过程程。数数字字图像像处理理最最早早出出现于于2020世世纪5050年年代代，当当时的的电子子计算算机机已已经发展展到到一一定定水水平平，人人们开开始始利利用用计算算机机来来处理理图形形和和图像像信信息息。早早期期的的图像像处理理的的目目的的是是改改善善图像像的的质量量，以以改改善善人人的的视觉效效果果为目目的的。随随着着技技术的的发展展，数数字字图像像处理理的的研研究究和和应用用范范围不不断断拓拓宽，数数字字图像像处理理的的主主要要内内容容包包括括图像像变换、图像像编码、图像像增增强、图像像恢恢复复、图像像分分割割、图像的理解和像的理解和识别等。等。43数字图像处理数字图像处理（DigitalIm44数字图像处理的优点数字图像处理的优点数字图像处理的优点数字图像处理的优点 数字数字图像像处理与光学理与光学图像像处理相比，具有以下理相比，具有以下优点：点：1 1）再再现性性好好。数数字字图像像处理理不不会会因因图像像的的存存储、传输或或复复制制等等一一系系列列变换操操作作而而降降低低图像像质量量。只只要要图像像在在数数字字化化时准准确确地地表表现了了原稿，原稿，则数字数字图像像处理理过程始程始终能保持能保持图像的再像的再现。2 2）处理理精精度度高高。按按目目前前的的技技术，几几乎乎可可将将一一幅幅模模拟图像像数数字字化化为任任意大小的二意大小的二维数数组，这主要取决于主要取决于图像数字化像数字化设备的能力。的能力。3 3）适适用用面面宽。图像像可可以以来来自自多多种种信信息息源源，它它们可可以以是是可可见光光图像像，也也可可以以是是不不可可见的的波波谱图像像（例例如如X X射射线图像像、射射线图像像、超超声声波波图像像或或红外外图像像等等）。从从图像像反反映映的的客客观实体体尺尺度度看看，可可以以小小到到电子子显微微镜图像，大到航空照片、遥感像，大到航空照片、遥感图像甚至天文望像甚至天文望远镜图像。像。4）灵活性大灵活性大。图像像处理大体上可分理大体上可分为图像的像像的像质改善、改善、图像分析和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。由于图像的光像的光学学处理从原理上理从原理上讲只能只能进行行线性运算，性运算，这极大地限制了光学极大地限制了光学图像像处理能理能实现的目的目标。而数字。而数字图像像处理不理不仅能完成能完成线性运算，而且性运算，而且能能实现非非线性性处理，即凡是可以用数学公式或理，即凡是可以用数学公式或逻辑关系来表达的关系来表达的一切运算均可用数字一切运算均可用数字图像像处理理实现。44数字图像处理的优点数字图像处理与光学图像处理相比，具有45数字图像处理技术的应用数字图像处理技术的应用数字图像处理技术的应用数字图像处理技术的应用 图像是人像是人类获取和交取和交换信息的主要来源，因此，信息的主要来源，因此，图像像处理的理的应用用领域必然涉及到人域必然涉及到人类生活和工作的方方面生活和工作的方方面面。随着人面。随着人类活活动范范围的不断的不断扩大，大，图像像处理的理的应用用领域也将随之不断域也将随之不断扩大。数字大。数字图像像处理技理技术在航空航天遥在航空航天遥感、医用感、医用图像像处理、工理、工业领域、域、军事公安、文化事公安、文化艺术以以及多媒体和通信等方面都得到了广泛及多媒体和通信等方面都得到了广泛应用。其中遥感技用。其中遥感技术领域是域是应用数字用数字图像像处理技理技术较早早较全面的一个全面的一个领域。域。45数字图像处理技术的应用图像是人类获取和交换信息464.54.54.54.5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多媒体信息管理技术森林资源多媒体信息管理技术 多媒体技多媒体技术是指是指计算机算机综合合处理理文字、声音、文字、声音、图形、形、图像、像、视频等多种媒体信息的交互性集成技等多种媒体信息的交互性集成技术。