遥感技术及其林业应用作业
1、解释遥感影像空间分辨率、辐射分辨率、光谱分辨率和时间分辨率，并各举一例说明目前通用商业遥感卫星及所载传感器这四种分辨率所能达到的程度。
（1）遥感影像空间分辨率是指像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元，如Landsat的TM的1-5和7波段，一个像素代表地面28.5m*28.5m，或概略说起空间分辨率为30m。（2）遥感影像辐射分辨率是指传感器接收波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级。例如：陆地卫星Landsat5的TM3，其最小辐射量值Rmin为-0.0083mV/（cm〃sr〃μm），最大辐射量Rmax为1.410 mV/（cm〃sr〃μm），量化级D为256级。其辐射分辨率RL=Rmax-Rmin/D=0.0055 mV/（cm〃sr〃μm）。有时也可用%来表示。本例若以%表示，其辐射分辨率Rr为RL/ （Rmax-Rmin）*100%=0.39%。（3）遥感影像光谱分辨率是指传感器在接收目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。间隔越小，分辨率越高。如modis是搭载在Terra和Aqua卫星上的一个重要的传感器，有36个离散光谱波段，光谱范围宽，从0.4微米（可见光）到14.4微米（热红外）全光谱覆盖。（4）遥感影像时间分辨率是指对同一地点进行遥感采样的时间间隔，即采样的时间频率，也成重访周期。以卫星遥感来说，静止气象卫星（地球同步气象卫星）的时间分辨率为1次/0.5小时；太阳同步气象卫星的时间分辨率2次/天；Landsat为1次/16天；中巴合作的CBERS为1次/26天灯。还有更长周期甚至不定周期的。 222
2、简述遥感影像解译的主要标志。
遥感影像解译的主要标志：（1）直接判读标志，包括遥感影像的色调、色彩、大小、形状、阴影、纹理、图型等。（2）间接解译标志：目标地物与其相关指示特征。（3）地物及与环境的关系：可以根据由
代表性的植物类型推断当地的生态环境。（4）目标地物与成像时间的关系：了解成像时间，有助于对目标地物的识别。
3、简述遥感图象处理软件系统的主要功能。
遥感图象处理软件系统的主要功能：根据工作区域的地理特征和专题信息提取的客观需要，对数据输入模块中获得的图像文件进行范围调整、误差校正、坐标转换等处理，以便进一步对图像解译、专题分类等分析研究。
4、简述美国陆地卫星TM数据应用于森林资源动态监测的方法和技术流程。
一、美国陆地卫星TM数据应用于森林资源动态监测的方法主要有：
（1）遥感影像分类法：多光谱图像分类的方法主要监测虫害导致的树冠光谱的变化。（2）影像差技术法：当虫害感染导致大量的失叶而不是显著的光谱变化时，应用图像增强、图像分类和影像差、光谱混合分析、变化-矢量分析CVA等技术来处理图像，用于检测病虫害。
二、主要的技术流程：
5、就自己从事或熟悉的领域(以森林保护专业例)，开展遥感技术应用的需求分析，并提出应用目标。
（1）在森林保护学专业中，开展遥感技术应用的需求：森林保护专业主要是针对林木保护，病虫害的发生发展、防治和控制以及预测预报等方面。
（2）遥感技术应用于森林保护学的优势：遥感技术在森林病虫害监测研究中具有常规的地面调查方法不可比拟的优越性。遥感监测技术是一种无损测试技术, 具有快速、宏观、客观、大面积和无破坏等显著优点，有快速、实时的空间信息获取与分析能力，在全球环境变化研究、资源与环境动态监测、灾害监测与防治中运用广泛。
（3）遥感技术应用于森林保护学的理论基础：不同的森林病虫害，其危害部位也不完全相同。因此，根据光谱反射率的差异和结构异常在遥感数字图像上的记录，通过图像增强处理和模式识别，并在地理信息系统和专家系统的支持下，就可以实施对森林病虫害的监测。
（4）遥感技术应用于森林保护学的应用目标：实现大范围实时性的虫害动态监测，以及在特定生态系统中有害生物灾变的动态监测。从而，了解受害区域的分布、危害程度的发展趋势和区域，从宏观上来制定有效而科学的防治和管理措施。
6、根据自己所学专业，分析本专业及不同用户对GIS的技术需求，设计并构建基于GIS的应用系统，包括系统框架、开发平台选择、功能组成，数据库建设等内容。（以林场级全业务为例）