随着。随着计算机技算机技术和多媒体技和多媒体技术的的发展，在信息管理展，在信息管理过程中所要程中所要使用和管理的媒体由使用和管理的媒体由单一的数一的数值、文本信息到需要、文本信息到需要综合合的声、文、的声、文、图信息。信息。这里所里所说的媒体是指信息的的媒体是指信息的载体，体，而不是存而不是存储信息的物理介信息的物理介质。随着多媒体信息。随着多媒体信息获取技取技术、存存储技技术和和传输技技术的的发展，森林展，森林资源管理源管理过程中程中对多多媒体信息的需求不断增加。媒体信息的需求不断增加。464.5森林资源多媒体信息管理技术多媒体技术是指474.5.14.5.14.5.14.5.1森林资源管理需要多种载体的数据森林资源管理需要多种载体的数据森林资源管理需要多种载体的数据森林资源管理需要多种载体的数据森森林林资源源管管理理所所需需要要的的源源数数据据有有多多种种不不同同的的数数据据格格式式，如如各各类统计数数据据是是以以数数值的的形形式式出出现的的，资源源状状况况、特特征征描描述述是是文文本本数数据据，而而各各种种地地图是是以以图形形、图像像格格式式出出现的的，资源源调查、监测、规划划中中采采用用的的航航空空照照片片、遥遥感影像是感影像是图像数据，此外像数据，此外还有有实时视频、音、音频信息等。信息等。多多媒媒体体技技术在在资源源与与环境境信信息息系系统中中所所起起的的作作用用主主要有以下几方面要有以下几方面：扩大信息系大信息系统处理理对象、数据来源及象、数据来源及处理手段。理手段。增加信息系增加信息系统的表的表现手段和效果。手段和效果。加速信息系加速信息系统的社会化、大众化和支持宏的社会化、大众化和支持宏观决策。决策。474.5.1森林资源管理需要多种载体的数据484.5.2 4.5.2 4.5.2 4.5.2 森林资源多媒体数据管理方式森林资源多媒体数据管理方式森林资源多媒体数据管理方式森林资源多媒体数据管理方式 多多媒媒体体数数据据格格式式多多种种多多样，其其管管理理方方式式不不同同于于传统的的文文本本和和数数值型型数数据据管管理理方方式式。图像像存存储过程程中中有有压缩存存储和和无无压缩存存储之之分分，所所采采用用的的文文件件格格式式也也不不同同等等等等。需需要要采采用用多多媒媒体体数数据据库系系统组织数数据据，采采用用基基于于内内容容的的检索索技技术进行行信信息息检索索，采采用用超超媒媒体体技技术进行行管理。管理。多媒体数据多媒体数据库要解决的关要解决的关键技技术问题有：有：建立不同于建立不同于传统数据模型的多媒体数据模型；数据模型的多媒体数据模型；解决数据的解决数据的压缩和解和解压缩问题；多媒体数据的存多媒体数据的存储管理和存取方法；管理和存取方法；多媒体信息的再多媒体信息的再现及良好的用及良好的用户界面以及分布式技界面以及分布式技术等等。森林森林资源信息管理源信息管理过程程经常需要用到多种媒体常需要用到多种媒体组合来表示信息。合来表示信息。如利用地理信息系如利用地理信息系统中的中的图形数据、遥感形数据、遥感图像、像、视频、音、音频等共同等共同描述森林描述森林资源状况。源状况。484.5.2森林资源多媒体数据管理方式多媒体数据494.5.3 4.5.3 4.5.3 4.5.3 多媒体技术和超媒体管理多媒体技术和超媒体管理多媒体技术和超媒体管理多媒体技术和超媒体管理 1 1、多媒体技多媒体技术媒体媒体（mediummedium）在）在计算机算机领域中有两种含域中有两种含义：一一是是指指用用以以存存储信信息息的的实体体，如如磁磁带、磁磁盘、光光盘和和半半导体体存存储器器等；等；一一是是指指信信息息的的载体体，如如数数字字、文文字字、声声音音、图形形和和图像像。多多媒媒体体计算机技算机技术中的媒体是指后者。中的媒体是指后者。所所 谓 多多 媒媒 体体 计 算算 机机 技技 术（multimedia multimedia computing computing technologytechnology），是是指指计算算机机综合合处理理多多种种媒媒体体信信息息：文文本本、图形形、图像像、音音频和和视频，使使多多种种信信息息建建立立逻辑连接接，集集成成为一一个个系系统并并具具有交互性。多媒体有交互性。多媒体计算机技算机技术的关的关键技技术包括：包括：视频音音频信号信号获取技取技术；多媒体数据多媒体数据压缩编码和解和解码技技术；视频音音频数据的数据的实时处理和特技；理和特技；视频音音频数据的数据的输出技出技术。494.5.3多媒体技术和超媒体管理1、多媒体技术502 2、多媒体数据多媒体数据压缩和解和解压缩技技术 多多媒媒体体数数据据的的数数据据量量庞大大，如如果果不不进行行压缩处理理，数数据据的的存存储和和传输都都要要占占用用大大量量的的空空间和和时间，例例如如，一一页印印在在B5B5纸上上的的文文件件，若若以以中中等等分分辨辨率率（300dpi,300dpi,约约1212像像素素点点mmmm）的的扫扫描仪进行采样，其数据量约描仪进行采样，其数据量约6.61MB6.61MB页。那么，页。那么，一一片片650MB650MB的的CD-ROMCD-ROM，只只能能存存9898页页这这样样的的文文件件。同同时，多多媒媒体体数数据据存存在在着着大大量量的的数数据据冗冗余余，包包括括空空间冗冗余余、时间冗冗余余、结构构冗冗余余、知知识冗冗余余、视觉冗冗余余、图像像区区域域的的相相同同行行冗冗余余、纹理理的的统计冗冗余余等等，为数数据据压缩提提供供了了可可能能。多多媒媒体体数数据据压缩方方法法根根据据不不同同的的依依据据可可产生生不不同同的的分分类。根根据据质量量有有无无损失失可可分分为有有损失失编码和和无无损失失编码；按按照照其其作作用用域域在在空空间域域或或频率率域域上上分分为：空空间方方法法、变换方方法法和和混混合合方方法法；根根据据是是否否自自适适应分分为自自适适应性性编码和非适和非适应性性编码等。等。502、多媒体数据压缩和解压缩技术513 3、多媒体数据多媒体数据压缩编码国国际标准准 多多媒媒体体数数据据压缩编码标准准分分为音频数据压缩编码标准和视频数据压缩编码标准。音音频数数据据压缩编码标准准包包括括国国际电报电话咨咨询委委员会会（CCITTCCITT）和和国国际标准准化化组织（ISOISO）提提出出的的一一系系列列国国际标准准：G.711G.711、G.721G.721、G.722G.722、G.723G.723、G.728G.728、G.729G.729等等语音信号音信号压缩标准以及准以及MPEGMPEG音音频标准、准、AC-3AC-3音音频编码标准。准。国国际标准化准化协会（会（International Standardization Organization，ISO）、国）、国际电子学委子学委员会（会（International Electronics Committee,IEC）、国）、国际电信信协会（会（International Telecommunication Union，ITU）等国）等国际组织，于，于20世世纪90年年代代领导制定了三个有关制定了三个有关视频图像像压缩编码的国的国际标准：准：JPEG标准，准，H.261标准，准，MPEG标准。准。513、多媒体数据压缩编码国际标准521)1)静静态图像像压缩编码的国的国际标准准-JPEG-JPEG JPEGJPEG是是联合合图像像专家家小小组（Joint Joint Photographic Photographic Experts Experts GroupGroup）开开发研研制制的的连续色色调、多多级灰灰度度、静静止止图像像的的数数字字图像像压缩编码方方法法。