一、实现满足林场级全业务GIS需求的F-Star林业GIS应用系统
1、实现了森林资源空间数据自动统计更新
2、实现了火场蔓延GIS预测
3、基于ArcGIS Engine实现了造林从踏查到调查设计出图的流水线式自动化管理。
二、不同用户对GIS的技术需求
森林经营管理领域：（1）森林覆盖率调查与管理。要求可以根据用户要求，提供森林覆盖率的调查和管理。（2）森林火灾监测与防范。要求可以结合气象数据对森林火灾进行预测，并可以在一定程度下实现实时的监测。
国防科技领域：（1）作战指挥。要求可以根据作战官兵的不同查询和分析需求提供地形信息、水文信息和其它相关信息，还可以实时、动态地显示战场态势，辅助指挥决策。 （2）军事情报。要求通过GIS系统集成军事情报，可以使指挥人员直观的了解敌方的部署、行动和位臵，预测和评估敌方行动或武器系统对我方的影响，从而辅助我方作战计划的制定。（3）导航。通过电子地图和GPS系统，可以对单兵、战车、舰船、飞机进行定位、跟踪和导航。
（4）后勤保障。可以存储公路、桥梁、港口、机场等交通信息，并能提供最佳路径分析和多种输送方案。（5）设施和环境管理，通过GIS系统可以实现对营区、试验或训练基地进行管理，包括营区、基地的选址和建设；土地使用的规划；相关设施的管理等。（6）模拟训练。利用GIS 的可视化技术，特别是三维可视化技术，可以真实模拟战场地形。
城市和区域规划研究：（1）城市地理信息系统的标准化。（2）城市与区域动态扩展过程中的数据实时获取（3）城市空间结构的真三维显示、数字城市。
三、构建基于GIS的应用系统：
（一）整体框架
（1）在林场级实现资源管理功能需求
（2）在平台结构上实现野外数据采集（PDA） ，主模块（PC），地图发布（web）三种平台结合。
（3）提供林业3S集成解决方案。实现GPS，RS（栅格数据），GIS（矢量数据管理、空间分析）
（二）、F-Star林业GIS应用系统整体框架
（三）开发平台选择和功能组成
资源管理上实现：二类调查的区划、数据采集（PDA ）、角规点测蓄积（电子角规）;三类调查的样地样木测定（电子经纬仪），调查设计出图;资源统计的空间数据统计更新;一类调查养地测定;蓄积量计算;各种专题图的渲染与打印;卫片生物量、蓄积量反演.
造林管理上实现：造林决策支持；树种到地块、地块到树种；造林地矢量数据的增删改；造林调查设计出图；造林台帐管理；造林类型表管理；计划、踏查、验收的管理
防火管理上实现：火点定位；坐标定位、了望塔交绘定位；火场蔓延预测；；GM预测模型；扑救方案与兵力部署；路径查询；损失评估。
四、数据库建设
数据库建设包括五个方面：数据源的选择、各种数据集的评价、各数据集的设计、数据字典的产生、数据库具体存储和管理结构的设计
A、数据源的选择：
a) 地图
b) 航空象片
c) GPS接收的数据
d) 卫星图像
e) 现有各种电子数据文件
f) 照片
g) 各种记录性文件
B、数据集的评价（数据一般状况评价）：
a) 数据目前状态，包括是否已有电子版，是否有机构正在生产数据电子版；
b) 数据是否是一种标准形式
c) 数据是否可以直接GIS使用
d) 数据的原始性
e) 数据的可替代性
f) 数据与其它数据一致性
C、数据集的评价（已存在的电子版数据的评价原则）： a) 数据格式
b) 拓扑关系
c) 数据分辨率
d) 数据覆盖面及一致性
e) 数据的可获得性
f) 样本数据
g) 自动化过程实施的考虑
h) 数据的元数据信息是否完全
D、数据字典的设计
a) 标题类信息：名称、数据类型、数据质量
b) 各层的有关文件、表、各表的项级各项的定义、有效值范围等
c) 地理参考方面要求满足的情况
d) 其它有便于说明和理解的文字或图标等
e) 各层空间级属性的质量控制规范
f) 各层编号系统与其它各标准编号系统的关系
g) 各层数据的使用与各应用类型的关系等。
E、数据存储和管理结构设计
a) 数据的精度考虑
b) RDBMS对属性信息存储软件的选择：单独对属性信息的存储，可以使整个数据库的独立性提高，属性数据库可以单独地进行使用、维护和管理；可以充分利用DBMS系统的各种高级功能；属性数据库部分可以与其它GIS软件的空间数据部分相结合使用，不受开发时软件的限制。
c) 空间数据库的管理：数据使用权限的设臵、数据库更新过程
中的质量控制和安全性考虑、数据库的恢复能力、合理管理单元的设定、数据库系统的网络考虑。