它它是是国国际上上彩彩色色、灰灰度度、静静止止图像像的的第第一一个个国国际标准准。JPEGJPEG是是基基于于离离散散余余弦弦变换（DCTDCT）的的有有失失真真编码，其其压缩比比可可达达1:121:12。目目的的是是为了了给出出一一个个适适用用于于连续色色调图像像的的压缩方方法法，使使之之满足以下要求：足以下要求：（1 1）达达到到或或接接近近当当前前压缩比比与与图像像保保真真度度的的技技术水水平平，能能覆覆盖盖一一个个较宽的的图像像质量量等等级范范围，能能达达到到“很很好好”到到“极极好好”的的评估估，与与原始原始图像相比，人的像相比，人的视觉难以区分。以区分。（2 2）能能适适用用于于任任何何种种类的的连续色色调的的图像像，且且长宽比比都都不不受受限限制制，同同时也不受限于景物内容、也不受限于景物内容、图像的复像的复杂程度和程度和统计特性等。特性等。（3 3）计算算的的复复杂性性是是可可控控制制的的，其其软件件可可在在各各种种CPUCPU上上完完成成，算算法法也可用硬件也可用硬件实现。JPEG标准是一个适用范准是一个适用范围广泛的通用广泛的通用标准。它不准。它不仅适于静适于静图像的像的压缩，电视图像序列的像序列的帧内内图像的像的压缩编码也常采用也常采用JPEG压缩标准。准。521)静态图像压缩编码的国际标准-JPEG532)H.261：由：由CCITT（国（国际电报电话咨咨询委委员会）通会）通过的用的用于音于音频视频服服务的的视频编码解解码器（也称器（也称Px64标准），准），它使用它使用两种两种类型的型的压缩:一一帧中的有中的有损压缩（基于（基于DCT）和用于和用于帧间压缩的无的无损编码，并在此基，并在此基础上使上使编码器采器采用用带有运有运动估估计的的DCT和和DPCM（差分脉冲（差分脉冲编码调制）制）的混合方式。的混合方式。这种种标准与准与JPEG及及MPEG标准准间有明有明显的的相似性相似性，但关，但关键区区别是它是是它是为动态使用使用设计的，并提供的，并提供完全包含的完全包含的组织和高水平的交互控制。和高水平的交互控制。532)H.261：由CCITT（国际电报电话咨询委员会）543)3)运运动图像像压缩编码的国的国际标准准MPEGMPEG MPEGMPEG是是Moving Moving Pictures Pictures Experts Experts GroupGroup（运运动图像像专家家组）的的英英文文缩写写，实际上上是是指指一一组由由ITUITU和和ISOISO制制定定发布布的的视频、音音频、数数据据的的压缩标准准。它它采采用用的的是是一一种种减减少少图像像冗冗余余信信息息的的压缩算算法法，它它提提供供的的压缩比比可可以以高高达达200:1200:1，同同时图像像和和音音响响的的质量量也也非非常常高高。现在在常常用用的的有有三三个个版版本本：MPEG-IMPEG-I、MPEG-IIMPEG-II、MPEG-MPEG-以以适适用用于于不不同同带宽和和数数字字影影像像质量量的的要要求求。它它的的三三个个最最显著著优点点就就是是兼容性好、兼容性好、压缩比高（最高可达比高（最高可达200:1200:1）、数据失真小）、数据失真小。543)运动图像压缩编码的国际标准MPEG554 4、超媒体技超媒体技术 超超媒媒体体是是当当今今世世界界流流行行的的一一种种信信息息管管理理技技术，是是建建立立在在计算算机机基基础上上的的一一种种思思维和和通通信信方方式式，打打破破了了传统的的以以字字符符流流存存储文文本本的的方方式式，它它以以结点点为单位位组织信信息息，一一个个结点点封封装装了了多多种种媒媒体体和和超超对象象，信信息息组织采采用用非非线性