遥感技术及其林业应用作业
1、解释遥感影像空间分辨率、辐射分辨率、光谱分辨率和时间分辨率，并各举一例说明目前通用商业遥感卫星及所载传感器这四种分辨率所能达到的程度。
（1）遥感影像空间分辨率是指像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元，如Landsat的TM的1-5和7波段，一个像素代表地面28.5m*28.5m，或概略说起空间分辨率为30m。（2）遥感影像辐射分辨率是指传感器接收波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级。例如：陆地卫星Landsat5的TM3，其最小辐射量值Rmin为-0.0083mV/（cm〃sr〃μm），最大辐射量Rmax为1.410 mV/（cm〃sr〃μm），量化级D为256级。其辐射分辨率RL=Rmax-Rmin/D=0.0055 mV/（cm〃sr〃μm）。有时也可用%来表示。本例若以%表示，其辐射分辨率Rr为RL/ （Rmax-Rmin）*100%=0.39%。（3）遥感影像光谱分辨率是指传感器在接收目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。间隔越小，分辨率越高。如modis是搭载在Terra和Aqua卫星上的一个重要的传感器，有36个离散光谱波段，光谱范围宽，从0.4微米（可见光）到14.4微米（热红外）全光谱覆盖。（4）遥感影像时间分辨率是指对同一地点进行遥感采样的时间间隔，即采样的时间频率，也成重访周期。以卫星遥感来说，静止气象卫星（地球同步气象卫星）的时间分辨率为1次/0.5小时；太阳同步气象卫星的时间分辨率2次/天；Landsat为1次/16天；中巴合作的CBERS为1次/26天灯。还有更长周期甚至不定周期的。 222
2、简述遥感影像解译的主要标志。
遥感影像解译的主要标志：（1）直接判读标志，包括遥感影像的色调、色彩、大小、形状、阴影、纹理、图型等。（2）间接解译标志：目标地物与其相关指示特征。（3）地物及与环境的关系：可以根据由
代表性的植物类型推断当地的生态环境。（4）目标地物与成像时间的关系：了解成像时间，有助于对目标地物的识别。
3、简述遥感图象处理软件系统的主要功能。
遥感图象处理软件系统的主要功能：根据工作区域的地理特征和专题信息提取的客观需要，对数据输入模块中获得的图像文件进行范围调整、误差校正、坐标转换等处理，以便进一步对图像解译、专题分类等分析研究。
4、简述美国陆地卫星TM数据应用于森林资源动态监测的方法和技术流程。
一、美国陆地卫星TM数据应用于森林资源动态监测的方法主要有：
（1）遥感影像分类法：多光谱图像分类的方法主要监测虫害导致的树冠光谱的变化。（2）影像差技术法：当虫害感染导致大量的失叶而不是显著的光谱变化时，应用图像增强、图像分类和影像差、光谱混合分析、变化-矢量分析CVA等技术来处理图像，用于检测病虫害。
二、主要的技术流程：
5、就自己从事或熟悉的领域(以森林保护专业例)，开展遥感技术应用的需求分析，并提出应用目标。
（1）在森林保护学专业中，开展遥感技术应用的需求：森林保护专业主要是针对林木保护，病虫害的发生发展、防治和控制以及预测预报等方面。
（2）遥感技术应用于森林保护学的优势：遥感技术在森林病虫害监测研究中具有常规的地面调查方法不可比拟的优越性。遥感监测技术是一种无损测试技术, 具有快速、宏观、客观、大面积和无破坏等显著优点，有快速、实时的空间信息获取与分析能力，在全球环境变化研究、资源与环境动态监测、灾害监测与防治中运用广泛。
（3）遥感技术应用于森林保护学的理论基础：不同的森林病虫害，其危害部位也不完全相同。因此，根据光谱反射率的差异和结构异常在遥感数字图像上的记录，通过图像增强处理和模式识别，并在地理信息系统和专家系统的支持下，就可以实施对森林病虫害的监测。
（4）遥感技术应用于森林保护学的应用目标：实现大范围实时性的虫害动态监测，以及在特定生态系统中有害生物灾变的动态监测。从而，了解受害区域的分布、危害程度的发展趋势和区域，从宏观上来制定有效而科学的防治和管理措施。
6、根据自己所学专业，分析本专业及不同用户对GIS的技术需求，设计并构建基于GIS的应用系统，包括系统框架、开发平台选择、功能组成，数据库建设等内容。（以林场级全业务为例）
一、实现满足林场级全业务GIS需求的F-Star林业GIS应用系统
1、实现了森林资源空间数据自动统计更新
2、实现了火场蔓延GIS预测
3、基于ArcGIS Engine实现了造林从踏查到调查设计出图的流水线式自动化管理。
二、不同用户对GIS的技术需求
森林经营管理领域：（1）森林覆盖率调查与管理。要求可以根据用户要求，提供森林覆盖率的调查和管理。（2）森林火灾监测与防范。要求可以结合气象数据对森林火灾进行预测，并可以在一定程度下实现实时的监测。
国防科技领域：（1）作战指挥。要求可以根据作战官兵的不同查询和分析需求提供地形信息、水文信息和其它相关信息，还可以实时、动态地显示战场态势，辅助指挥决策。 （2）军事情报。要求通过GIS系统集成军事情报，可以使指挥人员直观的了解敌方的部署、行动和位臵，预测和评估敌方行动或武器系统对我方的影响，从而辅助我方作战计划的制定。（3）导航。通过电子地图和GPS系统，可以对单兵、战车、舰船、飞机进行定位、跟踪和导航。
（4）后勤保障。可以存储公路、桥梁、港口、机场等交通信息，并能提供最佳路径分析和多种输送方案。（5）设施和环境管理，通过GIS系统可以实现对营区、试验或训练基地进行管理，包括营区、基地的选址和建设；土地使用的规划；相关设施的管理等。（6）模拟训练。利用GIS 的可视化技术，特别是三维可视化技术，可以真实模拟战场地形。
城市和区域规划研究：（1）城市地理信息系统的标准化。（2）城市与区域动态扩展过程中的数据实时获取（3）城市空间结构的真三维显示、数字城市。
三、构建基于GIS的应用系统：
（一）整体框架
（1）在林场级实现资源管理功能需求
（2）在平台结构上实现野外数据采集（PDA） ，主模块（PC），地图发布（web）三种平台结合。
（3）提供林业3S集成解决方案。实现GPS，RS（栅格数据），GIS（矢量数据管理、空间分析）
（二）、F-Star林业GIS应用系统整体框架
（三）开发平台选择和功能组成
资源管理上实现：二类调查的区划、数据采集（PDA ）、角规点测蓄积（电子角规）;三类调查的样地样木测定（电子经纬仪），调查设计出图;资源统计的空间数据统计更新;一类调查养地测定;蓄积量计算;各种专题图的渲染与打印;卫片生物量、蓄积量反演.
造林管理上实现：造林决策支持；树种到地块、地块到树种；造林地矢量数据的增删改；造林调查设计出图；造林台帐管理；造林类型表管理；计划、踏查、验收的管理
防火管理上实现：火点定位；坐标定位、了望塔交绘定位；火场蔓延预测；；GM预测模型；扑救方案与兵力部署；路径查询；损失评估。
四、数据库建设
数据库建设包括五个方面：数据源的选择、各种数据集的评价、各数据集的设计、数据字典的产生、数据库具体存储和管理结构的设计
A、数据源的选择：
a) 地图
b) 航空象片
c) GPS接收的数据
d) 卫星图像
e) 现有各种电子数据文件
f) 照片
g) 各种记录性文件
B、数据集的评价（数据一般状况评价）：
a) 数据目前状态，包括是否已有电子版，是否有机构正在生产数据电子版；
b) 数据是否是一种标准形式
c) 数据是否可以直接GIS使用
d) 数据的原始性
e) 数据的可替代性
f) 数据与其它数据一致性
C、数据集的评价（已存在的电子版数据的评价原则）： a) 数据格式
b) 拓扑关系
c) 数据分辨率
d) 数据覆盖面及一致性
e) 数据的可获得性
f) 样本数据
g) 自动化过程实施的考虑
h) 数据的元数据信息是否完全
D、数据字典的设计
a) 标题类信息：名称、数据类型、数据质量
b) 各层的有关文件、表、各表的项级各项的定义、有效值范围等
c) 地理参考方面要求满足的情况
d) 其它有便于说明和理解的文字或图标等
e) 各层空间级属性的质量控制规范
f) 各层编号系统与其它各标准编号系统的关系
g) 各层数据的使用与各应用类型的关系等。
E、数据存储和管理结构设计
a) 数据的精度考虑
b) RDBMS对属性信息存储软件的选择：单独对属性信息的存储，可以使整个数据库的独立性提高，属性数据库可以单独地进行使用、维护和管理；可以充分利用DBMS系统的各种高级功能；属性数据库部分可以与其它GIS软件的空间数据部分相结合使用，不受开发时软件的限制。
c) 空间数据库的管理：数据使用权限的设臵、数据库更新过程
中的质量控制和安全性考虑、数据库的恢复能力、合理管理单元的设定、数据库系统的网络考虑。